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柴油发电机的工作原理 工作原理 一、柴油发电机组生成机理： 柴油发电机组中常用的发电机为同步交流发电机，是以电磁感应为基础的旋转式机械。根据其结构特点可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。 在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油 充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为‘作功’。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。 将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用‘电磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。 柴油发电机组工作结构图 二、交流发电机生成机理 以旋转电枢式同步发电机为例介绍柴油机组中发电机的工作原理。 旋转磁极式发电机产生电动势的原理与旋转电枢式相同，都是电磁感应现象。而主要区别有两点： （1）产生感应电流的方式：旋转电枢式发电机通过电枢的旋转使闭合线圈的磁通量变化，从而产生感应电流；旋转磁极式发电机则通过磁极的旋转使定子线圈切割磁力线，从而在定子线圈中产生感应电流。 （2）电力输出方式：旋转电枢式发电机通过电刷和集电环向外接电路供电；而旋转磁极式发电机则直接将电力送往外接电路，因此相对于旋转电枢式、旋转磁极式发电机可提供电高的电压，适用于大型发电机。 1、电动势的产生 ● 当导体切割磁场的磁力线时，会在导体中产生感应电动势。 ● 线圈abcd代表整个电伛绕组、其两端分别固定在同一转轴上的滑环1和2上，两者同轴旋转，且相对位置和连接关系不随转子位置的变化而变化。电刷A和B通过刷架固定在发电机的端盖上、且与滑环1、2的滑动接触关系不变。 ● 当电枢沿顺时针方向旋转，ab边处于N极下时、山边的感应电动势方向为由c至d，并设此时电动势方向为正方向;当电枢旋转180。后、ab边处于S极下，cd边处于N极下，此时ab和cd边中的电动势均改变方向，显然此时电动势为负值。 由上述过程可知，对于一对磁极的单向同步交流发电机、其转子旋转一周，在电枢绕组中产生一个周波的交流电动势。若磁通密度B按正弦规律分布，则可产生正弦交流电动势。而对于三相同步交流发电机、其各项绕组产生交流电动势的原理与单项同步交流发电机完全相同。 2、电动势的大小 根据电磁感应定律,当导体与磁场发生相对运动时、导体中的感应电动势e可由式求得: E=BLV ● B——磁通密度； ● L——导体在磁场中的有效长度； ● V——导体垂直于磁场方向的运动速度。 而正弦交流电动势的有效值E计算： E=Kn ● 式中n——发电机转速； ● K——发电机的结构常数。 同步交流发电机制成后，其结构常数K已成定值。因此，可通过改变发电机的转速n或每极磁通来调整其输出电压的高傲。但是，通常情况下要求电动势的频率f恒定，而频率f与转速n成正比，所以发电机的转速是不能随便调整的。因此，主要通过调节同步交流发电机磁通量的大小，达到调整其输出电压的目的。 3、电动势的频率 ● 当发电机磁极对数一定时(如P=1)，其转子每旋转一周，电枢绕组可产生一个周波的交流电动势。转子旋转两周，产生两个周波的交流电动势，苦转子每秒旋转n/60周，则产生n/60周/s的交流电动势。由此可知，交流电动势的频率f与发电机转速n成正比。 ● 当发电机的转速一定时(如n=1周/s)，磁极对数P=1，转子每旋转一周产生一个周波的交流电动势。磁极对数P=2，转子每旋转一周产生两个周波的交流电动势。若为P对磁极，转子每旋转一周产生P个周波的交流电动势。由此可知，交流电动势的频率f还与磁极对数P成正比。 综上所述，同步交流发电机电动势的频率f与其转速n 和磁极对数P成正比，因此f的计算公式为： F=P*n/60 (周/s) 改变同步交流发电机的转速n或磁极对数P,均可改变其频率f。但是，发电机制成后，其磁极对数P是不能改变的因此,只能通过改变转速n来调整频率f。