Дизель-генераторные установки (ДГУ) — наиболее распространенные на сегодняшний момент времени элементы построения систем гарантированного питания. Основными структурными элементами ДГУ, как можно видеть в названии, является дизельный двигатель и генератор.
В данной статье будут рассмотрены принципы работы и конструктивные особенности ДГУ с четырехтактным дизельным двигателем и синхронным генератором переменного тока.
Разбирать «что к чему» начнем с рассмотрения основных механизмов двигателя внутреннего сгорания.
Итак, ДВС, в нашем случае дизельный двигатель, состоит из следующих основных элементов:
- цилиндропоршневая группа и кривошипно-шатунный механизм;
- газораспределительный механизм;
- корпус;
- системы двигателя.
Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы обеспечивают осуществление рабочего цикла двигателя.
Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала двигателя или преобразования тепловой энергии сгорания топлива в механическую энергию вращения вала двигателя. Кривошипно-шатунный механизм включает в себя шатун, коленчатый вал и элементы цилиндропоршневой группы — поршень, поршневой палец.
Работает эта «штуковина» следующим образом: есть поршень, который прямолинейно (вперед-назад) движется в цилиндре двигателя. Чтобы передать механическую энергию его движения валу двигателя, к нему присовокуплен шатун. Шатун состоит непосредственно из тела и двух головок с крышками, посредством которых он крепится к поршню и коленчатому валу двигателя. Когда поршень идет вниз, совершая рабочий ход, он давит на шатун, а тот в свою очередь, давит на шейку коленвала. Это приводит к круговому движению шатунной шейки коленвала. Далее поршень доходит до крайней нижней точки своего движения, после этого начинается его движение в обратную сторону, а в это время уже другой поршень совершает рабочий ход, аналогично через шатун, передавая механическую энергию коленчатому валу двигателя.
Для лучшего понимания вышесказанного более подробно рассмотрим конструктивные особенности данного механизма.
Шатун состоит из стержня, имеющего двутавровое сечение, поршневой (верхней) и кривошипной (нижней) головок. Поршневой головкой шатун крепится к поршню с помощью поршневого пальца.
Кривошипной головкой шатун крепится к шатунной шейке коленчатого вала. Шатун является одной из самых нагруженных деталей в двигателе. Коленчатый вал воспринимает усилие от поршня через шатун и передает крутящий момент через соединительную муфту ротору генератора переменного тока.
Коленчатый вал состоит из коренных, шатунных, шеек и соединяющих их щек. Шатунная, или коренная шейка вместе с двумя щеками образует колено вала. Коренными шейками вал устанавливается в картере двигателя и закрепляется крышками. К шатунным шейкам, как говорилось ранее, крепятся шатуны. Трение компенсируется подшипниками скольжения или вкладышами. Коренные вкладыши устанавливаются в коренные опоры и крышки коренных опор, шатунные устанавливаются в нижнюю головку шатуна и в крышку головки шатуна.
Поршень воспринимает давление газов и передает усилие на шатун. Поршень состоит из двух частей: верхней, называемой «головка поршня» и нижней, называемой «юбка поршня». Головка поршня вместе со стенками цилиндра образует камеру сгорания двигателя. Головка поршня — наиболее усиленная часть поршня. Юбка поршня менее усилена, в нее устанавливается поршневой палец. Кроме того в головку поршня устанавливаются компрессионные и маслосъемные кольца, которые также относятся к цилиндропоршневой группе. Компрессионные кольца необходимы для уплотнения поршня в цилиндре и для отвода тепла от поршня в стенки цилиндра. Маслосъемные кольца необходимы для снятия излишек смазочного масла.
В поршень устанавливается поршневой палец, он шар-нирно соединяет поршень с шатуном. Поршневые пальцы бывают плавающего типа и запрессованные в верхнюю головку шатуна.
Второй механизм, обеспечивающий осуществление рабочего процесса двигателя, — газораспределительный.
Газораспределительный механизм предназначен для своевременного отвода газов из цилиндра и подвода воздуха в цилиндр согласно тактам рабочего цикла двигателя. Он должен обеспечить очистку цилиндров от продуктов сгорания (отработавших газов) на такте выпуска и наполнение цилиндров новой порцией воздуха на такте впуска.
В двигателях внутреннего сгорания применяются несколько типов газораспределения. Наибольшее распространение, благодаря относительной простоте устройства и высокой надежности, получил клапанный механизм газораспределения.
