--------------------------------------------------通信用发电机常常分为柴油机与汽油机,柴油机适合负载较大场合的供电,如核心机房,骨干节点,体积较大,不适合运输。
而汽油机体积小,适合负载较小的场合供电,如普通节点基站、小基站、机柜等场景。
二者均是将内能转换为机械能,带动发电机组,实现电能的转化。
柴油机基本构造有曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、润滑系统、冷却系统、启动系统。
第一冲程——进气,它的任务是使气缸内充满新鲜空气。
当进气冲程开始时,活塞位于上止点,气缸内的燃烧室中还留有一些废气。
当曲轴旋转肘,连杆使活塞由上止点向下止点移动,同时,利用与曲轴相联的传动机构使进气阀打开。
随着活塞的向下运动,气缸内活塞上面的容积逐渐增大:造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力,因此外面空气就不断地充入气缸。
进气过程中气缸内气体压力随着气缸的容积变化的情况如动画所示。
图中纵坐标表示气体压力P,横坐标表示气缸容积Vh(或活塞的冲S),这个图形称为示功图。
图中的压力曲线表示柴油机工作时,气缸内气体压力的变化规律。
从土中我们可以看出进气开始,由于存在残余废气,所以稍高于大气压力P0。
在进气过程中由于空气通过进气管和进气阀时产生流动阻力,所以进气冲程的气体压力低于大气压力,其值为0.085~0.095MPa,在整个进气过程中,气缸内气体压力大致保持不变。
当活塞向下运动接近下止点时,冲进气缸的气流仍具有很高的速度,惯性很大,为了利用气流的惯性来提高充气量,进气阀在活塞过了下止点以后才关闭。
虽然此时活塞上行,但由于气流的惯性,气体仍能充人气缸。
柴油机四个过程第二冲程——压缩。
压缩时活塞从下止点向上止点运动,这个冲程的功用有二,一是提高空气的温度,为燃料自行发火作准备:二是为气体膨胀作功创造条件。
当活塞上行,进气阀关闭以后,气缸内的空气受到压缩,随着容积的不断细小,空气的压力和温度也就不断升高,压缩终点的压力和湿度与空气的压缩程度有关,即与压缩比有关,一般压缩终点的压力和温度为:Pc=4~8MPa,Tc=750~950K。
柴油的自燃温度约为543—563K,压缩终点的温度要比柴油自燃的温度高很多,足以保证喷入气缸的燃油自行发火燃烧。
喷入气缸的柴油,并不是立即发火的,而且经过物理化学变化之后才发火,这段时间大约有0.001~0.005秒,称为发火延迟期。
因此,要在曲柄转至上止点前10~35°曲柄转角时开始将雾化的燃料喷入气缸,并使曲柄在上止点后5~10°时,在燃烧室内达到最高燃烧压力,迫使活塞向下运动。
第三冲程——燃烧膨胀。
在这个冲程开始时,大部分喷入燃烧室内的燃料都燃烧了。
燃烧时放出大量的热量,因此气体的压力和温度便急剧升高,活塞在高温高压气体作用下向下运动,并通过连杆使曲轴转动,对外作功。
所以这一冲程又叫作功或工作冲程。
随着活塞的下行,气缸的容积增大,气体的压力下降,工作冲程在活塞行至下止点,排气阀打开时结束。
动态图第四冲程——排气。
排气冲程的功用是把膨胀后的废气排出去,以便充填新鲜空气,为下一个循环的进气作准备。
当工作冲程活塞运动到下止点附近时,排气阀开起,活塞在曲轴和连杆的带动下,由下止点向上止点运动,并把废气排出气缸外。
由于排气系统存在着阻力,所以在排气冲程开始时,气缸内的气体压力加比大气压力高0.025—0.035MPa,其温度Tb=1000~1200K。
为了减少排气时活塞运动的阻力,排气阀在下止点前就打开了。
