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22.7 Ω。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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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22.7 Ω。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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