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發電機是如何產生電能的?發電機是如何運轉的

2021-07-22 16:25 來源: 瀏覽:

發電機是便捷的電力供應設備,在停電期間提供電力,防止日常生產經營中中斷或因停電導致業務運營中斷。對于不同的應用,發電機具有不同的電氣和物理配置。下面,就請跟隨小編一起來看看發電機是如何工作的吧。

發電機是怎么工作的?

發電機是一種將從外部來源獲得的機械能轉化為電能作為輸出的裝置。

重要的是要理解發電機實際上并不“產生”電能。相反,它利用提供給它的機械能,通過一個外部電路,迫使線圈中的電荷運動。電荷的流動構成了發電機提供的輸出電流。這種機制可以通過將發電機視為類似于水泵來理解,水泵引起水流,但實際上并不“產生”流經它的水。

現代發電機是根據邁克爾·法拉第在1831-1832年發現的電磁感應原理工作的。法拉第發現,上述電荷流動可以通過在磁場中移動電導體來感應,例如含有電荷的電線。這種運動在導線或電導體的兩端產生電壓差,進而導致電荷流動,從而產生電流。

發電機的主要部件

發電機的主要部件可大致分類如下:

1)發動機

2)交流發電機

3)燃油系統

4)穩壓器

5)冷卻和排氣系統

6)潤滑系統

7)蓄電池充電器

8)控制面板

9)主組件/框架

發電機主要部件的描述如下:

1、柴油發動機

柴油發動機是發電機輸入機械能的來源。發動機的大小與發電機能提供的最大功率成正比。在評估發電機的發動機時,有幾個因素需要記住。應咨詢發動機制造商,以獲得完整的發動機操作規范和維護計劃。

a.使用的燃料類型–發電機發動機使用各種燃料,如柴油、汽油、丙烷(液化或氣體形式)或天然氣。較小的發動機通常使用汽油,而較大的發動機使用柴油、液態丙烷、丙烷氣或天然氣。某些發動機也可以在雙燃料運行模式下以柴油和氣體的雙重供給運行。

b.頂置氣門發動機與非頂置氣門發動機——頂置氣門發動機與其他發動機的不同之處在于,發動機的進氣門和排氣門位于發動機氣缸蓋,而不是安裝在發動機缸體上。與其他發動機相比,OHV(底置凸輪軸)發動機有幾個優點,例如:

(1)緊湊的設計

(2)更簡單的操作機制

(3)耐用性

(4)操作中用戶友好

(5)運行期間噪音低

(6)低排放水平

然而,OHV發動機也比其他發動機貴。

(c)發動機氣缸中的鑄鐵套筒(CIS)-CIS是發動機氣缸中的襯里。它減少磨損,并確保發動機的耐用性。大多數OHV發動機都配備了CIS,但在發電機的發動機中檢查這一功能是至關重要的。CIS不是一個昂貴的功能,但它在發動機耐用性方面發揮著重要作用,尤其是如果您需要經常或長時間使用發電機。

2、交流發電機

交流發電機,也稱為“發電頭”,是發電機的一部分,通過發動機提供的機械輸入產生電力輸出。它包含一個固定和活動部件的組件,裝在一個外殼中。這些組件一起工作,導致磁場和電場之間的相對運動,進而產生電力。

a.定子——這是固定部件。它包含一組纏繞在鐵芯上的電導體。

b.轉子/電樞–這是以以下三種方式之一產生旋轉磁場的運動部件:

(1)通過感應——無刷交流發電機通常用于大型發電機。

(2)通過永磁體——這在小型交流發電機裝置中很常見。

(3)使用勵磁機–勵磁機是一種小型直流電源(DC),通過導電滑環和電刷組件為轉子供電。

轉子在定子周圍產生移動磁場,這在定子繞組之間感應出電壓差。這產生了發電機的交流輸出。

在評估發電機的交流發電機時,您需要記住以下因素:

(1)金屬與塑料外殼——全金屬設計確保了交流發電機的耐用性。隨著時間的推移,塑料外殼會變形,導致交流發電機的活動部件暴露出來。這增加了磨損,更重要的是,對使用者是危險的。

(2)滾珠軸承與滾針軸承——滾珠軸承更受歡迎,壽命更長。

(3)無刷設計——不使用電刷的交流發電機需要較少的維護,并且產生更清潔的動力。

3、燃油系統

燃料箱通常有足夠的容量來保持發電機平均運行6到8小時。對于小型發電機組,燃油箱是發電機滑動底座的一部分,或者安裝在發電機框架的頂部。對于商業應用,可能需要安裝一個外部油箱。所有這些設施都必須得到城市規劃司的批準。單擊以下鏈接了解有關的更多詳細信息發電機燃料箱。

燃油系統的常見特征包括:

(1)從燃油箱到發動機的管道連接–供油管路將燃油從燃油箱引導至發動機,回流管路將燃油從發動機引導至燃油箱。

(2)燃油箱通風管–燃油箱有一個通風管,用于防止燃油箱再加注和排放過程中壓力或真空的積聚。重新加注燃油箱時,確保加油嘴和燃油箱之間的金屬對金屬接觸,以避免火花。

(3)從燃料箱到排水管的溢流連接-這是必需的,以便在重新填充燃料箱期間的任何溢流不會導致液體溢出到發電機組上。

(4)燃油泵–這將燃油從主油箱輸送到日用油箱。燃油泵通常是電動操作的。

(5)燃料水分離器/燃料過濾器-這將水和異物從液體燃料中分離出來,以保護發電機的其他部件免受腐蝕和污染。

(6)噴油器–這將霧化液體燃料,并將所需量的燃料噴入發動機燃燒室。

4、穩壓器

顧名思義,這個元件調節發電機的輸出電壓。下面針對在電壓調節的循環過程中起作用的每個部件來描述該機制。

(1)調壓器:將交流電壓轉換為DC電流–調壓器占據發電機交流電壓輸出的一小部分,并將其轉換為DC電流。然后,電壓調節器將DC電流饋送到定子中的一組次級繞組,稱為勵磁機繞組。

