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无刷充电机的工作原理 发动机起动期间，发电机电压小于蓄电池电压时，整流二极管截止，发电机不能对外输出，由蓄电池供给磁场电流。路径为：蓄电池正极→点火开关SW(或点火继电器触点)→磁场烧组调节器→搭铁→蓄电池负极。 流入励磁绕组的电流，在励磁铁心中建立一个带状的磁通量。这个带状磁通量沿着各个导磁元件环行，在整个磁回路中，这个磁通量将在励磁绕组周围找到一个 磁阻的通道：励磁电流产生的磁力线通过励磁铁心(磁轭托架)→辅助气隙g1→转子N极→主气隙g→定子铁心→主气隙g→转子S极→辅助气隙g2→励磁铁心形成一个闭合的磁路系统。这种结构除转子爪极外径与定子内表面之间的气隙(称为主气隙)外，在闭合的磁路系统中，增加了两个有相对运动的径向附加气隙，使闭合回路的磁阻增大。所以必须通过增加磁场绕组的激磁安匝来补有效磁通量所减小的部分，才能保证无刷交流发电机的输出。 随着转子的旋转，使通过定子铁心的磁通量发生变化，定子绕组切割磁力线而产生感应电动势，定子绕组发出三相交流电压，通过三相桥式整流电路整流成直流。当转速达到1000r/min左右时，发电机应能正常发电并对外输出，经滤波电容C后输出28V直流电压，发电机电压大于蓄电池电压，发电机自励，并对蓄电池充电，或对其他负载供电。N端通过VD4、VD5、VD6中的一个硅管整流，与对地端形成半波整流电压，被称为中性点电压，其输出信号为14V直流脉动电压( 负载不能超过2A)，N端可用于接转速表。中性点电压除了直流成分外，还含有交流成分，且幅值随发电机的转速而变，与中性点相连的二极管(VD10、VD11)就称为中性点二极管。当中性点二极管的正极管(VD11)电位 或负极管(VD11)电位 时，中性二极管亦处于正向导通，可对外输出，能有效利用中性点电压来增加发电机的输出功率。实践证明，在交流发电机上安装中性二极管后，输出功率可增加10%～15%。 定子绕组的三相交流电压经三相全桥整流后，经调节器向励磁绕组供电。调节器以通/断方式调节励磁电流，使充电机的输出电压保持在(28±0.3)V范围内波动，给蓄电池浮充电。发电机调节器电路如图8-14中调节器部分所示，主要由3个电阻R1、R2、R3，2个三极管VT1、VT2和1个稳压管VR组成。R1、R2，为分压电阻，VT1为小功率三极管，接在大功率管的前一级，起功率放大作用，也称前级放大。三极管VT2为大功率三极管，其集电极与发电机磁场绕组相连，磁场绕组为VT2负载，VT2导通时，磁场电流接通反之磁场电流切断。因此，可以通过控制三极管VT2的导通与截止，改变磁场电流使发电机输出电压稳定。 稳压二极管VR是感受元件，其一端接三极管VT1的基极，另一端接分压电阻R1、R2、以组成电压检测电路，监测发电机电压的变化。当发电机的输出电压在分压电阻R1上的电压达到VR的设定电压时，VR击穿，VT1有基极电流使VT1导通，VT2截止，这就使发电机的F点不接地面切断了磁场绕组的电路，发电机电压便会下降。发电机电压下降时又使VR、VT1截止，VT2导通，发电机电压重又升高如此反复作用，使发电机端电压被控制在一定的范围内。 现在集成电路电压调节器也被广泛使用。用集成电路开发的电压调节器体积很小，可方便地安装在发电机的内部与发电机组成一个整体，称之为整体式交流发电机。集成电路调节器的基本工作原理与晶体管调节器完全一样，都是根据发电机的电压信号(输入信号)，利用三极管的开关特性控制发电机的磁场电流以此达到稳定发电机输出电压的目的。集成电路调节器有内、外搭铁之分，以外搭铁形式居多。
柴油发电机组的电球构成和控制系统 电机按照其发生或需要的电能的性质可分为直流电机和交流电机；交流电机除变压器外，还可分为同步电机和异步电机。异步电机多作为电动机，作发电机用的非常少见。 柴油发电机组中常用的发电机为同步发电机，由定子、转子和电压调节器及辅助装置构成。 1.电枢组件 电枢由电枢铁芯和电枢绕组组成。电枢铁芯由导磁良好且彼此绝缘的薄硅钢片叠压而成，既可构成发电机的部分磁路，又可减小铁芯的涡流损耗、电枢硅钢片的内沿中央制有均匀的开口，许多硅钢片叠压后其内沿形成开口槽，用于安放电枢绕组。电枢绕组是由高强度漆包线统制而成，按照设计规律安放在电枢槽内并正确地连接起来，构成完整的单相或三相电枢绕组，用以产生交流电动势，向负载输出电能。 2.磁极 磁极由磁级铁芯和励磁绕组组成。磁极铁芯由导磁良好且彼此绝缘的薄硅钢片叠压而成、，在励磁电流的作用下产生主磁场、同时减小涡流损耗。励磁绕组由外涂高强度绝缘漆的铜导线集中统制在各个磁促上，然后将其正确地连接起来。当通入直流电流时，磁极被磁化，产生符合要求的主磁通和磁极极。其匝数由所要求的主磁通量和所选用的磁极铁芯的材料与截面积决定，导线的线径由额定励磁电流决定。 3.定子和转子 定子是交流发电机中固定不动的部分，可以是电枢，也可以是磁极。