发电机实训报告

发电机实训报告目录绪论21.1引言21.2发电机实训目的及意义2发电机的拆装22.1拆装步鄹22.2拆装过程中的注意事项3发电机的故障检测4结束语4绪论1.1引言电能是现代社会最主要的能源之一，发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。隋着汽车技术的进步，汽车的用电量越来越高。20年前，中级轿车的发电机输出功率一般只有500瓦左右，现在一般中级轿车发电机都在1000瓦左右。发电机功率的增加是随着车上用电设备增加而增加的。现在汽车上的发电机都是风冷式发电机，由皮带轮后的风扇吹风进入机壳进行冷却。在现有风冷式发电机构造的限制下，功率的增加必然会导致发电机体积的加大。1.2发电机实训目的及意义熟悉发电机的结构：掌握拆装发电机的程序、工具量具和仪器的使用、拆装发电机的技术要求。通过写实验报告掌握拆装发动机工艺文的基本功。发电机的拆装2.1拆装步鄹外部清洗。用蘸有少许清洗剂的抹布将发动机表面擦拭干净。注意：抹布不能有液体漏出，汽油清洗剂不能接触绝缘拆下电刷组要求：拆下螺丝时要注意用手压住电刷组因内部有弹簧拆下电刷组后应放在和靠处以防电刷拆断，粘上污物拆下连接前后端盖的拉近螺栓分开前后端盖：要求：分解前先做好的装配标记钉子一定随后端盖在一起一般转子和前端皮带轮在一起除非前轴承损坏、若前后盖不能轻易分开时，可用橡皮锤轻轻敲打或用拉器分解严防重击。若将转子和前端皮带轮分解在装配时其拧紧力矩要lOON.m拆掉防护罩的螺钉取下防护罩擦下钉子上四个接线端三相绕组首段及中性点在散热板上连接螺母使定子与后端该分离擦下后端盖上紧固整流器总成的螺钉零的清洗要求：对机械部分可用汽油或清洗液清洗对电气部分用干净棉纱擦失去表面尘土、脏污将整流器装到后端盖拧上紧固螺钉要求：拧紧力矩：4.5N.m将定子总成与后端结合将定子绕线上的四个接线端子后端盖孔中穿出将接线端分别连接在要求：整流器的接线螺钉上拧紧力矩：30N.m装防护罩要求：拧紧力矩8N.m合上前后端盖拧上前后端盖拉近螺栓要求：拧紧力矩：8N.m装回电刷架总成要求：拧紧力矩：6N.m2.2拆装过程中的注意事项（1）电器接线时注意事项1） 须注意发电机的搭铁极性，决不允许接反。如果发电机与蓄电池的极性接反，将造成功率二极管正向导通面有大电流通过将其烧毁。因此，更换蓄电池时，要求起其极性正确。2） 严禁使用螺丝刀或导线将发电机“电枢”接线柱与外壳短接，以此查看是否有火花来检查发电机是否发电，尤其在速度高的情况下更要注意。因为，这样短接造成的瞬时大电流或感应所产生的高电压容易使二极管被击穿或烧坏。3） 发电机高速转动时，不应突然关闭电源开关，以免瞬时电压过高，造成整流元和调节器中半导体元的损坏。4） 当发电机不发电或充电电流很小时，就及时找出故障部位，不要长期继续运转，因为发电机不发电或充电电流很小时，可能性是由于二极管损坏而引起的。5） 发电机和电压调节器联合工作时输出电压是很稳定的，但在检修和使用中必须与车上的蓄电池并联使用。发电机的故障检测1.外部检验目测点火线圈，若有绝缘盖破裂或外壳碰裂，就会受潮而失去点火能力，应予以更换。2.初次级绕组断路、短路和搭铁检验1） 测量电阻法用万用表测量点火线圈的初级绕组、次级绕组以及附加电阻的电阻值，应符合技术标准，否则说明有故障，应予以更换。2） 试灯检验法用试灯，接在初级绕组的两接线柱上，若灯不亮则是断路；当检查绕组是否有搭铁故障时，可将试灯的一端与初级绕组相连，一端接外壳，如灯亮，便表示有搭铁故障；短路故障用试灯不易查出。3.次级绕组的检验因为次级绕组的一端接于高压插孔，另一端与初级绕组相连，所以检验中，当试灯的一个触针接高压插孔，另一触针接低压接柱时，若试灯发出亮光，说明有短路故障；若试灯暗红，说明无短路故障；若试灯根本不发红，则应注意观察，当将触针从接柱上移开时，看有无火花发生，如没有火花，说明绕组已断路。因为次级绕组和初级绕组是相通的，若次级绕组有搭铁故障，在检查初级绕组时就已反映出来了，无需检查。。