(2)勵磁機繞組:DC電流到交流電流的轉換–現在勵磁機繞組的功能類似于初級定子繞組,并產生小的交流電流。勵磁機繞組與旋轉整流器相連。

(3)旋轉整流器:將交流電流轉換為DC電流–這些整流器對勵磁機繞組產生的交流電流進行整流,并將其轉換為DC電流。除了轉子/電樞的旋轉磁場之外,該DC電流被饋送到轉子/電樞以產生電磁場。

(4)轉子/電樞:DC電流到交流電壓的轉換–轉子/電樞現在在定子繞組上感應出更大的交流電壓,發電機現在產生更大的輸出交流電壓。

這個循環一直持續到發電機開始產生相當于其全部工作容量的輸出電壓。隨著發電機輸出的增加,電壓調節器產生的DC電流減少。一旦發電機達到最大運行容量,電壓調節器就會達到平衡狀態,并產生剛好足夠的DC電流來維持發電機的輸出處于最大運行水平。

當你給發電機增加一個負載時,它的輸出電壓會下降一點。這促使電壓調節器動作,上述循環開始。該循環一直持續到發電機輸出斜升至其原始全運行容量。

5、冷卻和排氣系統

冷卻系統

發電機的持續使用導致其各種部件變熱。必須有一個冷卻和通風系統來回收過程中產生的熱量。

生水/淡水有時被用作發電機的冷卻劑,但這些大多限于特定情況,如城市應用中的小型發電機或2250千瓦及以上的超大型機組。在大型發電機中,氫氣有時用作冷卻劑,因為它比其它冷卻劑更有效地吸收熱量。氫氣從發電機中帶走熱量,并通過熱交換器將熱量傳遞到二次冷卻回路中,該回路中含有去離子水作為冷卻劑。正因為如此,大型發電機和小電廠旁常常有大型冷卻塔。對于所有其他常見應用,包括住宅和工業應用,標準散熱器和風扇安裝在發電機上,作為主要冷卻系統。

每天檢查發電機的冷卻液液位至關重要。冷卻系統和原水泵應每600小時沖洗一次,熱交換器應在發電機運行2400小時后清洗一次。發電機應放置在有充足新鮮空氣供應的開放通風區域。國家電氣規范(NEC)規定,發電機的所有側面應至少留出3英尺的空間,以確保冷卻空氣的自由流動。

排氣系統

發電機排出的廢氣就像其他柴油或汽油發動機排出的廢氣一樣,含有劇毒化學物質,需要妥善管理。因此,安裝適當的排氣系統來處理廢氣至關重要。這一點怎么強調都不為過,因為一氧化碳中毒仍然是颶風后受災地區最常見的死亡原因之一,因為人們往往知道為時已晚才考慮它。

排氣管通常由鑄鐵、熟鐵或鋼制成。這些需要獨立支撐,不應由發電機的發動機支撐。排氣管通常使用柔性連接器連接到發動機上,以最小化振動并防止損壞發電機的排氣系統。排氣管終止于室外,并從門、窗和其他開口通向房屋或建筑物。您必須確保發電機的排氣系統沒有連接到任何其他設備。您還應咨詢當地的城市法規,以確定您的發電機運行是否需要獲得當地政府的批準,以確保您遵守當地法律,避免罰款和其他處罰。

6、潤滑系統

由于發電機由發動機中的運動部件組成,因此需要潤滑以確保長時間的耐用性和平穩運行。發電機的發動機由儲存在泵中的油潤滑。發電機每運行8小時,應檢查一次潤滑油油位。您還應檢查是否有任何潤滑劑泄漏,并在發電機運行500小時后更換潤滑油。

7、蓄電池充電器

發電機的功能是由電池供電的。電池充電器通過向發電機電池提供精確的“浮動”電壓來保持電池充電。如果浮動電壓非常低,電池將保持充電不足。如果浮充電壓很高,會縮短電池壽命。電池充電器通常由不銹鋼制成,以防止腐蝕。它們也是全自動的,不需要進行任何調整或更改任何設置。電池充電器的DC輸出電壓設置為每個電池2.33伏,這是鉛酸電池的精確浮動電壓。電池充電器具有隔離的DC電壓輸出,不會干擾發電機的正常運行。

8、控制面板

這是發電機的用戶界面,包含電源插座和控制裝置。不同的制造商在其設備的控制面板中提供不同的功能。下面繼續為大家介紹更多發電機控制面板有關的詳細信息。

(a)電動啟動和關閉–自動啟動控制面板在停電期間自動啟動發電機,在運行中監控發電機,并在不再需要時自動關閉機組。

(b)發動機儀表–不同的儀表指示重要的參數,如機油壓力、冷卻液溫度、蓄電池電壓、發動機轉速和工作持續時間。當這些參數中的任何一個超過它們各自的閾值水平時,對這些參數的持續測量和監控使得能夠內置關閉發電機。

(c)發電機儀表–控制面板也有測量輸出電流和電壓以及工作頻率的儀表。

(d)其他控制裝置–相位選擇開關、頻率開關和發動機控制開關(手動模式、自動模式)等。

9、主組件/框架

所有的發電機,無論是便攜式的還是固定式的,都有定制的外殼,提供結構基礎支撐。為了安全起見,框架還允許發電機接地。

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