对于旋转磁极式发电机，其定子组件就是电枢组件；而对于旋转电枢式发电机，其定子组件则为磁极及其励磁绕组等组成的磁极组件， 转子是发电阻的旋转部分.可以是发电机的磁极，也可以是发电机的电抠。对于旋转磁极式同步交流发电机，转子部分通常由磁极铁芯、励磁绕组、转轴及附件组成。 4.电压调节器AVR 当发电机转速发生变化时，电压调节器可自动改变发电机励磁电流，确保输出电压恒定。常见的电压调节器有SX460型、SA465型、SX440型、SX421型、MX341型、MX321型等。 发电机控制系统 伴随着计算机技术的发展，柴油发电机组自动化技术日臻成熟。专业控制器采用未处理技术，以各种集成电路取代继电器控制及分立电子元器件组成的逻辑电路，直至发展成以专用控制器为核心的自动化系统。其总体来说具有成本低、性能高的特点。 柴油发电机组控制器具有检测和显示发电机各物理量的功能；进行发电机的启动、运行、停机、紧急停机等控制性操作；供电及负载检测与切换；机组保护；故障诊断；远程通信遥测、遥控等作用、增强了柴油发电机组运行的可靠性和人机交流方便性。常见的有DSE55O控制器、ACCESS4000控制器、TA3000控制器等。
发电机多种异常状态及危害 随着电力工业的迅速发展，发电机单机容量的不断增加，大型发电机组在电力系统中越来越重要。人们对发电机的可靠性、性要求越来越高。发电机的运行对保证柴油发电机组的正常工作和电能质量起着极其重要的作用。但是较之故障，异常运行状态发生的机率更大，比如定子绕组过负荷、发电机失磁、失步，发电机逆功率运行，非全相运行等。这些威胁同样不容忽视，所以研究大型发电机的异常运行及保护是很有必要的。由于大型发电机多采用三相分相操作主开关，非全相运行已成为发电厂电气运行的重点防止对象。本文针对大型发电机非全相运行进行了分析研究，采用对称分量法得出了各相电流、各序电流及相序电流间的关系，并用KATLAB软件进行了仿真，验证了理论分析的结果。同时，就发电机组非全相保护存在的问题提出了改进方案，并给出了发电厂发生非全相运行故障时的一些处理方法： 1、低励磁或失磁对于容量在100KW以下不允许失磁运行的发电机，当采用直流励磁机时，应在灭磁开关断开时同时断开发电机断路器。容量在100KW以上的发电机也应装设失磁保护。对于水轮发电机，保护动作于解列灭磁；对于柴油发电机，保护动作于减出力，以便缩短异步运行时间尽快恢复同步运行，在不允许继续异步运行或失磁后母线电压低于允许值时，保护动作于解列灭磁。 2、定子过电流或过负荷保护 在定子绕组、励磁绕组上应装设定时限和反时限过负荷保护。定时限过负荷保护动作于信号或自动减负荷、降低励磁电流。反时限过负荷保护动作于解列或程序跳闸、解列灭磁。 3、逆功率保护 对于容量在200KW及以上的柴油发电机，宜装设逆功率保护。保护带时限动作于信号，经长时限动作于解列。 以上所述的解列灭磁，是指断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。减出力，是指将原动机出力减到给定值。程序跳闸，对柴油发电机来说，是指首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁。对水轮发电机，是指首先将导水翼关到空载位置，再跳开发电机断路器灭磁。 4、发电机失步保护对于容量在300KW及以上的发电机，需装设失步保护，保护动作于信号或解列。若发生失步现象，应尽快创造恢复同期的条件，一般可采取增加发电机的励磁，或减少该失步电机的有功出力，进而将其牵入同步。动减负荷、降低励磁电流。反时限过负荷保护动作于解列或程序跳闸、解列灭磁。 5、非全相运行保护 发电机变压器组的非全相运行故障，大多数发生在机组解列、并列的操作过程中，正确地进行机组解列或并列的操作是大幅度地减少因负序电流烧损发电机转子的简单而有效的措施。因此只要遵循保持发电机励磁、稳定机组转速、减少机组出力、控制定子电流的原则，严格按照合理顺序进行操作和调整，完全可以把负序电流控制在允许的范围之内。 由于现在大型发电机多采用三相分相操作主开关，非全相运行已成为发电厂电气运行的重点防止对象。所以在下面的章节中我将重点分析发电机非全相运行及其相应的保护措施。 非全相运行时，由于发电机组接线方式、主变接地方式、断相形式、导致原因不同，非全相运行时的故障特征是不同的，所以对非全相运行进行合理有效的分类是分析研究的前提。非全相运行一般采用对称分量法来分析计算。对称分量法是一种线性变换，利用它可将任意一组不对称的三相电流(或电压)分解成正序、负序和零序三组三相对称的电流(或电压)，这三组各自独立的对称电流(或电压)就称为不对称电流(或电压)的对称分量，每组对称分量的三相之间都有大小相等、彼此间相位差相等的关系。电流或电压的相序、大小关系是机组非全相运行时的重要故障信息，这些量的提取与判断，对于保护机组与系统的运行有着非常重要的意义。
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