柴油发电机组电气及控制系统

柴油发电机组电气及控制系统
电气气控制系统是柴油发电机组的重要组成部分。

本章将介绍柴油发电机组（电气系统的）直流电启动、继电保护、自动化机组中常用传感器、柴油发电机组的电子管理系统、同步发电机的励磁系统以及自动电压调节装置的原理与应用等。

电启动各部件的作用与结构
一、直流电动启动
电动机启动系统由操作人员通过踏板和杠杆操纵启动开关，使发动机的齿轮啮入飞轮齿圈或者操作人员揿下启动按钮，电磁开关通电吸合，控制启动机和齿轮啮入飞轮齿圈还动柴油机启动。

（一）启动电动机的离合机构
启动动机轴上的啮合齿轮在启动，才与发动机曲轴上的飞轮齿圈相啮合，而当发动机开始运行后，启动电动机应立即与曲轴分离。

否则当发动机转速升高，使启动电动机大大超速旋转，产生很大的离心力，造成破坏，甚至使启动电动机电枢飞散。

因此，启动电动机必须装离合机构。

启动时保证启动电动机的动力能传递给曲轴，启动后能切断电动机与发动机曲轴的联系。

常用的离合机构有以下几种。

1、弹簧离合机构
这种机构套装在启动机电枢轴上，驱动齿轮的右端活套在花键套筒的左端外圆上，两个扇形块装入齿轮右端相应缺口中并伸入花键套筒左端的环槽内，这样齿轮和花键套筒可一起作轴向移动，两者可相对滑转。

离合弹簧在自由状态下的内径小于齿轮和套筒相应外圆的直径，安装时紧套在外圆面上。

启动时，启
动机带动花键套筒旋转，有使离合弹簧收缩的趋势，由于离合弹簧被紧箍在相应外圆面上，于是，启动机转矩靠弹簧与外圆面的摩擦传给驱动齿轮，从而带动飞轮齿圈转动。

当柴油机启动后，齿轮有比套筒转速快的趋势，弹簧胀开，离合齿轮在套筒上滑动，从而使齿轮与飞轮齿圈脱开。

该离合机构较简单，所配用的ST614型启动机，其电压为直流24V，功率为5.3KW，操作方便，因而得到广泛应用。

2、摩擦片式离合机构
摩擦片式离合机构结构，内花键毂装在具有右旋外花键套上，主动片套在内花键毂的导槽中，而从动片与主动片相间排列。

旋装在花键套上的螺母与摩擦片之间装有弹性垫圈、压环和调整垫片。

驱动齿轮右端的鼓形部分有一个导槽，从动片齿形凸缘装入此导槽之中，最后装卡环，以防止启动机驱动齿轮与从动片松脱。

离合机构装好后摩擦片之间无压紧力。

启动时，花键套按顺时针方向转动，靠内花键毂与花键套之间的右旋花键，使内花键壳在花键套上向左移动将驱动齿轮，带动飞轮齿圈转动，发动机启动后，驱动齿轮相对于花键套转速加愉，内花链壳在花键套上右移，于是摩擦片便松开，离合机构处于分离状态。

该离合机构摩擦力矩的调整，即调整垫片可改变内花键壳端部与弹性垫圈之间的间隙，以控制弹性垫圈的变形量，从而调整离合机构所能传递的最大摩擦力矩。

摩擦片式的离合机构由于可传动的转矩较大，因此，通常用于较大启动转矩的柴油机上。

（二）启动机电磁操纵机构
柴油机所用的ST614型启动机的结构。

它由串励式直流电动机作启动机，其功率为5.3KW，电压24V，此外，还有电磁开关和离合机构等部件组成。

电磁操纵机构启动机电气连接。

启动时，打开电路锁钥（即电路开关），然后，揿下启动按钮，电路接通，于是电流通入牵引电磁铁两个线圈（即牵引电磁铁线圈和保持线圈），两个线圈产生同一方向的磁场吸力，吸引铁芯左移，并带动驱动杠杆摆动，使启动机的齿轮与飞轮齿圈进行啮合。

铁芯继续向左移，于是，启动开关触点闭合，启动直流电动机电路接通，直流电动机开始运转工作，同时与启动开关并联的牵引线圈短路失去作用，牵引继电器由保持线圈所产生的磁场吸力保持保芯位置不动。

启动后，应及时松开启动按钮，使其回到断开位置，并转动电路锁钥，切电源，以防启动按钮卡住，电路切不断，牵引继电器继续通电。

此时，由于电路已切断，保持线圈磁场消失，在复位弹簧的作用下，铁芯右移复原位，直流电动机断电停转。

同时，齿轮驱动杠杆也在复位弹簧的作用下，使齿轮退出啮合。

（三）电启动的充电设备
在电启动的发动机上通常都有充电设备，以供蓄电池放电后能及时补充发电，同时还可以供给汽油机点火和照明设备用电。

充电设备包括充电机和调节器，充电机可用直流发电机或者硅整流交流发电机。

但是，根据充电机的容量和用电负载的要求，充电机所发的电压不宜太高或太低，工作的电流不能超过额定值。

然而充电机发出电压的高低是随发动机的转速而变化，当转速高时，所发出的电压太高，可能烧坏用电设备；当转速低时，所发出的电压太低，造成蓄电池对充电机放电，也可能将充电机烧坏；当用电负荷增加时，可能造成负载电流超过充电机的额定电流，使充电机过热，甚至烧坏。