结束语我们的实训结束了，但是在这次实验中我学到了许多，不仅让我对汽车上的发电机、起动机和分电器等汽车电器的结构、工作原理及工作过程和各个电器之间的工作联系有了进一步了解，而且让我能将书上的理论与实物联系起来，加深了对各电器工作原理的理解。通过此次实训，我学会了各种常用工具、量具和专用工具使用，掌握了各种汽车电器调和的调整、检测、拆装、装复方法与基本步骤及注意事项，并且掌握了一些汽车电器的常见故障的排除方法。在实训期间我对汽车的点火系统也有了更为深刻的理解，对汽车电器设备总线路也有了进一步的认识。我认为这次的实训是必不可少，相信在以后的学习、工作中会有很大的帮助，当然在这次实训中我也发现了我所学知识的不足，以后我会努力学习使自己了解的更为全面。篇2：交流同步发电机无载、短路与负载特性实验实习报告交流同步发电机无载、短路与负载特性实验实习报告本文关键词：负载，发电机，路与，实习报告，同步交流同步发电机无载、短路与负载特性实验实习报告本文简介：电机机械实习报告第次实习缴交日期：同组同学座号：全部共页班别：电三组别：座号：姓名：一.实习项目：交流同步发电机无载、短路与负载特性实验二.实习目的：（一）测定磁场绕阻电阻与电枢绕组每相电阻，做无载饱和特性及短路特性实验,利用实验结果求同步阻抗及短路比.（二）了解同步发电机之负载特性（三）了解同步发交流同步发电机无载、短路与负载特性实验实习报告本文内容：电机机械实习报告第次实习缴交日期：同组同学座号：全部共页班别：电三组别：座号：姓名：实习项目：交流同步发电机无载、短路与负载特性实验实习目的：（一） 测定磁场绕阻电阻与电枢绕组每相电阻，做无载饱和特性及短路特性实验，利用实验结果求同步阻抗及短路比.（二） 了解同步发电机之负载特性（三） 了解同步发电机之激磁特性相关知识：（一） 电阻测定常利用直流压降法测定电组或利用惠斯登电桥或凯尔文双电桥测之.因同步发电机均利用Y形接线，故先求二线间之电组R,然后再求每相电阻rR/2（欧姆）（二） 无载饱和曲线因发电机每相之感应电动势可用下式表示：Eo4.44fNfWKpKd(V)式中f.频率(Hz)Kp..节距因数(pitchfactor)Kd.分布因数(distributionfactor)Nf每相串联匝数W.每极磁通量(Wb)而4.44,f,Kp,Kd,N均为定数故EoKWN(V),即Eo正比于If及N如转速维持一定，中二NfIf/R(R:磁阻)故EoaIf/R,而磁阻R为气隙与铁磁阻之和，气隙之磁阻是固定不变的，而铁磁路之磁阻系随着激磁电流If所生之磁通密度增加而增加，饱和后，则磁阻R与If不再成正比关系，故Eo与If之特性曲线如图1-1所示之关系，此Eo-If曲线称为无载饱和曲线.短路实验同步发电机之三个线端经适当的安培计短接(各相同时短接)，在额定的转速下,增加电流磁场If,测定所对应之电枢短路电流Is,则Is和If之关系曲线，为近乎一直线，此乃因ra1且越前时，交流发电机之电枢反应所产生的效应将为(A)交磁与助磁(B)助磁与去磁(C)交磁与去磁(D)助磁()23.同步发电机进相90°电流产生之电枢反应为(A)正交磁作用(B)去磁作用(C)增磁作用(D)激磁作用()24.在交流发电机中，若cos0=O,而电流越前时，其电枢反应所造成的结果，会使发电机的总磁通(A)被减少(B)不变(C)被增加(D)以上皆非()25.同步机中的电枢反应引起横轴反应时，则电路中(A)功率因数为1(B)功率因数为0,且电感性(C)功率因数为0,且呈电容性(D)功率因数为0,且电阻性()26.同步发电机中的电枢反应只有增磁作用发生时，则电路中功率因数为1功率因数为0,且为退相(C)功率因数为0,且为进相(功以上皆有可能()27.同步发电机于欠激时，向电路供给(A)同相位之电流(B)超前相位之电流(C)落后相位之电流(功以上皆有可能()28.