В механизме газораспределения можно выделить следующие группы деталей:
- распределительный вал и детали привода распредвала;
- детали клапанной группы;
- детали привода клапанов и передаточные детали. Принцип его работы заключается в следующем.
Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала через передаточный механизм. На теле распределительного вала в определенной последовательности и под определенными углами расположены кулачки, имеющие форму эксцентриков. В определенные моменты времени, согласно тактам рабочего цикла дизельного двигателя, кулачки нажимают на детали привода клапанов, которые соответственно открываются, преодолевая усилия пружин. При этом в цилиндрах происходит наполнение воздухом или удаление отработавших газов, в зависимости от того, какой клапан открылся.
Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Вал классической конструкции кулачкового типа имеет кулачки управления впускными и выпускными клапанами и опорные шейки. Опорными шейками вал устанавливается в опорах (подшипниках скольжения) и закрепляется крышками. Опоры и крышки опор могут быть объединены между собой в корпус подшипников распределительного вала. От осевого перемещения распределительный вал удерживается упорным подшипником. Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала двигателя зубчатой передачей (шестернями).
Передаточное отношение шестерен (звездочек) коленчатого и распределительного валов равна двум (т.е. скорость вращения коленчатого вала в два раза выше, чем распределительного).
К деталям клапанной группы относятся впускные и выпускные клапаны, седла клапанов, направляющие втулки клапанов со стопорными кольцами и уплотнениями клапана (сальниками клапана), клапанные пружины, тарелки, шайбы и конические разрезные «сухари».
Клапаны. Основными элементами клапана являются головка и стержень. Рабочей поверхностью тарелки (фаской) клапан плотно прилегает к седлу запрессованному в головку блока цилиндров. Неплотная посадка клапана в седле является основной причиной его выхода из строя (прогорания) и разгерметизации камеры сгорания. Направляющие втулки клапанов запрессовываются в головку цилиндров блока (или в блок цилиндров, при нижнем размещении клапанов). Через направляющую втулку 
проходит стержень клапана. Втулка может иметь посадочный поясок для установки сальника клапана (маслосъемного колпачка), уплотняющего стержень клапана и предотвращающего попадание излишек масла по стержню клапана в камеру сгорания. При этом для улучшения смазки стержня клапана по внутренней поверхности направляющей втулки выполняют спиральную канавку (резьбу), в которой удерживается масло.
Пружины клапанов возвращают клапан на седло после снятия с него нагрузки от кулачка распределительного вала, удерживают клапан в закрытом положении, обеспечивая его плотную посадку в седле, и предотвращают разрыв кинематической связи между передаточными деталями и клапаном. На один клапан устанавливается одна или две пружины (внутренняя — малая, и наружная — большая). Витки большой и малой пружин имеют противоположную навивку. Пружина надевается на стержень клапана и закрепляется на его конце через опорную тарелку с помощью разрезных конических сухарей.
В зависимости от конструкции газораспределительного механизма следует различать два основных типа механических приводов клапанов:
- привод с помощью коромысел;
- привод с помощью рычагов;
- привод с помощью коромысел имеет следующие детали: коромысло, ось коромысел, штангу, промежуточный толкатель.
Коромысла устанавливаются на оси коромысел через бронзовую втулку или без нее. В зазор между коромыслом и втулкой поступает масло. Одно плечо коромысла опирается через промежуточный толкатель на торец клапана, другое на кулачок распределительного вала. В плече коромысла, опирающегося на клапан, устанавливается винт с контргайкой или эксцентрик, с помощью которого производится регулировка теплового зазора между торцом клапана и деталями привода клапана. Зазор компенсирует тепловое удлинение стержня клапана при нагревании. Ось коромысел представляют собой стальную трубку с точно обработанной поверхностью. Ось (оси) закрепляется на головке блока цилиндров в специальных отверстиях или болтами на крышках распределительного вала.
Привод с помощью рычагов имеет следующие детали: рычаг, опору рычага и прижимную пружину.
Одним плечом рычаг опирается на торец клапана, другим на шаровидную головку опорного болта или втулку гидравлического толкателя (гидрокомпенсатора). Упорный болт вкручивается в стальную втулку, установленную на резьбе в теле головки блока цилиндров и удерживается от самопроизвольного выкручивания контргайкой. С помощью упорного болта производится регулировка теплового зазора в приводе клапанов.
Привод с помощью цилиндрических толкателей. Цилиндрический толкатель представляет собой стальной стаканчик, установленный на стержне клапана в специальном отверстии головки блока. На толкатель через стальную регулировочную шайбу воздействует кулачок распределительного вала (в некоторых конструкциях регулировочная шайба устанавливается под толкатель на торец стержня клапана).