一旦频率f达到额定值后，就不能再随便改变转速n。 4、改善电动势波形的措施 根据要求，同步交流发电机输出电压应为正弦波。但是，由于发电机定子铁芯结构、磁极结构、电枢绕组结构、三相发电机电枢绕组的连接形式等因素的影响，电动势的波形会产生畸变，形成非正弦交流电动势。 非正弦交流电动势中除含有基波分量外，还含有频率不同的许多高次谐波分量。不仅严重影响发电机的性能和工况，还影响用电设备的正常工作。因此，在设计、生产同步交流发电机时，采取了诸多方法，改善电动势波形，使其成为正弦波。其具体方法有：改善磁极形状、采用斜槽定子、改善定子绕组结构和三相发电机采用星形接法。 （1）改善磁极形状：磁极的分布规律由磁极的形状决定，将磁极尖削尖或采用扭斜磁极，使磁通密度B近似按正弦规律分布，进而使电动势成为正弦波； （2）采用斜槽定子：将定子铁芯扭斜一个槽距的位置，使其成为斜糟定子，无论转子旋转至何种位置，磁极端画所覆盖的铁芯齿面积始终保持不变，这样可齿谐波的影响； （3）改善定子绕组结构：同步交流发电机通常采用短距分布式绕组结构，可或削弱许多高次谐波分量，使电动势接近于正弦波； （4）三相发电机采用星形接法：三相同步发电机的三相电枢绕组采用星形接法，其线电压中将不再含有三次及三的整倍数次谐波分量·改善线电压的波形。 5、同步交流发电机励磁方式 发电机励磁功率的产生方式，称为其励磁方式。同步交流发电机的励磁方式有他励式和自励式两种。 （1）他励式：励磁功率由本身以外的其他电源供给，这种发电机称为:他励式发电机。根据获得励磁功率形式的不同，他励式交流发电机又有采用血流励磁机励磁和采用无刷交流励磁机励磁之分。其中、采用直流励磁机励磁是靠同轴转动的并励直流发电机供给励磁功率的；采用无刷交流励磁机励磁是由同轴转动的交流励磁发电机供给励磁功率的。 （2）自励式：励磁功率由本身供给的发电机称为自励式发电机。其励磁功率一般由以下三种方法获得：直接从同步交流发电机输出端取得，由安装在同步交流发电机的定子槽中的副绕组供给；发电机电枢绕组为带抽头式的，由抽头处引出部分电枢绕组供给。 综上所述，无论是他励式同步交流发电机，还是自励式同步交流发电机，改变励磁电流的大小，均可调整发电机的输出电压。

柴油发电机组企业面临国际舞台的角色转换 柴油发电机组作为、可靠、的应急电源、移动电源和自备电源，为中国过去几十年的经济发展提供了重要的 柴油发电机组作为、可靠、的应急电源、移动电源和自备电源，为中国过去几十年的经济发展提供了重要的辅助电源保障。同时，对应急备用电源持续增长的需求也使得中国国内出现了一批能够和康明斯、卡特彼勒等国际知名品牌瓜分市场的本土企业。上世纪八十年代开始，中国柴油发电机组市场从大部分依赖进口阶段，演变到中低功率段产品实现国产化，乃至到目前部分国内本土企业能够生产出具有较高稳定性的2000kW以上大功率机组。短短的二三十年时间，中国柴油发电机组企业在生产上所体现出的成熟工艺技术和装配能力获得了国内外诸多用户的广泛肯定。 三大因素助中国本土企业快速发展 过去十年，有几个重大因素驱动了中国市场对柴油发电机组的强烈需求，这极大促使了中国本土企业在国内市场上的立足和发展。首先，2003-2005年中国经历了一场从局部到全国性大面积的缺电现象，特别是2004年全年全国缺电超过30000MW缺口，相当于30台超超临界火电机组的装机量。为了保障城镇的居民用电，政府不得不对高耗能的制造工厂拉闸限电，由此推动了对柴油发电机组的巨量需求。第二，2008年北京奥运会和2010年上海世博会期间，仅场馆投资方面，北京奥运会达到200亿元，上海世博会180亿元。重要的是，由此拉动对城市轨道交通、高级酒店业、互联网和通信以及金融服务超过上万亿元的建设投资。而这些终端市场正是柴油发电机组的主要应用领域。第三，为了抵御全球性金融危机，从2009年到2011年，中国政府投入了4万亿元用于刺激国内经济发展，其中超过2万亿元属于铁路、公路等工程建设项目。除此之外，还包括2008年和2011年中国国内发生的严重缺电现象，尤其是2011年的缺电一度再次接近30000MW的缺口。 由于这些因素对中国柴油发电机组市场产生的需求刺激，使得国内市场在一定时期内年复合增长率接近15%。根据MARTEC GROUP咨询公司的行业报告，2011年中国柴油发电机组市场销售额达到145亿元，预计2015年市场规模超过250亿元。