若增大交流发电机的场激,则该发电机将(A)吸取越前的电枢电流，其电枢反应为去磁作用(B)吸取滞后的电枢电流，其电枢反应为助磁作用(C)吸取滞后的电枢电流，其电枢反应为去磁作用(D)吸取越前的电枢电流，其电枢反应为助磁作用()29.有台10KVA,100V，作A连接的三相交流发电机，其每线电流，应为(A)173.2A(B)IOOA(C)86.6A(D)57.7A()30.同步机中(A)电枢反应只与负载电流大小有关(B)电枢反应除与负载电流大小有关外，尚与电流的相位有关(C)同步机中因不要整流换向故完全没有电枢反应存在(D)电枢反应与负载大小无关()31.下列叙述何者为错误(A)发电机同步电抗为定值(B)功因越低电压调整率越大(C)电枢反应越大，短路电流越小(D)同步发电机短路曲线为一直线()32.同步发电机退相90。电流产生之电枢反应为(A)增磁作用去磁作用(C)偏磁作用(功以上皆非()33.同步机之电枢反应和电枢电流(A)大小有关(B)相位有关大小及相位有关(d)大小及相位无关()34.交流发电机电枢反应的结果将会(A)增加磁通(B)减少磁通(C)使通分布变形(D)以上皆可能()35.在交流发电机中，当每相电枢电势滞后电流90°时，电枢反应会产生(A)去磁效应(B)加磁效应(C)交磁效应(D)以上皆非()36.三相交流同步发电机的电枢反应(A)与负载无关(B)仅与负载大小有关C)仅与负载的性质有关(D)与负载的大小及性质有关()37.当cos0=1而电流和电势同相时，设磁通未饱和，电枢反应所造成的结果，使总磁通量(A)减少(B)增加(C)不变(D)不一定()38.如图所示，设Vn为额定电压，In为额定电流，则交流发电机之短路比Ks为(A)IFs/Ifo(B)IFo/Ifs(C)In/Ifs(D)In/Ifo(二)同步发电机之激磁特性曲线与负载之功因有何关系？(三)同步发电机之外部特性曲线与负载之功因有何关系？(四)短路比与同步阻抗有何关系？(五)为何同步阻抗曲线(Zs-If曲线)为非直线？十.实验心、得：十^一.老师考评：14篇3：34m复合材料风力发电机组叶片屈曲有限元分析34m复合材料风力发电机组叶片屈曲有限元分析本文关键词：屈曲，叶片，复合材料，有限元，分析34m复合材料风力发电机组叶片屈曲有限元分析本文简介：34m复合材料风力发电机组叶片屈曲有限元分析*李成友周光明黄再兴/南京航空航天大学田卫国/中航(保定)惠腾风电设备有限公司9摘要：采用有限元分析的方法解决了叶片的静强度和屈曲稳定性问题。首先，阐述了利用MSC.Patran建立复合材料叶片的有限元模型的步骤和方法；其次，利用蔡-吴(E.M.Wu)失效34m复合材料风力发电机组叶片屈曲有限元分析本文内容：34m复合材料风力发电机组叶片屈曲有限元分析*李成友周光明黄再兴/南京航空航天大学田卫国/中航(保定)惠腾风电设备有限公司9摘要：采用有限元分析的方法解决了叶片的静强度和屈曲稳定性问题。首先，阐述了利用MSC.Patran建立复合材料叶片的有限元模型的步骤和方法；其次，利用蔡-吴(E.M.Wu)失效准则和Hill-蔡(S.W.Tsai)强度理论校核了几种主要承力材料的强度；最后，结合有限元二阶屈曲模态计算结果，讨论了风机叶片结构的屈曲稳定性。关键词：风力发电机；叶片；复合材料；有限元分析中图分类号：TK83文献标识码：B文章编号：1006-8155(2021)05-0040-07FiniteElementAnalysisofBucklinginthe34mpositeMaterialWindTurbineBladesAbstract：Theaimofthispaperistoinvestigatethestaticstrengthandbucklingstabilityofthe34mpositewindturbine(CWTBs).Becausethegeometricshapeandboundaryofthewindturbinebladesareplicated,thefiniteelementmethodisusedtoanalyzethisproblem.First,basedontheMSC.Patran,theproceduresofthefiniteelementmodelingfortheCWTBsarediscussed.Next,thestrengthofmainmaterialsinCWTBischeckedwiththeE.M.WufailurecriterionandS.W.Tsaistrengththeory.Finally,thebucklingstabilityoftheCWTBsisdiscussedonthebasisofcalculationfortwo-orderbucklingmodeofCWTBs.Keywords:windturbine;blade;positematerial;finiteelementanalysis0引言随着世界能源危机的日益严重，以及公众对于改善生态环境要求的呼声日益高涨，风能作为一种清洁的可再生能源日益受到各国的重视［1］。风力发电具有无污染、安装运行简单、操作维护成本低等优点，但是其最大缺点是风的间歇性，导致风力发电不稳定。因此需要用可靠的和高效的设备在风力较强的有限时间内最大限度地获得风能［2］。叶片是风力发电机最重要的部。为了最大限度地利用风能，叶片外形根据空气动力学原理设计而成，为了满足叶片质量轻、刚度大、强度高和耐疲劳等特性，叶片主体部分由复合材料制作而成［2］。风一电转换过程首先从叶片开始，叶片的性能直接关系到风力发电系统的性能。各国风力发电系统的运行实践表明，叶片是最容易出现故障的部位［3］。叶片结构发生破坏的两种形式：材料强度不够和结构屈曲［4］。所以，对叶片进行强度分析和屈曲分析意义重大。本文借助于有限元工具，从材料强度和结构屈曲两个方面去研究叶片的性能。目的是确定叶片应力应变分布规律，找出危险点，对危险点处的几种材料进行强度校核。进而计算叶片的二阶屈曲模态，获得屈曲载荷，验证叶片是否满足屈曲强度要求。同时，确定结构容易发生屈曲的危险位置。本文采用商用软MSC.Patran和MSC.Nastran，其中MSC.Nastran中屈曲分析包括线性屈曲和非线性屈曲分析，在算法上，MSC.Nastran采用先进的微分刚度概念，考虑高阶应变一位移关系，结合MSC.Nastran特征值抽取算法可精确地判断出相应的失稳临界点［5］。1有限元模型1.1几何模型和网格划分叶片由两部分组成：蒙皮和主梁。蒙皮是将气流转换成叶片转动所需压力的主要部。它的设计是基于空气动力学原理，不同的横截面呈现不同的翼型，并有一定的扭转角，叶片的整体外形自叶根到叶尖大致呈锥形（见图1）。基金项目：航空科学基金资助项目（04B52021）收稿日期：2021-01-07南京市210016主梁是叶片承受载荷的主要部。蒙皮仅承受总载荷的20%，而其他部分由主梁承担。主梁的横截面呈盒状。图1叶片立体几何模型：蒙皮和主梁图2带边界条和载荷的叶片有限单元模型叶片的主要外形参数见表1。表1叶片主要技术参数额定功率/kW1500叶片长度/m34.23叶片最大弦长/mm3100叶片扭角/（°）13叶片质量/kg5896.7重心位置（距叶根）/m10.591叶片的初始资料仅有各个截面的二维工程图，三维模型的建立首先利用CATIAV5平台依据各个截面的轮廓线建立模型框架，然后将这个框架传输到有限元前置处理软PATRAN中，通过截面放样生成叶片的曲面造型。网格的划分采用三角形单元，三角形单元可以较好地适应复杂的几何边界条，有利于从几何上去逼近一个任意双曲度的壳体。在单元数目的选取上进行了多次尝试，实践表明：单元数目的选取有一个最佳范围，小于这个范围，求解精度不够，超过这个范围，对结果精度的提高则很有限，反而会影响求解速度。通过多次试算选取单元数目为18797。这个数目既能保证求解问题的精度，又不影响求解速度。