Основанием для крепления деталей и узлов перечисленных систем и механизмов является корпус двигателя.
Корпус двигателя состоит из следующих частей: картер, блок цилиндров, головка блока цилиндров и крышки головки блока цилиндров. В картере двигателя находится основной запас смазочного масла.
В блоке цилиндров расположены непосредственно цилиндры. В рядных двигателях, если блок цилиндров отливается из чугуна, цилиндры изготавливаются совместно с блоком.
В чугунных блоках многорядных двигателей и блоках выполненных из алюминиевых сплавов цилиндры могут изготавливаться в виде отдельных гильз из чугуна или специальной стали.
Гильзы устанавливаются непосредственно в рубашку охлаждения блока цилиндров и носят название «мокрых». Наружная поверхность «мокрых» гильз омывается охлаждающей жидкостью.
На головке блока цилиндров располагается газораспределительный механизм: клапанная группа, детали привода и распределительный вал. Низ головки блока цилиндров образует со стенками цилиндров и днищами поршней камеры сгорания.
Крышка головки блока цилиндров закрывает газораспределительный механизм и предохраняет его от попадания различного рода загрязнений.
Кроме газораспределительного, кривошипно-шатунного механизмов и корпуса, работа дизельного двигателя невозможна без систем. Системы двигателя обеспечивают нормальную работу основных механизмов двигателя. Основными из систем двигателя можно назвать:
- топливную систему;
- систему смазки;
- систему охлаждения.
Топливная система предназначена для своевременной подачи топлива в цилиндры двигателя.
Систему условно можно разделить на две части: низкого давления и высокого давления.
К элементам низкого давления относятся:
- топливный бак, предназначен для хранения основного запаса топлива. Как правило, штатный бак встроен в раму двигателя. Для больших мощностей топливный бак устанавливается отдельно.
- топливный фильтр грубой очистки, предназначен для грубой очистки топлива поступающего в цилиндры.
- топливный фильтр тонкой очистки — водоотделитель, предназначен для тонкой очистки топлива и удаления из него влаги.
- топливоподкачивающий насос, предназначен для забора топлива из топливного бака и подачи его к топливному насосу высокого давления. Такие насосы могут быть различных типов: мембранные, поршневые и шестеренчатые.
- топливопроводы низкого давления.
Элементы топливной системы высокого давления:
- топливный насос высокого давления (ТНВД) предназначен для повышения давления топлива и подачи его к форсункам двигателя. ТНВД бывают различного типа, наиболее распространены ТНВД плунжерного типа.
Основой в таком насосе является плунжерная пара. Это непосредственно плунжер (небольшой поршень) и цилиндр, в котором плунжер двигается. Плунжер приводится в движение от распределительного вала ТНВД или от другого приводного механизма, в зависимости от конструкции насоса, который в свою очередь посредством шестеренчатой передачи приводится в движение от коленчатого вала двигателя. На плунжере имеется проточка, которая в зависимости от поворота плунжера увеличивает или уменьшает подачу топлива. Поворотом плунжера управляет рейка ТНВД или другой приводной механизм, в зависимости от конструкции насоса. В свою очередь, движением рейки управляет регулятор частоты вращения коленчатого вала двигателя.
- форсунка предназначена для подачи топлива в камеру сгорания. Наиболее распространены форсунки игольчатого типа. Принцип работы состоит в том, что игла, подпружиненная соответствующим усилием, в состоянии покоя плотно прилегает к корпусу форсунки. Как только ТНВД создает давление, превышающее усилие пружины иглы, она поднимается и происходит впрыск топлива в камеру сгорания через отверстия в корпусе форсунки.
- топливопроводы высокого давления.
Система смазки предназначена для обеспечения смазки трущихся поверхностей деталей, отвода тепла от деталей и выноса продуктов износа из пар трения.
В дизель-генераторных установках применяется комбинированная система смазки, где смазывание осуществляется двумя способами: наиболее нагруженные детали смазываются под давлением, а остальные разбрызгиванием, то есть масло, которое попадает на вращающиеся детали двигателя, разбрызгивается этими деталями, образуя масляный туман.
Система смазки включает в себя:
- маслоподкачивающий насос, предназначен для организации циркуляции масла и подачи масла под давлением к трущимся деталям механизмов. Наиболее часто применяются шестеренчатые масляные насосы.