排气阀一打开,具有一定压力的气体就立即冲出缸外,缸内压力迅速下降,这样当活塞向上运动时,气缸内的废气依靠活塞上行排出去。
为了利用排气时的气流惯性使废气排出得干净,排气阀在上止点以后才关闭。
汽油机的主要工作原理,大致和柴油机相同,但有所区别汽油机与柴油机的区别个人认为主要是点燃方式不同,一个压燃,一个火化塞。
汽油机就是以汽油为燃料,柴油机就是以柴油为燃料。
然而,除了燃料不同,两者还有以下区别:汽油机是点燃式的,燃料在汽缸内靠电火花塞点燃;而柴油机是压燃式的,燃料依靠汽缸内空气压缩产生的热量引燃,也就是空气压缩会升高温度,当压缩空气的温度高于柴油的燃点时柴油就会燃烧。
汽油机的汽缸压缩比较低,通常在10以下,而柴油机的汽缸压缩比较高,一般都在14以上。
汽油机震动小、转速高,适用于轿车和轻型车辆,而柴油机功率大,经济性能好,适用于卡车和大型客车。
由于柴油较汽油廉价,而且柴油机动力强劲。
由于轿车、客车等汽油机车辆经常在市内行驶,因道路拥堵常处于停停开开状态,发动机也经常怠速运转,温度较低,即使在正常运转条件下汽油机的温度和压力都比柴油机低,因此在汽油机的工作条件下,发动机机油容易产生低温油泥,所以要求汽油机油具有良好的低温油泥分散性;而柴油机车辆经常在公路上行驶,车辆长时间运行,发动机温度和压力都较高,汽缸内产生较多的烟灰和积炭,发动机油也容易氧化产生胶质,因此柴油机油要求具有良好的高温清净性。
二冲程汽油机二冲程内燃机的工作循环式在两个活塞行程即曲轴旋转一周的时间内完成的。
在四冲程内燃机中,常把排气过程和进气过程合称为换气过程。
在二冲程内燃机中换气过程是指废气从气缸内被新气扫除并取代的过程。
这两种内燃机的工作循环的不同之处主要在于换气过程。
发动机气缸体上有三个孔,即进气孔、排气孔和换气孔,这三个孔分别在一定时刻由活塞关闭。
其工作循环包含两个行程:1.第一冲程:活塞自下止点向上移动,三个气孔同时被关闭后,进入气缸的混合气被压缩;在进气孔露出时,可燃混合气流入曲轴箱。
2.第二冲程:活塞压缩到上止点附近时,火花塞点燃可燃混合气,燃气膨胀推动活塞下移作功。
这时进气孔关闭,密闭在曲轴箱内的可燃混合气被压缩;当活塞接近下止点时排气孔开启,废气冲出;随后换气孔开启,受预压的可燃混合气冲入气缸,驱除废气,进行换气过程。
1.二冲程发动机没有阀,这就大大简化了它们的结构,减轻了自身的重量。
2.二冲程发动机每一回转点火一次,而四冲程发动机每隔一次回转点火一次。
这就赋予了二冲程发动机重要的动力基础。
3.二冲程发动机可在任何方位上运转,这在某些设备如链锯上很重要。
标准四冲程发动机可能在油料晃动的时候发生故障,除非它是直立着的。
解决这个问题就会大大增加发动机的灵活性。
这些优点使二冲程发动机更加轻便,简易,制造成本低廉。
二冲程发动机另外还有将双倍的动力装进同一空间内的潜力,因为每一回转它有双倍的动力冲程。
轻便和双倍动力的结合使它与许多四冲程发动机相比具有惊人的“ 推重比 ”。
1.二冲程发动机无法像四冲程发动机那样可持续使用那么长时间。
精密润滑系统的不足意味着二冲程发动机的零部件耗损得更快。
2.二冲程润滑油非常昂贵,每使用一加仑汽油你就需要四盎司润滑油。
如果你在轿车上使用二冲程发动机,那么你每一千英里就要烧掉一加仑的润滑油。
3.二冲程发动机的燃料消耗效率不高,因而你每加仑油跑不了几里路。
4.二冲程发动机产生很多污染,太多以至于你可能看不到污染在你周围。
污染来自两方面。
第一是润滑油的燃烧。
在某种程度上,润滑油使所有的二冲程发动机烟雾弥漫,一个磨损很严重的二冲程发动机能释放出大团大团的含油烟雾。
第二条原因不是很明显。
