覃文龍，譚明作

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西柳州545005）

電能是現(xiàn)代社會最主要的能源之一。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。隨著全國經(jīng)濟的高速發(fā)展，目前的發(fā)電設(shè)備遠遠不能滿足經(jīng)濟用電的需求，加上最近國家關(guān)閉多家污染嚴重的煤炭發(fā)電企業(yè)和水資源的匱乏，使得國內(nèi)眾多鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民用電無法得到保證，出現(xiàn)了拉匣限電現(xiàn)象，嚴重影響了鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民的生活。為保證鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民用電需求，發(fā)電機制造企業(yè)如雨后春筍般應(yīng)運而生。在競爭非常激烈的發(fā)電機市場里，如何去開發(fā)一款競爭力強的發(fā)電機組，以搶占市場份額，值得深思。

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

1 發(fā)電機組原理結(jié)構(gòu)

單相汽油發(fā)電機組，是以汽油發(fā)動機為動力輸出，將發(fā)動機曲軸輸出端與單相發(fā)電機的轉(zhuǎn)子同軸連接，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子做電磁切割運動轉(zhuǎn)化成電能的電力設(shè)備。

1.1 發(fā)電機

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

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

（1）發(fā)電機結(jié)構(gòu)。發(fā)電機通常由定子、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，轉(zhuǎn)換效率一般為78%，而采用冷軋板材料制成的發(fā)電機，轉(zhuǎn)換效率可達到81%。朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機組采用冷軋板材料制成的發(fā)電機，具有轉(zhuǎn)換效率高、降低能量在轉(zhuǎn)換過程中的損耗等優(yōu)點。

1.2 汽油發(fā)動機

（1）汽油發(fā)動機的選擇。朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機組的原動力，采用強制風(fēng)冷式四沖程手啟動OHV（頂置氣門）汽油發(fā)動機。

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

發(fā)電機輸出的頻率與轉(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)電機旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)。

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

發(fā)動機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性，對于發(fā)電機組來說非常關(guān)鍵，將直接影響發(fā)電機組的性能等級。穩(wěn)定發(fā)動機轉(zhuǎn)速的方法有兩種：一種是電子調(diào)速，另外一種是機械調(diào)速。朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機的汽油發(fā)動機采用的是機械調(diào)速，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機械調(diào)速結(jié)構(gòu)示意圖

調(diào)速原理——離心調(diào)速器通過齒輪嚙合與曲軸同時轉(zhuǎn)動。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速過高時，離心調(diào)速器的飛錘向外張開，推動調(diào)速撥叉旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)速撥叉、調(diào)速臂和連接桿的共同作用，減小化油器進氣門開度，從而降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速；當發(fā)動機轉(zhuǎn)速過低時，調(diào)速撥叉在彈簧的回復(fù)拉力下回歸，推動調(diào)速臂旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)速撥叉、調(diào)速臂和連接桿的共同作用，增大化油器進氣門開度，從而提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速。

汽油發(fā)動機在出廠時，就已經(jīng)設(shè)定好了額定轉(zhuǎn)速n=3 000 r/min，在與發(fā)電機進行匹配時，通過調(diào)整調(diào)速彈簧螺栓，可對轉(zhuǎn)速進行微調(diào)，以保證發(fā)動機的調(diào)速率滿足朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機性能等級要求。

1.3 發(fā)電機組電壓控制

按我國內(nèi)燃機組行業(yè)標準，發(fā)電機組的輸出電壓規(guī)定為：230V（單相）。

朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機組的調(diào)壓，通過自動電壓調(diào)節(jié)器AVR（Automatic Voltage Regulators）對發(fā)電機的控制來實現(xiàn)。取樣繞組用于AVR對電壓控制的基礎(chǔ)采樣輸入，副繞組用于AVR對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通過對勵磁電壓和勵磁電流的調(diào)整，來改變轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場強度，從而滿足外部負載對主繞組的輸出需求。

1.4 電路設(shè)計

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

圖2 朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機電路線路設(shè)計圖

2 性能參數(shù)

2.1 設(shè)計目標

（1）朗沃德LW5500CY汽油發(fā)電機組性能參數(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)（測量距離7 m）。

（3）性能等級要求達到G2性能等級要求。

（4）可靠性、耐久性：可靠性試驗要求達到120 h；耐久性試驗要求達到200 h。

2.2 過程驗證

（1）性能參數(shù)驗證。在大氣壓力Pr=100 kPa，環(huán)境溫度Tr=25℃,空氣相對濕度φr=30%的條件下，對朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機組進行性能測試，測試結(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性能等級驗證。根據(jù)《JB/T 10304-2001工頻汽油發(fā)電機組技術(shù)條件》要求，在HSJF-3發(fā)電機組性能測試控制臺上，進行G2性能等級測試。G2性能等級要求和測量結(jié)果見附表1（共表）。

（3）整體噪聲測試。采用5點測量法，測量距離7 m，測量測點的A計權(quán)聲壓級，每個測點測量3次。其中測點2（右）為消聲器排氣出氣口端，測量時測頭請勿對準消聲器排氣出氣口。測量結(jié)果見表2。

表2 整體噪聲測試表 單位:dB（A）

（4）可靠性、耐久性試驗。要求按表3要求執(zhí)行。

負載的每個循環(huán)連續(xù)運行時間為8 h，中間停止時間不大于0.5 h，在不需要維修的情況下進行試驗?？煽啃栽囼炦\行時間累積，要求達到120 h，耐久性試驗運行時間累積，要求達到200 h。

表3 可靠性、耐久性試驗表

2.3 驗證結(jié)論

朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機組性能參數(shù)、性能等級、噪聲、可靠性、耐久性均達到設(shè)計目標要求。

3 外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計

在設(shè)計汽油發(fā)電機組的外觀結(jié)構(gòu)時，我們充分考慮和追求產(chǎn)品的差異化。產(chǎn)品差異化，是增強產(chǎn)品競爭力、占領(lǐng)市場的一種有效方式。朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機組由汽油發(fā)動機、單相發(fā)電機、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)電機隔熱效果非常好，而且采用目前市場上少有的圓弧面板設(shè)計，把一些影響外觀的螺栓緊固件完全隱藏起來，做工精細，外型飽滿、圓滑，并獲得中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局兩項專利保護。

4 結(jié)束語

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)電機組的設(shè)計開發(fā)過程。朗沃德LW5500CY單相汽油發(fā)電機組在與同類發(fā)電機組相比，具有性能優(yōu)越、外觀精美等優(yōu)點，是一款具有相當市場競爭力的汽油發(fā)電機組產(chǎn)品。該款發(fā)電機組自上市以來，深受客戶歡迎，具有很好的市場發(fā)展前景。