持续稳定增长的市场需求造就了一批较大规模的本土企业，如康诚、鼎新、百发、星光等年销售额过5亿元的企业，这些企业已具备和康明斯、卡特彼勒、科勒等国际巨头竞争的实力。 国内市场已开始显现发展阻力 作为市场发展周期中必须经受的考验，在经历了较快发展的十年后，中国国内的柴油发电机组市场也面临着一些发展阻力。首当其冲的是中国基础建设投资和高耗能制造业增速放缓，在2009-2011年由政府主导的四万亿元投资中的工程项目已基本完工并投入运行，部分工程在建成后并没有起到很好的使用效率，这对未来经济刺激政策的推出起到一定阻力。另一方面，为降低污染排放并提高工业生产能效，大量的中小规模的制造工厂，特别是高耗能行业的企业面临被关闭的可能。这些企业曾经在中国的多次电荒中都是柴油发电机组的重要用户。 其次，国内市场的竞争激烈、产品同质化程度高。仅销售额过千万元的企业就超过200家，这些被称之为OEM的企业所使用的发动机大部分由重庆康明斯、沃尔沃、三菱重工等企业提供，发电机由利莱森马、马拉松等国际品牌供应。在中低端的终端应用市场上，也会采用中国本土的发动机品牌，如上柴、济柴、常柴等。在过去的市场阶段，中国本土企业普遍只重视对客户的开发和销售渠道的扩张，很少有企业会重视对客户应用需求的定制化以及售后服务的维护。因为后者需要投入很大的成本，并且不能在短期内为企业带来收益。 再次，由于国际品牌如康明斯、卡特彼勒、科勒等都将生产制造转移到了中国，有些外资企业还将中国作为亚太区乃至全球的生产基地，以此降低成本和国内企业竞争。这无疑降低了行业整体的利润率水平。 基于以上这些原因，中国本土柴油发电机组企业已不满足于国内市场，转而发力海外市场，特别是针对海外工程承包项目市场。MARTEC GROUP 咨询公司对中国柴油发电机组市场的专题研究显示，2006 年中国柴油发电机组出口额仅10 亿元左右，而到了2010 年，出口额增至100 多亿元，年复合增长率接近80%。 世界市场上和国际巨头展开竞争 中国本土柴油发电机组企业在全球柴油发电机组市场中主要以两种形式销售其产品，一部分是通过在海外的分销商或直销团队，将产品直接供给海外当地的终端。用户通常是当地的制造工厂或居民，特别在印度、孟加拉和非洲这些大部分时间都没有市电供应的 和地区。另一类形式是通过参与海外的工程承包项目，直接客户通常是中国本土的EPC企业或工程施工公司。一般来说，绝大部分的中国EPC 企业或工程施工公司会采购国内的发电机组，用于其海外工程项目。海外工程市场对产品质量、可靠性和品牌信誉有更高要求，更能体现柴油发电机组企业在市场中的地位。 吸引中国本土企业参与海外工程承包市场的首要因素，自然是诱人的市场规模和发展前景。根据CHINCA（中国对外承包工程商会）的数据表明，每年各国面向全球公开招标的工程承包项目金额达到1.8 万亿美元，目前中国EPC 企业仅占有7%的市场份额。在对超过30家中国一级EPC企业和50 家 的柴油发电机组企业的调研后，MARTECGROUP咨询公司发现：2011 年中国EPC 企业参与的海外工程承包项目金额达到1423.5 亿美元，由此对柴油发电机组的需求超过50 亿元。中国EPC 企业在公路、铁路、发电厂以及通信工程领域的建设水平处于全球 ，未来他们将逐步占据剩余93%的市场份额，由此将对国内柴油发电机组的采购产生持续增长的需求。 虽然和国际品牌在全球市场中的份额还相差很大，但中国本土企业在海外市场中也逐渐建立了品牌知名度，如科泰、泰豪、康诚等中国本土企业在海外市场的销售额都超过亿元，这对仅有20 多年发展历史的中国柴油发电机组企业来说并不简单。之所以能有这种业绩增长，得益于以下几点：相比于国际品牌，中国本土企业的产品有明显的价格优势。中国企业的柴油发电机组通常都使用了康明斯、沃尔沃、斗山、三菱、MTU 等品牌的发动机，并且拥有成熟的机组装配技术。本土企业和中国EPC 企业、中国工程施工企业拥有良好的客户关系。 从国内市场到国际舞台的市场扩张中，若要取得对国际品牌的竞争优势，中国本土的柴油发电机组企业还应该弥补自身的不足之处，比如提高终端应用的定制化水平、增强国内外的售后服务市场等，通过地企业在产品、服务和内部管理上的水准，才能获得客户长期的信赖，并赢得更多的全球用户。