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發(fā)電機的效率、參數(shù)及環(huán)境影響因素 |
摘要:發(fā)電機效率就是指發(fā)電機組通過柴油機將柴油燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為動能,再通過電球(如斯坦福電機)將動能轉(zhuǎn)化為電能的過程中能源的轉(zhuǎn)化效率。一般而言,柴油發(fā)電機組在運轉(zhuǎn)的過程中會產(chǎn)生大量的摩擦,浪費能源的同時還會減少發(fā)電機的壽命,導(dǎo)致發(fā)電機效率降低;同時由于惡劣環(huán)境的影響,會造成發(fā)電機效率更進一步的降低。
一、發(fā)電機的基本參數(shù)
1、發(fā)電機滿足的標(biāo)準(zhǔn)
各個國家都有自己的相關(guān)的發(fā)電機標(biāo)準(zhǔn),斯坦福發(fā)電機能夠滿足大多數(shù)的通用國際標(biāo)準(zhǔn)和一些國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
(1)陸用標(biāo)準(zhǔn):
● IEC 34-1 國際電工技術(shù)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn);
● GB 755 中國旋轉(zhuǎn)電機通用技術(shù)條件;
● BC 5000 英國標(biāo)準(zhǔn);
● NEMA MG 1-22 北美標(biāo)準(zhǔn);
● C.S.A C22-2 加拿大標(biāo)準(zhǔn);
● UDE0530德國。
(2)船用標(biāo)準(zhǔn):
● 英國勞氏船級社;
● 挪威船級社;
● 法國船級社;
● 德國勞氏船級社;
● 意大利船級社。
(3)其他相關(guān)要求:
如軍用、通訊、計算機、數(shù)據(jù)中心等相關(guān)要求
2、發(fā)電機的容量(功率)
不同的發(fā)電機型號(即機座號,如圖1所示)對應(yīng)著不同的功率,用戶往往按照其負載的總功率來選擇發(fā)電機的功率,用戶應(yīng)全面了解其使用負載的性質(zhì),大小,對特殊的負載應(yīng)獨立考慮。一般康明斯會以視在功率的形式給出,康明斯發(fā)電機出廠一般都按額定功率因素為0.8系數(shù)計算原則。通常情況下,我們對每一種型號的發(fā)電機給出以下三種功率:
(1)持續(xù)最大陸用功率:
陸用機型外觀和結(jié)構(gòu)如圖2所示。指陸用發(fā)電機連續(xù)運行的最大功率,所有發(fā)電機的技術(shù)數(shù)據(jù)都以此為標(biāo)準(zhǔn)。
(2)備用功率:
此功率比持續(xù)運行最大功率大,故溫升會升高,性能變壞。他允許常時間輸出,但這將會降低電機的使用壽命
(3)持續(xù)船用功率:
船用功率比陸用的低,性能滿足各種標(biāo)準(zhǔn)要求且比陸用更好。
圖1 斯坦福發(fā)電機型號和機座尺寸 |
圖2 發(fā)電機基本結(jié)構(gòu)示例圖 |
3、電壓,頻率,轉(zhuǎn)速,相數(shù)
在大多數(shù)情況下,發(fā)電機是作為備用或應(yīng)急電源用,或與電網(wǎng)并網(wǎng)使用。故發(fā)電機的電壓頻率及相數(shù)應(yīng)取決于各個不同國家區(qū)域的電網(wǎng)要求。對沒有電網(wǎng),用發(fā)電機作為主電源來使用的,發(fā)電機的電壓頻率應(yīng)由其負載的狀況來決定,或根據(jù)負載選擇發(fā)電機,或根據(jù)發(fā)電機來選擇負載的電壓,頻率等。
(1)頻率:一般為50或60兩種(工頻)。
(2)相數(shù):一般商業(yè)安裝都為3相,單相可以從中取得。
(3)電壓:電壓根據(jù)具體來選擇,斯坦福發(fā)電機能夠提供并滿足客戶的電壓要求。
① 低電壓范圍:從110~690V;
從到5都有12個引出線頭到接線柱,客戶可以根據(jù)其不同接法而改變電壓并可接成單相5以上為6個頭引到接線柱,并可根據(jù)接法改變電壓。