- масляный фильтр, предназначен для очистки масла.
- масляные трубопроводы.
- охладитель масла, предназначен для отвода тепла от смазочного масла.
- Система охлаждения предназначена для охлаждения двигателя во время его работы. Системы охлаждения разделяют на воздушные и жидкостные. На стационарных ДГУ применяется исключительно жидкостная система охлаждения. Жидкостная система охлаждения включает в себя:
- рубашку охлаждения;
- радиатор с расширительным бачком и паровоздушным клапаном горловины радиатора (расширительного бачка);
- насос охлаждающей жидкости;
- термостат;
- вентилятор;
- соединительные патрубки и шланги.
Рубашка охлаждения, радиатор, патрубки и шланги заполняются охлаждающей жидкостью.
При работе двигателя насос, приводимый в движение от коленчатого вала, создает циркуляцию охлаждающей жидкости. Если двигатель «холодный», жидкость не попадает в радиатор и циркулирует по малому кругу рубашки охлаждения. По мере прогрева двигателя часть жидкости, а затем и вся жидкость начинает циркулировать через радиатор по большому кругу рубашки охлаждения. В радиаторе жидкость охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором. Охлажденная жидкость забирается из радиатора насосом и вновь подается в рубашку охлаждения. Механический привод вентилятора обеспечивает его постоянную работу при работающем двигателе независимо от температуры охлаждающей жидкости.
Термостат регулирует и поддерживает температурный режим двигателя, пропуская жидкость по малому кругу при прогреве холодного двигателя, и по большому кругу — при работе двигателя на рабочих температурах (85-110°C).
Термостаты имеют одно- или двухклапанную конструкцию. Термосиловой элемент термостата размещается в пластмассовом или металлическом корпусе термостата и представляет собой закрытый латунный цилиндр, внутри которого находится твердый или жидкий наполнитель. Объем наполнителя увеличивается при нагревании. Увеличение или уменьшение объема наполнителя приводит к перемещению (открыванию — закрыванию) клапанов термостата.
Жидкостные системы охлаждения относятся к типу закрытых и сообщаются с атмосферой только через паровоздушный клапан пробки расширительного бачка. В расширительный бачок жидкость поступает из радиатора вследствие расширения жидкости при нагревании. Закрытая система охлаждения способствует поддержанию в системе повышенного давления (в пределах 1,10-1,35 атм.), что необходимо для повышения температуры кипения охлаждающей жидкости выше 100°С.
В качестве охлаждающих жидкостей в системах охлаждения двигателей используются антифризы. Основой антифризов являются этиленгликоль или пропиленгликоль.
Этиленгликоль — бесцветная сильно ядовитая жидкость с низкой температурой замерзания, маслянистая на ощупь и сладковатая на вкус.
Пропиленгликоль менее вреден для здоровья, но по рабочим характеристикам уступает этиленгликолю.
В охлаждающие жидкости добавляются присадки, сдерживающие коррозию металла и препятствующие образованию накипи на стенках рубашки охлаждения. Также антифризы имеют низкую температуру начала кристаллизации и обладают смазывающими свойствами.
Кроме этих систем можно выделить систему воздухоза-бора; систему газовыхлопа; систему предпускового подогрева; электромеханическую систему; систему отбора мощности; систему автоматики.
Система воздухозабора предназначена для забора и очистки воздуха, необходимого для сгорания топлива.
Система включает в себя воздушный фильтр и воздушный коллектор.
Система газовыхлопа предназначена для удаления выхлопных газов.
Система включает в себя выхлопной коллектор, глушитель и трубопровод удаления отработавших газов. Как общий элемент систем воздухозабора и газовыхлопа можно выделить турбокомпрессор. Практически все стационарные ДГУ выпускаются турбированными. Это позволяет увеличить мощность ДГУ, используя энергию отработавших газов.
Отработавшие газы попадают в газовую турбину, которая приводит в движение воздушный компрессор, который в свою очередь создает избыточное давление в воздушном коллекторе.
Система предпускового подогрева дизельного двигателя обеспечивает прогрев камеры сгорания перед пуском двигателя. Необходимость введения такой системы для дизеля обусловлена тем, что температура в камере сгорания должна быть выше температуры самовоспламенения дизельного топлива для надежного запуска двигателя. Основные элементы системы: накальные свечи предварительного нагрева и схема управления.
Электромеханическая система предназначена для запуска двигателя (при электростартерной системе запуска) и для питания электрических элементов двигателя.
