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帶你了解發電機
  一、發電機的種類和功能特點

  發電機是指受到機械動力的作用時產生電的設備。在這種轉換過程中，機械動力來自于各種各樣的其他形式的能源，如風能、水能、熱能、太陽能等。

  根據產生電的類型不同，發電機主要分為直流發電機和交流發電機兩大類。

  1.直流發電機的功能特點

  直流發電機是指受外部機械力作用產生直流電的發電機。

  一文帶你了解發電機

  直流發電機具有使用方便、運行可靠等特點，可以直接為各種需要直流電源的用電設備提供電能。但是直流發電機內部有換向器，易產生電火花，發電效率較低。直流發電機一般可作為直流電動機、電解、電鍍、充電及交流發電機的勵磁等所需的直流電源。

  2.交流發電機的功能特點

  交流發電機是指受外部機械力作用產生交流電的發電機，該類發電機又可分為同步交流發電機和異步交流發電機。其實物外形如圖2所示。

  在交流發電機中同步發電機為常見，該類發電機由直流電流勵磁，既能提供有功功率，也能提供無功功率，可用于為各種需要交流電源的負載設備供電。另外，同步發電機按所用原動機的不同又可分為汽輪發電機、水輪發電機、柴油發電機、風力發電機4種。

  交流發電機的應用十分廣泛，例如各種發電站、企業、商鋪及家庭備用電源、汽車等均使用發電機供電，其應用實例如圖3所示。

  二、發電機的型號與技術參數

  為了便于對發電機的生產管理和使用， 對發電機的型號進行了編制方法的統一，并在其外殼比較明顯的位置貼有發電機的銘牌，其中包含的參數主要有發電機的型號、額定電壓、額定電源、額定功率、絕緣等級、頻率、功率因數以及轉速等。

  1.發電機的型號含義

  發電機的型號通常是對機組的型號進行的說明，其中包含的信息有發電機輸出的電壓的種類、發電機機組的類型、控制特征、設計序號以及環境特征等，如圖5所示。

  除此之外，有些發電機的型號較為直觀簡單，識別時較為方便，如圖6所示，其中包含有產品編號、額定電壓及額定電流等。

  例如，圖7所示典型發電機的銘牌標識，從中可以了解其型號為“200GF6，參照上述命名方法可了解其型號所標識的含義。”

  2.發電機的主要技術參數

  發電機的技術參數通常與型號一樣通過銘牌標簽粘貼或直接標識在發電機的外殼上，以供選用和檢修時參考，如圖8所示。

  發電機的主要技術參數包括：額定電壓、額定電流、轉速、頻率、功率因數、定子接法和絕緣等級等。

  (1)額定電壓

  額定電壓指發電機在正常運行時輸出的額定電壓，單位是kV。

  (2)額定電流

  額定電流是指發電機正常并連續工作時的 工作電流，單位是kA。當發電機其他各參數都在額定的情況下，發電機以該電流運行，其定子繞組的溫升不會超過允許的范圍。

  (3)轉速

  發電機的轉速是指發電機主軸在1min內的 旋轉速度。該參數是判斷發電機性能好壞的重要參數之一。

  (4)頻率

  頻率是指發電機中交流電正弦波周期的倒數，其單位為赫茲(Hz)。例如一臺發電機的頻率為50Hz，則表明其交變電流的方向等參數1s改變50次。

  (5)功率因數

  發電機是靠電磁轉換進行發電的，其輸出的功率可以分為兩種，即無功功率和有功功率。無功功率主要是用來產生磁場，進行電與磁的轉換;而有功功率則是為用戶提供的。在發電機輸出的總功率中，有功功率所占的比例就是功率因數。

  (6)定子接法

  發電機的定子接法主要可以分為兩種，即三角形(△形)聯結和星形(Y形)聯結，如圖9所示。在發電機中，通常發電機定子的3個繞組一般都聯結成星形。

  (7)絕緣等級

  發電機的絕緣等級主要是指其絕緣材料耐高溫的等級。在發電機中絕緣材料是較為薄弱的環節，該材料在過高的溫度中很容易加速老化甚至損壞，所以不同的絕緣材料其耐熱等級

  也有所區別。該參數通常是用字母表示的，其中Y 表示耐熱溫度為90℃，A 表示耐熱溫度為105℃，E 表示耐熱溫度為120℃，B 表示耐熱溫度為130℃，F 表示耐熱溫度為155℃，H 表示耐熱溫度為180℃，C 表示耐熱溫度為180℃以上。

  (8)其他

  在發電機中，除上述技術參數外，還有發電機的相數、機組總重量和制造日期等參數。這些參數在識讀時比較直觀易懂，主要供使用者在使用時或是購買時參考。

  三、發電機在線路中的符號標識

  發電機是電力拖動、機床等控制線路中必不可少的部件之一。在繪制各控制線路對應的原理圖時，發電機并不是用其實際外形體現，而是由代表其功能的圖樣或簡圖、字母等符號進行標識的。發電機的符號與電動機符號相似，一般用字母“G”文字符號標識。其中G表示發電機，GD表示直流發電機，GA表示交流發電機(異步發電機)，GS表示同步發電機，GH表示永磁發電機。根據這些不同的字母標識，可以快速識別出該線路中使用的發電機的類型。發電機出租、租賃

