覃文龍，譚明作

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西柳州545005）

電能是現(xiàn)代社會(huì)最主要的能源之一。獲得電能的方式有很多，有煤炭發(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、潮汐能發(fā)電等等，其中以煤炭發(fā)電和水力發(fā)電為主。隨著全國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，目前的發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足經(jīng)濟(jì)用電的需求，加上最近國(guó)家關(guān)閉多家污染嚴(yán)重的煤炭發(fā)電企業(yè)和水資源的匱乏，使得國(guó)內(nèi)眾多鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民用電無(wú)法得到保證，出現(xiàn)了拉匣限電現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民的生活。為保證鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民用電需求，發(fā)電機(jī)制造企業(yè)如雨后春筍般應(yīng)運(yùn)而生。在競(jìng)爭(zhēng)非常激烈的發(fā)電機(jī)市場(chǎng)里，如何去開(kāi)發(fā)一款競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的發(fā)電機(jī)組，以搶占市場(chǎng)份額，值得深思。

發(fā)電機(jī)組是指能將機(jī)械能或其他可再生能源轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電設(shè)備。一般我們常見(jiàn)的發(fā)電機(jī)組通常由汽輪機(jī)、水輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)（汽油機(jī)、柴油機(jī)等發(fā)動(dòng)機(jī)）驅(qū)動(dòng)。本文介紹的朗沃德LW5500CY是屬于內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組。

1 發(fā)電機(jī)組原理結(jié)構(gòu)

單相汽油發(fā)電機(jī)組，是以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力輸出，將發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出端與單相發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸連接，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子做電磁切割運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成電能的電力設(shè)備。

1.1 發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)的原理是基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，即穿過(guò)閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，正比于磁通量的變化率；感應(yīng)電流的大小，由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)決定，感應(yīng)電流的方向由楞次定律決定。

發(fā)電機(jī)可分為：直流發(fā)電機(jī)，交流發(fā)電機(jī)，同步發(fā)電機(jī)，異步發(fā)電機(jī)。交流發(fā)電機(jī)又分為單相發(fā)電機(jī)和三相發(fā)電機(jī)。

（1）發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯（或磁極、磁扼）繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。

（2）定轉(zhuǎn)子材料的選擇。目前發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子材料使用較多的是熱軋板。熱軋板存在著轉(zhuǎn)換效率低的缺點(diǎn)，轉(zhuǎn)換效率一般為78%，而采用冷軋板材料制成的發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到81%。朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機(jī)組采用冷軋板材料制成的發(fā)電機(jī)，具有轉(zhuǎn)換效率高、降低能量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中的損耗等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)

（1）汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇。朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)力，采用強(qiáng)制風(fēng)冷式四沖程手啟動(dòng)OHV（頂置氣門）汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。

（2）汽油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。世界上各國(guó)規(guī)定的單相交流電頻率都不相同，如日本規(guī)定是60 Hz，英國(guó)規(guī)定是50 Hz，美國(guó)規(guī)定是60 Hz，而中國(guó)規(guī)定是50 Hz。朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機(jī)組主要定位于國(guó)內(nèi)使用，即使用50 Hz的頻率輸出。

發(fā)電機(jī)輸出的頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，遵循如下公式：

其中，

n為轉(zhuǎn)速（r/min）；

f為頻率（Hz）；

p為發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)。

LW5500CY為兩極單相有刷發(fā)電機(jī)組。由上示公式可知，為了使發(fā)電機(jī)組輸出頻率為50 Hz，則發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為n=3 000 r/min

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性，對(duì)于發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵，將直接影響發(fā)電機(jī)組的性能等級(jí)。穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法有兩種：一種是電子調(diào)速，另外一種是機(jī)械調(diào)速。朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機(jī)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是機(jī)械調(diào)速，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)械調(diào)速結(jié)構(gòu)示意圖

調(diào)速原理——離心調(diào)速器通過(guò)齒輪嚙合與曲軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，離心調(diào)速器的飛錘向外張開(kāi)，推動(dòng)調(diào)速撥叉旋轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)速撥叉、調(diào)速臂和連接桿的共同作用，減小化油器進(jìn)氣門開(kāi)度，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)，調(diào)速撥叉在彈簧的回復(fù)拉力下回歸，推動(dòng)調(diào)速臂旋轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)速撥叉、調(diào)速臂和連接桿的共同作用，增大化油器進(jìn)氣門開(kāi)度，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在出廠時(shí)，就已經(jīng)設(shè)定好了額定轉(zhuǎn)速n=3 000 r/min，在與發(fā)電機(jī)進(jìn)行匹配時(shí)，通過(guò)調(diào)整調(diào)速?gòu)椈陕菟?，可?duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行微調(diào)，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速率滿足朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機(jī)性能等級(jí)要求。