В систему входят:
- аккумуляторная батарея;
- электрический стартер;
- зарядный генератор;
- провода.
При запуске аккумуляторная батарея питает стартер на время необходимое для запуска станции. После запуска стартер отключается, а зарядный генератор осуществляет зарядку аккумулятора.
Кроме того, АКБ осуществляет питание элементов системы автоматики.
Система отбора мощности предназначена для распределения усилий на приводные механизмы. Система включает шестерни, шкивы и приводные ремни.
Система управления и автоматики предназначена для управления работой ДГУ и передачи информации об основных параметрах работы станции оператору.
Система включает в себя контроллер управления двигателем (при наличии), пульт управления станцией и датчики.
Теперь, имея полное представление о конструкции, основных механизмах и системах дизельного двигателя, рассмотрим рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя.
При работе поршневого двигателя внутреннего сгорания поршень совместно с верхней головкой шатуна движется в цилиндре поступательно (вверх — вниз), при этом коленчатый вал совместно с нижней головкой шатуна совершает вращательные движения. У подавляющего большинства двигателей, если смотреть на двигатель со стороны шкива, вращение коленчатого вала осуществляется по часовой стрелке. За один оборот коленчатого вала (360°) поршень в цилиндре совершает два хода (один ход вверх и один вниз). При постоянной скорости вращения коленчатого вала двигателя поршень в цилиндре движется с ускорением — замедлением. Наименьшие скорости движения поршня будут наблюдаться при его крайних положениях в цилиндре — в верхней и нижней части. В верхней и нижней части цилиндра поршень вынужден сделать остановку, чтобы поменять направление движения. Точки в цилиндре, где поршень останавливается и изменяет направление своего движения, называются «мертвыми точками». Самое дальнее положение поршня в цилиндре относительно оси коленчатого вала (верхнее положение) называют «верхней мертвой точкой» (в.м.т.), самое ближнее положение поршня в цилиндре относительно оси коленчатого вала (нижнее положение) называют «нижней мертвой точкой» (н.м.т.).
Поршень, движущийся в цилиндре, проходит расстояние равное расстоянию между верхней и нижней мертвыми точками. Это расстояние называется ходом поршня. За один ход поршня кривошип КВ проходит расстояние, равное двум его радиусам, т.е. совершает полуоборот (180°).
Объем цилиндра, заключенный между крайними положениями поршня в цилиндре (между мертвыми точками), называют рабочим объемом цилиндра. Сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя равняется рабочему объему двигателя. Сумма рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания равняется полному объему.
Камерой сгорания называют объем цилиндра над поршнем при его положении в верхней мертвой точке. Топливно-воздушная смесь в цилиндре сжимается поршнем как раз до этого объема и сгорает в этом объеме после воспламенения. Отношение объема смеси, поступившей в цилиндр на такте впуска, к объему смеси, сжатой до объема камеры сгорания при такте сжатия, называют степенью сжатия двигателя. Степень сжатия показывает, во сколько раз в цилиндре сжимается смесь. От степени сжатия во многом зависят топливная экономичность и мощностные характеристики двигателя. Степени сжатия у дизельных двигателей ограничиваются конструктивными особенностями применяемых материалов, из которых изготавливаются детали двигателя и которые с повышением степени сжатия обязаны выдерживать большие нагрузки.
Фазы газораспределения. Данным термином называют моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленчатого вала относительно мертвых точек.
Работа двигателя складывается из совокупности процессов, протекающих в цилиндрах двигателя с определенной последовательностью. Эти процессы называют рабочим циклом. Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя осуществляется за два оборота коленчатого вала и состоит из тактов впуска, сжатия, рабочего хода (расширения) и выпуска.
Основой действия поршневого двигателя внутреннего сгорания служит использование работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ. В цилиндре сгорает топливо, перемешанное с воздухом, и происходит нагревание газов в положении ВМТ, при котором повышается температура газов и давления. Давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, и под действием разницы этих давлений поршень перемещается вниз, а газы — расширяются. Для постоянной выработки механической энергии двигателем цилиндр периодически заполняют новыми порциями воздуха через впускной клапан и топливом через форсунку (или подают через впускной клапан смесь воздуха с топливом). Продукты сгорания топлива удаляются из цилиндра через выпускной клапан.
Впуск. При перемещении поршня от ВМТ к НМТ в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Впускной клапан открывается с некоторым опережением для лучшего наполнения цилиндра. Относительно поворота коленчатого вала этот угол называется углом опережения открытия впускного клапана.
Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты, а перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Процесс воспламенения топлива требует температуру сжатого воздуха выше, чем температура самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.
Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, в течение которого резко повышаются температура и давление: максимальное давление газов достигает 6-9 МПа, а температуры доходит до 1800-2000°С. Под действием давления газов поршень 2 перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0,3-0,5 МПа, а температура до 700-900°С.
Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ, и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0,11-0,12 МПа, а температура до 500-700°С. Выпускной клапан закрывается с некоторым запаздыванием — это позволяет более полно удалить отработавшие газы из цилиндра. Относительно поворота коленчатого вала двигателя это называется углом запаздывания закрытия выпускного клапана. А угол поворота коленвала, при котором открыты оба клапана, называется углом перекрытия, в этот момент происходит продув цилиндра поступающим воздухом. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.
Теперь рассмотрим другую не менее важную часть дизель-генераторной установки — генератор переменного тока. За редкими исключениями на ДГУ устанавливаются бесщеточные синхронные генераторы переменного тока.
Генератор переменного тока преобразует механическую энергию в электрическую. Генератор переменного тока вырабатывает переменное напряжение, используя принцип электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция — это процесс индуцирования напряжения в проводнике, движущемся в магнитном поле или в проводнике, в котором движется магнитное поле.
В положении «А» рамка, вращающаяся в магнитном поле (ее горизонтальные проводники), перемещается параллельно силовым линиям, и напряжение при этом не индуцируется. Повернувшись в положение «Б», рамка при движении пересекает максимальное число магнитных силовых линий и, следовательно, индуцируется максимальное напряжение. При перемещении рамки в положение «В» количество пересекаемых силовых линий уменьшается, и индуцированное напряжение уменьшается также. Поворот рамки из положения «А» в положение «В» представляет собой поворот на 180 градусов. Перемещение рамки в положение «Г» приводит к возникновению тока противоположного направления. Как и в предыдущем случае,
максимальное напряжение индуцируется, когда плоскость рамки находится под прямым углом к силовым линиям. При возвращении рамки в исходное положение «Д» индуцируемое напряжение падает до нуля. Каждый раз, когда рамка генератора переменного тока делает полный оборот, говорят о завершении цикла. Величина выходного напряжения за время одного цикла возвращается к исходному значению. Время, в течение которого совершается полный цикл, называется периодом. Аналогично генератор вырабатывает в замкнутой цепи выходной ток, имеющий периодическую форму. Каждую половину периода происходит изменение полярности напряжения. Напряжение имеет одну полярность в течение половины цикла (периода) и противоположную полярность в течение следующей половины цикла (периода). В первую половину периода вырабатывается напряжение положительной полярности, во вторую половину периода вырабатывается напряжение отрицательной полярности. Один цикл в секунду определяется как герц.
Магнитное поле, в котором вращается рамка, создается статором, а вращающаяся рамка называется ротором. Статор состоит из множества проволочных медных изолированных проводников — обмоток, расположенных в корпусе генератора. Ротор представляет собой множество медных изолированных проводников, расположенных в виде обмоток на валу ротора. Форма вырабатываемого генератором переменного тока напряжения называется синусоидой.
Кроме ротора и статора в состав генератора входят система возбуждения и автоматический регулятор напряжения. В настоящее время существует множество типов систем возбуждения и регуляторов напряжения, мы рассмотрим простейший вариант.
Система возбуждения предназначена для создания относительно постоянного электромагнитного поля на основном роторе генератора. Она состоит из статора возбудителя или обмотки возбуждения и ротора возбудителя. В первоначальный момент работы на роторе возбудителя, вращающемся в статоре возбудителя, за счет остаточного магнетизма обмотки возбудителя индуцируется переменное напряжение. Потом напряжение выпрямляется вращающимся диодным мостом основного ротора и на нем создается постоянное электромагнитное поле, которое, вращаясь в обмотках статора генератора, индуцирует в нем напряжение переменного тока. А регулятор напряжения управляет током возбуждения как функцией выходного напряжения генератора.
Таким образом, согласованная работа всех вышеперечисленных узлов и механизмов приводит к образованию электрической энергии. Дизель-генераторная установка — это сложный комплекс механизмов, систем и конструктивных элементов, а суть данной статьи — лишь краткий экскурс. Однако понимание принципов работы оборудования всегда значительно облегчает его эксплуатацию!
Андрей Борисович МАЛЫШЕВ,
ООО «СВЭЛ».
www.dizelek.ru