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柴油發電機結構：講的太清楚了
這里介紹柴油發電機的構造，由于發電機大小不同，結構也不相同，但主要部分的結構與功能相同，本課件就柴油發電機的基本結構與組成進行介紹，為顯示清楚，定子與轉子槽數都較少，定子線圈外形按導線繞制的線圈繪制(不是用銅條或銅管連接成的線圈)。發電機主要部件結構則參考大中型柴油發電機繪制。

  發電機主要由轉子與定子組成。柴油發電機是同步發電機，由于柴油機的轉速很高，故柴油發電機的轉子只有一對磁極，在額定轉速每分鐘3000轉時輸出50赫茲的三相交流電。下面通過一個柴油發電機模型來介紹柴油發電機的基本構造與組成。

  由于大型柴油發電機轉速高，轉子磁極表面線速度達150m/s以上，離心力很大，故轉子直徑不能過大，大型發電機轉子都為細長型。轉子圓周上沒有凸出的磁極，轉子鐵芯是一個在圓周上開有一些槽的圓柱，在圓周兩側各有一段槽距大的面稱為大齒，就是磁極(圖1所示)，稱之為隱極式轉子。在槽中嵌有勵磁繞組，隱極式轉子將勵磁繞組分成多個線圈，便于安裝與加固。

  勵磁繞組兩端通過集電環(滑環)接到勵磁電源，在轉子圓周兩側就形成北極與南極，旋轉時就產生旋轉磁場。

  放大的定子鐵芯與轉子鐵芯截面圖，兩鐵芯間有氣隙。定子鐵芯的內圓周有嵌放定子線圈的槽，在槽口兩側有固定槽楔的小槽，槽楔用途是壓住定子線圈。轉子鐵芯的外圓周有嵌放轉子線圈的槽，在槽口兩側有小槽，用來固定槽楔，在槽底有用于通風的槽。

  轉子鐵芯與軸用高強度高磁導率的合金鋼材整體制作，在轉子鐵芯部分有一些軸向與徑向的孔隙，用來通風冷卻。由于各種電機冷卻方式不同，孔隙布置走向也不同，這里就不作介紹了，見圖4。

  柴油發電機轉子

  轉子勵磁繞組由多個線圈組成，嵌放在轉子鐵芯的槽中，多個線圈串聯起來組成轉子繞組，在轉子軸的勵磁端(簡稱勵端)安裝集電環，轉子繞組的兩個線端分別連接到兩個集電環。見圖5。

  嵌裝好繞組的柴油發電機轉子

  嵌放好線圈后在槽口塞入槽楔，壓住槽內線圈，線圈在槽外的端部用護環壓住，防止線圈被離心力甩出，見圖6。

  為減小負序磁場的影響，在轉子表面還裝有阻尼裝置，這里就不介紹了。

  轉子線圈與護環

  為降低發電機的溫度，在轉子兩端還裝有軸流風扇對機內氣體進行強制循環。見圖7，這是整個轉子，是發電機中的旋轉部件。

  安裝好集電環與風扇的柴油發電機轉子

  定子

  因為定子鐵芯內的磁通是在不停的變化，為防止渦流損耗，定子鐵芯采用多層硅鋼片疊成，硅鋼片涂絕緣漆相互絕緣。硅鋼片導磁良好。為通風冷卻定子鐵芯分成多段，段間有縫隙實現徑向通風。在定子鐵芯的兩端用壓圈與穿心螺桿壓緊定子鐵芯，見圖8。

  柴油發電機定子鐵芯

  在定子鐵芯槽內嵌放定子的三相繞組，繞組形式一般為雙層疊繞。每相繞組由多個線圈組成，按一定規律對稱排列，大型發電機的線圈只有幾匝，是用一根根銅條或銅管彎成，在端部進行連接形成線圈。本模型簡化處理，線圈是由表皮絕緣的導線繞成多匝的線圈。

  在24槽電機模型有24個線圈，分為3組，組成三相繞組，6個引出線中3個是A、B、C相輸出端，3個為中性線端，一同連接到到電機下方的出線盒的瓷套管端子。

  嵌裝好線圈還要在槽口插入槽楔，把線圈壓緊固定。圖11是嵌裝好線圈的定子鐵芯剖視圖。

  發電機的實際組裝過程是定子鐵芯先安裝進機座，然后才進行線圈的嵌裝工作。

  定子與轉子裝入機座

  機座(機殼)由鋼板卷制焊接而成，為確保剛度在殼內壁焊有多圈圓環筋與多條軸向筋。本模型圓環筋較寬，為便于冷卻氣體流動，開有多個通氣孔。在機座下方有發電機出線盒，發出的三相交流電從這里引出，見圖12。安裝好的機殼加端蓋應有很好的氣密性，以防止冷卻介質泄露。