每当往燃烧室注入大量新空气/燃料时,它们中的一些便从排气口泄露了。
这正是为何你在任何二冲程摩托艇周围能看到泛着光泽的润滑油。
从混有泄出的润滑油的新燃油里释出的碳氢化合物对环境造成了很大的问题。
这些不足意味着二冲程发动机只能应用于那些马达不常使用和“推重比”很重要的场合。
发电机的发电过程是一种能量转换过程,例如,水流动的能量带动水轮机转动,由水轮机带动发电机转动,并输出感应电动势,即将水库中水流的能量转换为电能。
发电机基本的工作过程即为将各种带动发电机转子转动的机械能,通过电磁感应转换为电能的过程。
1.直流发电机的工作原理直流发电机工作时,外部机械力的作用带动导体线圈在磁场中转动,并不断切割磁感线,产生感应电动势。
图1所示为典型直流发电机的工作原理示意图图1 直流发电机工作原理示意图图2所示为直流发电机转子绕组开始旋转瞬间的工作过程。
当外部机械力带动绕组转动时,线圈ab和cd分别做切割磁感线动作,根据电磁感应原理,绕组内部产生电流,电流的方向由右手定则可判断为:感应电流经线圈dc→cb→ba、换向器1、电刷A、电流表、电刷B、换向器2形成回路。
图2 工作过程图3所示为直流发电机转子绕组转过90°后的工作过程。
当绕组转过90°时,两个绕组边处于磁场物理中性面,且电刷不与换向片接触,绕组中没有电流流过,F=0,转矩消失。
图3 工作过程续图4所示为直流发电机转子绕组再经90°旋转后的工作过程。
受外部机械力作用,转子绕组继续旋转,这时绕组继续做切割磁感线动作,绕组中又可产生感应电流,该感应电流经绕组ab→bc→cd、换向器2、电刷A、电流表、电刷B、换向器1形成回路。
图4 从图中可以看到,转子绕组内的感应电动势是一种交变电动势,而在电刷AB端的电动势却是直流电动势,即通过换向器配合电刷,使转子绕组输出的电流始终是一个方向,即为直流发电机的工作原理。
值得注意的是,在实际直流发电机中,转子绕组并不是单线圈,而是由许多线圈组成的,绕组中的这些线圈均匀地分布在转子铁芯的槽内,线圈的端点接到换向器的相应滑片上。
换向器实际上由许多弧形导电滑片组成,彼此用云母片相互绝缘。
线圈和换向器的滑片数目越多,发电机产生的直流电脉动就越小。
一般中小型直流发电机输出的电压有115V、230V、460V,大型直流发电机输出电压为800V左右。
2.交流同步发电机的工作原理交流同步发电机的工作过程可以简单看作为取消直流发电机中的换向器装置后的工作过程,即在发电机转子绕组旋转过程中无换向过程,电流输出方向发生变化的过程。
另外,在交流同步发电机中,并不是由转子绕组做切割磁感线运动,而是由转子产生旋转的磁场(励磁装置为励磁绕组通入电流),使定子绕组做切割磁感线的运动,从而产生感应电动势,并通过接线端子引出。
图5所示为交流发电机的工作过程示意图。
图5 交流发电机交流同步发电机根据定子绕组输出相数,可以设计成产生单相或多相交流电压的发电机。
图6为产生单相、两相和三相交流电压的基本设置。
图6 图7所示为单相交流发电机工作原理示意图。
磁铁旋转后,在两个定子绕组A、B中产生正弦波交流电动势e。
将产生电动势的电源称为相,这种发电机使用由单相和两根电线供给的交流,称为单相交流,这种配电方式称为单相二线制。
图7在该类发电机中,定子槽内放置着3个结构相同的定子绕组AX、BY、CZ,其中A、B、C称为绕组的始端,X、Y、Z称为绕组的末端,这些绕组在空间互隔120°。
转子磁场在空间按正弦规律分布,当转子由原动机带动以角速度ω等速顺时针方向旋转时,在3个定子绕组中就产生频率相同、幅值相等、相位上互差120°的3个正弦电动势,这样就形成了对称三相电动势。