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      同步康明斯發電機的工作原理
      發布時間:2013-1-31  【關閉窗口】

      康明斯發電機是常用的備用電源,由于它以柴油發動機燃燒柴油為動力,帶動發電機發出與市電同樣性質的電力,所以用在市電斷電后需要后備電源供電幾小時以上的場合。從性能價格比、對工作環境的要求、帶非線性負載能力方面考慮,采用康明斯發電機比使用很多大容量蓄電池的長延時UPS往往具有一定的優勢。但是康明斯發電機在市電斷電后需要十秒鐘左右才能發出穩定的電力,這就大不如UPS可不間斷供電的特點。因此,康明斯發電機和UPS通常是取其各自的優勢構成一個完善的、可靠的電源系統,以確保重要設備的不間斷供電。 
         
      康明斯發電機一般是采用同步發電機(也俗稱電球)將柴油發動機的旋轉機械能轉為電能。各種用電設備要依靠它發出的電力工作,因此對同步發電機的工作性能要求是很高的。

        1 同步發電機的工作原理

        同步康明斯發電機是根據電磁感應原理制造的。主要組成部分如圖1。現代交流發電機通常由兩部分線圈構成;為了提高磁場的強度,一部分線圈繞在一個導磁性能良好的金屬片疊成的圓筒內壁的凹槽內,這個圓筒固定在機座上稱為定子。定子內的線圈可輸出感應電動勢和感應電流,所以又稱其為電樞。康明斯發電機的另一部分線圈則繞在定子圓筒內的一導磁率強的金屬片疊成的圓柱體的凹槽內,稱為轉子。一根軸穿過轉子中心并將其緊固在一起,軸兩端與機座構成軸承支撐。轉子與定子內壁之間保持小而均勻的間隙且可靈活轉動。這叫做旋轉磁場式結構的無刷同步發電機。 

        工作時,轉子線圈通以直流電形成直流恒定磁場,在柴油機的帶動下轉子快速旋轉,恒定磁場也隨之旋轉,定子的線圈被磁場磁力線切割產生感應電動勢,發電機就發出電來。    

        康明斯發電機轉子及其恒定磁場被柴油機帶動快速旋轉時,在轉子與定子之間小而均勻的間隙中形成一個旋轉的磁場,稱為轉子磁場或主磁場。平常工作時發電機的定子線圈即電樞都接有負載,定子線圈被磁場磁力線切割后產生的感應電動勢通過負載形成感應電流,此電流流過定子線圈也會在間隙中產生一個磁場,稱為定子磁場或電樞磁場。這樣在轉子、定子之間小而均勻的間隙中出現了轉子磁場和定子磁場,這兩個康明斯發電機磁場相互作用構成一個合成磁場。發電機就是由合成磁場的磁力線切割定子線圈而發電的。由于定子磁場是由轉子磁場引起的,且它們之間總是保持著一先一后并且同速的同步關系,所以稱這種發電機為同步發電機。同步發電機在機械結構和電器性能上都具有許多優點。

        2 康明斯發電機的調控

      同步發電機在其額定負載范圍內允許帶各種用電負荷。這些負荷的輸入特性會直接影響發電機的輸出電壓;當負載為純電阻性時,因為同步發電機的定子端電壓——電樞端電壓與負載電流是同相的,所以使得轉子磁場的前一半被定子磁場削弱,而后一半又被定子磁場加強,一周內合成磁場平均值不變,發電機輸出電壓不變。負載呈現為純電感性時,則因負載電流滯后電樞端電壓90°而使得定子磁場削弱了轉子磁場,合成磁場降低,造成康明斯發電機輸出電壓下降。若負載是純電容性的,負載電流就會超前電樞端電壓90°,從而使定子磁場加強了轉子磁場,合成磁場增大,發電機輸出電壓上升。可見;合成磁場是使發電機性能變化的一個重要因素。而合成磁場中起主要作用的是轉子磁場即主磁場,因此,調控轉子磁場就可以調節同步發電機的輸出電壓改善其帶負載能力,從而達到在額定負荷范圍內穩住發電機輸出電壓的目的。

       (1)同步康明斯發電機轉子的勵磁

        所謂勵磁即是向同步發電機轉子提供直流電使其產生直流電磁場的過程。同步發電機轉子凹槽內的線圈就是由稱做勵磁機的一個專門的設備為其供以直流電形成直流磁場的。早期的發電機是采用單獨的勵磁機給轉子線圈提供直流電的,系統龐大而復雜。隨著技術的進步,現代同步康明斯發電機都是將發電機與勵磁機組裝在一起構成一個完整的發電機。

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