柴油發(fā)電機組有刷三相交流發(fā)電機工作原理
(1) 發(fā)電機基本工作原理。
圖3-9是最簡單的4極交流三相發(fā)電 機工作示意圖。直流電源經(jīng)電刷、集 電環(huán)向磁極繞組提供直流電流(即勵磁電流)，根據(jù)通電線圈周圍產(chǎn)生磁場的原理，4個磁極鐵心便建立起極性分別為N、S、N、S的磁場。定子 鐵心槽中分別嵌有U、V、W 三相定子繞組。發(fā)電機轉(zhuǎn)子由發(fā)動機驅(qū)動，由于電磁感應(yīng)作用，在定子繞組中便 感應(yīng)出電動勢，當(dāng)定、轉(zhuǎn)子鐵心尺寸和繞組匝數(shù)設(shè)計合理時，在額定轉(zhuǎn)速下發(fā)電機可發(fā)出額定電壓。
(2) 交流電的產(chǎn)生。交流電指的是大小和方向隨時間按正弦規(guī)律作周期性變化的電流或電壓。圖3-9所示發(fā)電機轉(zhuǎn)子順時針方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁極①、②這一對N、S極掠過定子繞組U1的導(dǎo)線時，該繞組導(dǎo)線感應(yīng)的電壓為：磁極①極性為N,當(dāng)極弧表面上的點1、2、3三 個位置先后掠過繞組U1時，該繞組感應(yīng)電壓方向用右手定則判定為正；磁極②極性為S, 當(dāng)極弧表面上的點4、5、6三個位置先后掠過繞組U1時，該繞組感應(yīng)電壓方向用右手定則判定為負(fù)。由于磁極鐵心極弧表面與定子鐵心之間的氣隙大小設(shè)計成不均勻，中央氣隙小， 兩側(cè)氣隙大，通過氣隙大小和極靴寬度的合理選取，使沿極弧表面各處的磁感應(yīng)強度按正弦曲線分布。當(dāng)磁極的不同點掠過繞組U1時，該繞組感應(yīng)的電壓大小也按正弦曲線分布,如圖3-10所示，這就是單相交流電。交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)速、磁極對數(shù)和感應(yīng)的 交流電頻率之間的關(guān)系式為：?=Pn/60 (式中?為交流電頻率，n為轉(zhuǎn)速,P為極對數(shù))。在圖3-9中一個N極和一個S極組成1個極對數(shù)，該發(fā)電機為4極，即2 對極。
(3) 三相交流電的產(chǎn)生。圖3-9所示發(fā)電機定子鐵心梢中，沿圓周均勻安置彼此相隔 120°電角度的3個相同繞組U1U2、V1V2、W1W2,稱為三相繞組。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，便可在三相繞組中感應(yīng)出彼此相隔120°電角度的交流電動勢印、eu、ev、ew，其向量和波形如圖3-11 所示。
(4) 整機工作原理。有刷三相交流發(fā)電機原理電路如圖3-12所示。由勵磁電源輸出的直流電(勵磁電源可來自直流勵磁機發(fā)出的直流電壓、交流勵磁機發(fā)出的交流電經(jīng)整流成的直流電壓、定子副繞組感應(yīng)的電壓經(jīng)整流成的苜流電壓、定子主繞組抽頭電壓經(jīng)整流成的直流電壓），經(jīng)滑環(huán)、集電環(huán)向轉(zhuǎn)子磁極繞組F1F2提供勵磁電流。發(fā)電機由內(nèi)燃機驅(qū)動至接近額定轉(zhuǎn)速，依靠轉(zhuǎn)子磁極鐵心的剩磁磁場（新機或經(jīng)大修的舊機須經(jīng)充磁后，磁極鐵心才有剩磁磁場〉，在定子繞組中感應(yīng)出交流電。由于定子槽中嵌人的繞組按三相布置，因而感應(yīng)出三相交流電壓。調(diào)節(jié)磁場變阻器或自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）的電位器，可使發(fā)電機空載電壓整定在額定電壓值。負(fù)載時，依靠自動電壓調(diào)節(jié)器對轉(zhuǎn)子勵磁電流進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，以維持發(fā)電機電壓恒定。未配備自動電壓調(diào)節(jié)器的，則依靠手動調(diào)節(jié)磁場變阻器對轉(zhuǎn)子勵磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，以維持發(fā)電機電壓接近額定值。
較大功率的發(fā)電機，應(yīng)具有2臺或多臺機并列運行功能，為此要求配備的自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）中設(shè)置有調(diào)差環(huán)節(jié)，其外部配備的調(diào)差互感器，接在發(fā)電機輸出相線上，如圖 3-12所示，在發(fā)電機并聯(lián)運行中起自動調(diào)節(jié)無功負(fù)載電流作用。