1.2材料和单元属性的定义叶片的材料主要有：EWFC1050，EZF800，1#布，EWR300和PVC泡沫，其中PVC泡沫的强度与弹性模量相对其他材料很小，考虑PVC泡沫是为了保证结构的几何形状。材料参数见表2。由于复合材料层合壳结构的厚度与长度、宽度比足够小（1/10），可以将结构简化为板单元。叶片是由玻璃纤维以不同的铺设角铺设而成，因此，可将叶片视为层合板模型。即由相同的单向板以不同的角度铺设而成，首先，定义单向板各个方向的参数（见图3），单向板使用玻璃纤维作为增强材料，环氧树脂作为基体，E11为纤维轴向方向，E22为垂直于纤维轴线方向（即横向），从其性能特点看出，该单向板是2D正交各向异性板，在Patran里定义单向板为2DOrthotropic材料。再用Laminate创建层合板模型，如图4所示，通过定义不同的方向角、不同的厚度、材料定义不同的铺层，将所定义的材料赋给有限元模型。表2几种主要材料的参数表牌号/GPa/GPaG/GPa厚度/mm1#布44.0910.940.2933.560.8EZF80012.38812.3880.4453.630.57EWR30021.5421.540.1132.110.26EWFC105016.9016.900.1033.771.0叶片的铺层情况复杂：沿叶片纵向分布不均，沿叶片横向也是不均匀的，这就给单元属性的赋值带来了很大的困难，采用分段分块定义层合板模型，然后再分段分块将模型赋给单元。这样最大限度地模拟了叶片铺层的真实情况（见图5）。图3单向板性能特点示意图图4复合材料层合板(Laminate)的定义图5叶片单元属性分段分块效果图1.3计算载荷风力机叶片所受的载荷类型是复杂多样的，是由风机运行条以及外界条综合确定的。运行工况和外界工况是采用单独统计的方法得到［6］。静强度计算仅考虑外界工况。外界工况分为正常工况和极端工况。计算所用载荷为25m/s极端阵风下的极端外界工况。表3给出了部分截面的25m/s极端阵风载荷分布情况，载荷由中航(保定)惠腾公司提供。表325m/s极端风载荷分布切面Mt/(kN・m)Mn/(kN・m)Fz/kN0-5098.261935.48260.271-4919.071854.59249.963-4678.471748.75242.745-4436.161645.12236.287-4192.571543.25229.929-3948.311442.50223.0511-3704.721342.89216.1615-3226.561150.21201.5519-2767.13969.14185.3523-2332.47802.01168.0827-1928.21650.59149.9231-1558.35515.63131.0335-1224.43397.054439-928.37294.9691.0343-670.88208.9770.10所给载荷为各截面上的弯矩，在一个壳体的轮廓线上定义弯矩，在有限元软里不易实现，所以，需要对所给载荷进行等效处理。叶片国家标准将作用在单片叶片上的气动力假设为三角形线性载荷分布。思路：先假设一个分布力，进行计算，这样可以得出在这个分布力作用下的弯矩图，然后与给定弯矩进行比较，不断进行尝试，最终可以找到一个分布力的作用效果与给定的弯矩效果是一致的。下面是对25m/s风载的等效过程，以下所有计算只考虑大小，不考虑方向，方向会在有限元软的载荷定义里考虑。（1） 对的等效首先假设，根据公式：，可以得出：根据边界条：时，（有限元计算的结果）。时，（假设时满足的条）。得：，所以得出将给定的弯矩数值与通过上式算出的弯矩进行比较，图6给定的载荷与等效对比：系列1代表表3中数据拟合的弯矩图；系列2代表模拟的线性载荷加载后的弯矩。从图中很明显看出：数值和趋势趋于一致。图6给定的载荷与等效对比（2） 对的等效首先假设，根据公式：，可以得出：根据边界条：时，（有限元计算的结果）。时，（假设时满足的条）。得：，所以得出将给定的弯矩数值与通过上式算出的弯矩进行比较，结果如图7所示：系列1代表表3中数据拟合的弯矩图；系列2代表模拟线性载荷加载后的弯矩效果图。