  發電機機殼

  把定子鐵芯安裝在發電機機座內，再進行定子線圈嵌裝，把各相線圈連接起來組成三相繞組。在定子鐵芯的槽口插入定子槽楔，壓緊槽內線圈，見圖13。三相繞組的6個線端連接到出線盒的六個瓷套管端子，在出線盒外接成 Y 形連接，按三相四線輸出。

  裝入機座的發電機定子鐵芯與繞組

  把轉子插入定子鐵芯內是發電機安裝的重要工序，要保證不損傷定子與轉子的任何部分。圖14是插入轉子后的狀態。

  發電機安裝轉子

  本模型的兩個轉子軸承安裝在機殼兩側的端蓋上，稱為端蓋式軸承。每塊端蓋由上下兩塊組成，在端蓋上安裝軸承部件，軸承部件由軸瓦與軸承油密封等組成，循環的密封油可以潤滑軸瓦、防止氫氣泄露、降低軸瓦溫度。

  安裝好機殼兩側的下端蓋，在端蓋上安裝軸承部件，軸承把轉子支撐起來，轉子磁極與定子鐵芯間留有氣隙，轉子可自由旋轉，見圖15。

  發電機安裝軸承

  安裝電刷裝置

  轉子的勵磁電源連接到電刷，電刷與集電環緊密接觸，勵磁電流先通過電刷，再通過集電環到轉子勵磁繞組。電刷由天然石墨制成，有很好的自潤滑特性，導電良好，電刷通過刷辮接到勵磁端子。電刷裝在刷盒內，可自由上下移動，壓簧把電刷壓向集電環。壓簧采用恒壓彈簧，在電刷整個行程中壓力基本不變，恒壓彈簧固定在彈簧夾上，彈簧夾上有楔形卡子，彈簧夾插在刷盒內，卡子進入卡孔就卡住了。圖16左圖是壓簧，右圖是較新的電刷在刷盒的狀態，中圖是磨損較多的電刷(待換電刷)在刷盒的狀態。

  電刷盒結構

  刷盒固定在刷握上，刷握固定在刷握架上，刷辮連接到勵磁電源接線端子上，見圖17左圖，在圖17右圖中顯示了電刷與集電環的相對位置(圖中隱去了轉子軸)。

  電刷裝置與集電環

  僅為發電機電刷示意圖，實際大型發電機的勵磁電流很大，每個集電環由幾段組成，電刷組相應增多，電刷數量達數十個。集電環采用耐磨的優質合金鋼制成，為降低集電環溫度，集電環有通風孔，在兩集電環之間還裝有離心風扇。

  電刷裝置安裝在發電機的勵端集電環的兩側。在轉子兩端還要安裝轉子上的風扇，為了使風扇的氣流按照指定路徑流動，必須安裝上導風罩，見圖18。

  發電機安裝電刷與風扇

  發電機整機

  把機座兩端的上半端蓋安裝好，發電機就組裝好了，圖19是柴油發電機的剖視圖。

  冷卻系統

  大型發電機產生的熱量很大，必須有強有力的冷卻措施，不同型號發電機的定子、轉子、機座等主要結構基本一樣，但冷卻系統五花八門，也較復雜。

  主要的冷卻介質是氫氣與水，也有用空氣。氫氣比空氣的密度小很多、導熱系數大很多;水與很大的比熱容、導熱系數大、價格低廉。冷卻方式主要有：

  全氫冷發電機，電機定子繞組、轉子繞組、定子鐵芯均用氫氣冷卻。

  水氫冷發電機，電機定子繞組采用水內冷、轉子繞組與定子鐵芯用氫氣冷卻。

  水水空發電機，電機定子繞組與轉子繞組采用水內冷、定子鐵芯用空氣冷卻。

  水水氫發電機，電機定子繞組與轉子繞組采用水內冷、定子鐵芯用氫氣冷卻。

  全水冷發電機，電機定子繞組與轉子繞組采用水內冷、定子鐵芯也用水冷卻。

  空冷發電機，電機定子繞組、轉子繞組、定子鐵芯均用空氣冷卻，僅用于中小型發電機。

  氫氣或水如何在電機內循環則有多種途徑，根據循環路線在定子鐵芯與轉子鐵芯上制作冷卻介質的通道，繞組水冷采用空心銅管作導線，在管內通水冷卻。

  ，機座完全密封，在機殼靠兩端設有氫氣冷卻器，氫氣冷卻器就是排管式熱交換器，管內是流動的水，水通過電機外設備冷卻。在機殼內部充滿氫氣，風扇向兩端抽出熱氫氣，熱氫氣經過氫氣冷卻器降溫，再次進入定子與轉子帶走熱量。圖中淺藍色箭頭線示意氫氣的流動路徑。

  除了上述的基本部件外，在定子、轉子、繞組、軸承等部位分布著許多溫度傳感器;在一些部位還有壓力傳感器、振動傳感器、位移傳感器等，監視發電機的工作狀態。

  在機外還配有發電機的勵磁系統、冷卻水的凈化裝置與循環裝置、氫氣的儲存與控制裝置、密封油的循環系統等。

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