因此，充电机必
须加装调节器，以解决上述存在的问题。

（1）直流发电机调节器充电发电机调节器是和直流发电机式充电配套使用的。

这种调节器由断流器、节压器和节流器三个部分构成。

A断流器断流器的结构由铁芯、绕在铁芯上的串联线圈、并联线圈、活动触点、固定触点、触点臂及触点弹簧等组成。

当发电机转速很低，电压低于蓄电池电压时，串联线圈及并联线圈内流过的电流很小，铁芯磁化强度微弱，其吸力不足以克服弹簧的张力，帮触点张开。

发电机与蓄电池的电路不通，发动机和所有电器用电均由蓄电池供给。

当发电机转速增高时，其电压高于蓄电池，此时主要同并联线圈产生磁性吸力增强（并联线圈直径细，圈数多），超过弹簧拉力，将触点臂吸下，使触点闭合，接通发电机与蓄电池的电路，于是发电机便向蓄电池充电，并向用电设备供电。

串联线圈内所产生的吸力与并联线圈所产生的吸力方向一致，使触点接触更为牢靠。

当发电机转速降低或停止工作时，电压又低于蓄电池，电流即从蓄电池按相反方向流入串联线圈，它产生的吸力与并联线圈相反，互相抵消，触点臂被弹簧向上拉开，发电机与蓄电池电路被切断，从而有效地防止蓄电池向发电机放电。

B节压器节压器用来控制发电机的电压在11.8V-14.8V限额范围以内。

它由铁芯、线圈（此线圈是用细导线绕制与发电机电枢绕组并联）、触点、触点臂弹簧及限流电阻等组成。

由于节压器线圈与发电机的电枢绕组关联，两者电压相等，因此，当电机
转速升高时，电压上升，流过线圈中的电流增大，铁芯的电磁吸力增强，克服触点臂弹簧的张力将触点臂及下，触点断开，此时，电阻被自动串入发电机励磁回路中，减小发电机的励磁电磁，降低磁感应强度，使发电机电压下降。

当发电机电压下降后，节压器线圈吸力减小，触点靠弹簧拉力重新闭合，发电机电压又上升。

如此反复，触点臂不断上下振动，其振动频率可达到40HZ以下，因而使发电机的电压保持在一定的平均值。

C、节流器节流器用来控制发电机电枢电流不超过其额定值。

它由铁芯、节流线圈、触点、触点臂、弹簧及电阻等组成。

节流线圈是与发电机的电枢绕组串联的。

当发电机输出电流增大时，电枢电流和节流线圈的电流也增大，铁芯的电磁吸力增强，将触点吸开，此时电阻自动串入发电机的励磁回路，使发电机的磁场减弱，电压下降，因而发电机输出电流减小。

然而，由于电流的减小，电磁吸力减弱，靠弹簧的拉力又使触点又闭合，如此往复，触点不断振动，使电流保持在一定的平均值，从而防止发电机过载而烧坏。

D、直流发电机调节器的联合工作。

JT-81型调节器的内部和外部接线。

当发电机电压达到一定值时，断流器触点闭合，发电机开始向用电设备供电，同时向蓄电池充电。

此时发电机电枢回路和磁场回路都有电流，其电流的流向分别为：电枢电流流向发电机电枢正极→节流器线圈→断流器串联线圈→断流器闭合触点→铁架→电流表→蓄电池负极→地；励磁电流流向发电机电枢正极→节流线圈→断流器串联线圈→电阻R→节流器铁芯及铁架→节流器闭合触点→节压器闭合触点→节压器铁架→发电机磁场接线柱→励磁线圈→地。

a、发电机电压过高时的控制。

当电机电压过高时，节压器触点张开，此时
磁场线圈中的电流回路是：发电机电枢正极→节流器线圈→断流器串联线圈→R →节流器欠芯及铁架→R2→R1→发电机磁场接线柱→励磁线圈→接地。

由于励磁回路接入R1、R2和R电阻共计94Ω，故使励磁电流减小，磁场减弱，电压便下降到规定值。

b、发电机输出电流过大时的控制。

当电机输出电流过大时，节流器触点张开，此时由于发电机端电压降低，节压器触点再次闭合，磁场中的电流回路是：从电枢正极→节流器线圈→断流器串联线圈→R→R2→R1→磁场接线柱；
从电枢正极→电阻R3→节压器闭合触点→磁场接线柱。

此时入励磁回路的电阻共22.7Ω。

励磁电流减小，磁场减弱，电压下降，发电机输出电流减小，恢复到正常值。

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