从图7中很明显看出：效果虽然有一定差别，但是考虑到这个方向的载荷与方向相比很小。对整个结构的受载效果影响甚微。图7给定的载荷与所用载荷对比（3）对的等效首先假设，根据公式：，可以得出：根据边界条：当时，（有限元计算的结果）。得：从而得到：将给定的弯矩数值与通过上式算出的弯矩进行比较，结果如图8所示：系列1代表给定的数据拟合的力的曲线；系列2代表所用的线性分布力加载作用后的效果。图8给定的力与线性分布力拟合的对比载荷处理过后，将处理后的载荷以分布力的形式加载在叶片气动面上。加载后的叶片效果如图9所示。9加载后的有限元模型2静力计算结果及材料强度校核2.1静力计算结果图10为极限载荷下的位移云纹图，静载下叶尖最大位移为4.22m。图11为材料EWR300经向拉应力云纹图；图12为材料EWR300经向压应力云纹图；图13为材料EWR300纬向拉应力云纹图；图14为材料EWR300纬向压应力云纹图；图15为材料EWR300方向上剪应力云纹图。图10〜图15以材料EWR300为例，从有限元计算结果中获得它的主方向的拉力、压力和剪应力数据，根据总体应力图判断出危险点，从5幅图中读出危险点处的拉压力和剪应力，根据这些数据进行材料的强度校核。图10叶片位移云纹图图11EWR300经向拉应力云纹图图12EWR300经向压应力云纹图图13EWR300纬向拉应力云纹图图14EWR300纬向压应力云纹图图15EWR300方向上剪应力云纹图2.2材料强度校核风机叶片壳体各铺层均为正交各向异性材料，与各向同性材料相比，各向异性材料最大作用应力并不一定对应材料的危险状态，因此不能采用各向同性材料的强度理论。要准确判断正交各向异性材料的强度，应该根据材料主方向上的应力，通过蔡-吴(E.M.Wu)失效准则或Hill-蔡(S.W.Tsai)强度理论判断材料强度。根据应力云纹图，读取应力数据，判断每一种材料的最危险点应力数值见表4。采用蔡一吴张量理论和Hill-蔡理论校核材料强度，将表4中的数据代入蔡-吴(E.M.Wu)失效准则和Hill-蔡(S.W.Tsai)强度理论，结果表明：1#布、EZF800和EWR300满足静强度设计要求。表4各铺层的最危险点应力数值序号材料牌号受力类型/MPa/MPa/MPa11#布拉13417.97.3721#布压1414.111.93EZF800拉78.240.822.34EZF800压79.567.1—21.85EWR300拉2.571074.316EWR300压一2.57—100一4.673屈曲分析屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态形状的技术。笔者采用的是经典的屈曲分析一一采用特征值屈曲分析法，它适用于对一个理想弹性结构的理想屈曲强度（歧点）进行预测，主要是使用特征值公式计算造成结构负刚度的应力刚度阵的比例因子。结构在达到屈曲载荷之前其位移一变形曲线表现出线性关系，达到屈曲以后曲线将跟随另外的路径。发生转折的这一点称为分支点，分支点的载荷称为屈曲载荷，结构发生屈曲的不同形态成为屈曲模态。Nastran中特有的特征值抽取算法可以精确判断出临界失稳点，给出屈曲因子，曲屈因子是指屈曲载荷与计算工况载荷之比。Nastran可以根据需要算出N阶屈曲，最低阶曲屈载荷就是屈曲极限载荷。笔者根据叶片线性屈曲的前两阶模态来研究叶片的屈曲强度。图16为一阶屈曲立体位移云纹图；图17为一阶屈曲平面应力云纹图。一阶屈曲模态（屈曲因子Factor1=1.9163）。图16一阶屈曲立体位移云纹图图17一阶屈曲平面应力云纹图二阶屈曲模态（屈曲因子Factor2=1.9695）。图18二阶屈曲立体位移云纹图图19二阶屈曲平面应力云纹图屈曲载荷计算公式：代表的是叶片所受到的实际载荷，它是所有作用在叶片上的载荷的综合效果。因为最低阶屈曲模态的屈曲因子Factor1=1.9163>1，即，说明屈曲载荷大于实际载荷，所以叶片结构在实际极限载荷