1.3 發(fā)電機(jī)組電壓控制

按我國(guó)內(nèi)燃機(jī)組行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)電機(jī)組的輸出電壓規(guī)定為：230V（單相）。

朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機(jī)組的調(diào)壓，通過(guò)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR（Automatic Voltage Regulators）對(duì)發(fā)電機(jī)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。取樣繞組用于AVR對(duì)電壓控制的基礎(chǔ)采樣輸入，副繞組用于AVR對(duì)電壓控制的輔助控制，DC繞組用于外部蓄電池的充電輸出，AVR通過(guò)對(duì)勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流的調(diào)整，來(lái)改變轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而滿足外部負(fù)載對(duì)主繞組的輸出需求。

1.4 電路設(shè)計(jì)

根據(jù)單相汽油發(fā)電機(jī)組的整機(jī)要求，朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機(jī)的電路線路設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機(jī)電路線路設(shè)計(jì)圖

2 性能參數(shù)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）朗沃德LW5500CY汽油發(fā)電機(jī)組性能參數(shù)：

額定頻率50 Hz；

額定電壓230 V；

額定電流21.8 A；

額定功率（功率因數(shù)1）5.0 kW

最大功率5.5 kW

（2）整體噪聲≤76 dB(A)（測(cè)量距離7 m）。

（3）性能等級(jí)要求達(dá)到G2性能等級(jí)要求。

（4）可靠性、耐久性：可靠性試驗(yàn)要求達(dá)到120 h；耐久性試驗(yàn)要求達(dá)到200 h。

2.2 過(guò)程驗(yàn)證

（1）性能參數(shù)驗(yàn)證。在大氣壓力Pr=100 kPa，環(huán)境溫度Tr=25℃,空氣相對(duì)濕度φr=30%的條件下，對(duì)朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為：

額定頻率50.2Hz；

額定電壓230.5 V；

額定電流22.0 A；

額定功率（功率因數(shù)1）5.03 kW；

最大功率5.49 kW

（2）G2性能等級(jí)驗(yàn)證。根據(jù)《JB/T 10304-2001工頻汽油發(fā)電機(jī)組技術(shù)條件》要求，在HSJF-3發(fā)電機(jī)組性能測(cè)試控制臺(tái)上，進(jìn)行G2性能等級(jí)測(cè)試。G2性能等級(jí)要求和測(cè)量結(jié)果見(jiàn)附表1（共表）。

（3）整體噪聲測(cè)試。采用5點(diǎn)測(cè)量法，測(cè)量距離7 m，測(cè)量測(cè)點(diǎn)的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量3次。其中測(cè)點(diǎn)2（右）為消聲器排氣出氣口端，測(cè)量時(shí)測(cè)頭請(qǐng)勿對(duì)準(zhǔn)消聲器排氣出氣口。測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 整體噪聲測(cè)試表 單位:dB（A）

（4）可靠性、耐久性試驗(yàn)。要求按表3要求執(zhí)行。

負(fù)載的每個(gè)循環(huán)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間為8 h，中間停止時(shí)間不大于0.5 h，在不需要維修的情況下進(jìn)行試驗(yàn)?？煽啃栽囼?yàn)運(yùn)行時(shí)間累積，要求達(dá)到120 h，耐久性試驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間累積，要求達(dá)到200 h。

表3 可靠性、耐久性試驗(yàn)表

2.3 驗(yàn)證結(jié)論

朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機(jī)組性能參數(shù)、性能等級(jí)、噪聲、可靠性、耐久性均達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

3 外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)汽油發(fā)電機(jī)組的外觀結(jié)構(gòu)時(shí)，我們充分考慮和追求產(chǎn)品的差異化。產(chǎn)品差異化，是增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力、占領(lǐng)市場(chǎng)的一種有效方式。朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機(jī)組由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、單相發(fā)電機(jī)、框架、面板、電器儀表、隔熱板、減震軟墊等零部件組成，減震性能和發(fā)電機(jī)隔熱效果非常好，而且采用目前市場(chǎng)上少有的圓弧面板設(shè)計(jì)，把一些影響外觀的螺栓緊固件完全隱藏起來(lái)，做工精細(xì)，外型飽滿、圓滑，并獲得中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局兩項(xiàng)專利保護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文分別從原理、性能、外觀結(jié)構(gòu)等方面，介紹了朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程。朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機(jī)組在與同類發(fā)電機(jī)組相比，具有性能優(yōu)越、外觀精美等優(yōu)點(diǎn)，是一款具有相當(dāng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的汽油發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品。該款發(fā)電機(jī)組自上市以來(lái)，深受客戶歡迎，具有很好的市場(chǎng)發(fā)展前景。