柴油发电机通过内燃机(柴油机)做功和发电机电磁感应两个核心过程,将柴油的化学能转化为电能。其工作原理可分为以下几个关键步骤:
1. 柴油的化学能释放(燃烧做功)
柴油机作为原动机,通过内燃机四冲程循环(吸气、压缩、做功、排气)将柴油的化学能转化为机械能:
吸气冲程:活塞下行,吸入空气(柴油机为压燃式,不吸入燃油)。
压缩冲程:活塞上行,压缩空气至高压(温度升高至柴油自燃点以上,约500~700℃)。
做功冲程:喷油器将高压柴油雾化喷入气缸,与高温空气混合后自燃,产生高温高压燃气推动活塞下行,对外做功。
排气冲程:活塞上行排出燃烧后的废气。
关键点:柴油的高能量密度(单位质量释放更多热量)和高压燃烧使其热效率高于汽油机(通常达30%~45%)。
2. 机械能转化为电能(发电机工作)
柴油机的曲轴通过联轴器或皮带驱动同步发电机(通常为三相交流发电机),利用电磁感应原理将机械能转化为电能:
定子与转子:
定子:固定不动,嵌有三相绕组(产生交流电)。
转子:由柴油机驱动旋转,装有励磁绕组(通直流电产生磁场)。
电磁感应过程:
转子旋转时,其磁场切割定子绕组,根据法拉第电磁感应定律,在定子绕组中感应出交变电动势(三相交流电)。
通过调节转子励磁电流可控制输出电压(自动电压调节器AVR)。
关键点:
发电机输出频率(如50Hz或60Hz)由柴油机转速决定(如1500转/分对应50Hz)。
同步发电机需严格保持转子与定子磁场的同步运行。
3. 电能输出与调节
整流与稳压:若需直流电(如电池充电),可通过整流器将交流电转换为直流电。
电压/频率调节:
AVR(自动电压调节器):维持输出电压稳定。
调速器:控制柴油机转速,确保频率恒定(如50Hz)。
保护系统:过载、短路、过热等保护装置保障安全运行。