②中壓范圍:2400~4160V;
③高壓范圍:6000V~11KV。
(4)轉(zhuǎn)速
通常分為1500r/min和1800r/min兩種。
(5)頻率,轉(zhuǎn)速,極數(shù)之間關(guān)系
F=(N×P) / 60
其中:F為頻率;N為轉(zhuǎn)速RPM;P為發(fā)電機極對數(shù)。
4、發(fā)電效率
發(fā)電機的效率是指輸出的千瓦數(shù)(電能)于輸入發(fā)電機的機械功之比
即:效率=(發(fā)電機出線端輸出功率)/輸入發(fā)電機的機械功率
故柴油機輸入到發(fā)電機軸上的功率應(yīng)大于等于發(fā)電機的輸入功率,此輸入功率除柴油機與發(fā)電機的連接效率,就應(yīng)該為柴油機的輸出功率最小值。發(fā)電機的效率在不同電壓和負載下不同,具體可參見效率曲線圖3和性能萬向圖4。
圖3 發(fā)電機效率曲線圖 |
圖4 發(fā)電機性能萬向圖 |
5、溫升
由于發(fā)電機的繞組電阻產(chǎn)生銅耗,鐵心中鐵耗和其他機械磨損等原因,發(fā)電機在工作時會產(chǎn)生熱量,引起發(fā)電機繞組的溫度升高,從而引起發(fā)電機繞組的絕緣老化或損壞。
康明斯定義發(fā)電機的繞組溫度的升高值(相對值)為發(fā)電機的溫升?;诃h(huán)境溫度為40℃時,各種絕緣等級的允許溫升如表1所列。
表1 發(fā)電機絕緣等級的最大允許溫升表
絕緣等級 |
A |
B |
E |
F |
H |
最大允許溫升 |
60℃ |
75℃ |
80℃ |
105℃ |
125℃ |
注:允許最大的溫升環(huán)境溫度40℃;所有的斯坦福發(fā)電機都采用H級的絕緣材料。
絕緣等級與溫升關(guān)系:以H級絕緣等級為例,用H級溫升時,繞組壽命為20000小時或延長兩倍;用B級溫升時,繞組壽命延長6備;備用使用(H級溫升+15度)時,繞組壽命縮短3倍。
二、運用環(huán)境
1、相對濕度
(1)濕度主要指空氣中水分的含量,通常以相對濕度來表示。
(2)對于高濕度的地區(qū),我們必須仔細選擇發(fā)電機的絕緣和浸漆系統(tǒng),以使發(fā)電機適應(yīng)熱帶的氣候。
(3)所有的斯坦福發(fā)電機均能適應(yīng)熱帶氣候。
2、海拔高度
由于海拔高度超過1000米后,空氣會變得稀薄,而發(fā)電機是靠風(fēng)扇進行空氣冷卻的,故發(fā)電機的冷卻效果將會變差,所以對超過1000米的海拔高度要求發(fā)電機降功率使用,以避免發(fā)電機過熱。但這并不表示海拔低于1000米時,發(fā)電機功率可以增加。
對超過1000米時,發(fā)電機的實際輸出功率應(yīng)乘以表2中的修正系數(shù),功率下降曲線如圖3所示。
表2 高海拔情況下發(fā)電機的修正系數(shù)表
海拔高度(M)
|
修正系數(shù)
|
1500
|
0.97
|
2000
|
0.94
|
2500
|
0.91
|
3000
|
0.85
|
3500
|
0.82
|
3、環(huán)境溫度
按照國際通用的技術(shù)要求,一般定義發(fā)電機的使用環(huán)境溫度為40℃,所有的設(shè)計及功率都按照這一環(huán)境溫度而言。
(1)事實上,對發(fā)電機而言,環(huán)境溫度應(yīng)該為發(fā)電機的進風(fēng)溫度。由于發(fā)電機是與柴油機一起工作,柴油機發(fā)熱會使整個空間內(nèi)溫度超過40℃。實際運行時發(fā)電機的環(huán)境溫度不應(yīng)該超過40℃,這一點非常重要。若實際使用環(huán)境溫度超過40℃,那么發(fā)電機應(yīng)該降功率運行。
(2)對環(huán)境溫度而言,若其低于40℃,則發(fā)電機的功率可以比額定功率大。當(dāng)環(huán)境溫度超過40℃時發(fā)電機的功率修正系數(shù)如表5所列,功率下降曲線如圖6所示。
表3 高溫環(huán)境下發(fā)電機修正系數(shù)表
環(huán)境溫度(℃) |
系數(shù) |
45 |
0.97 |
50 |
0.94 |
55 |
0.91 |
60 |
0.88 |
圖5 高海拔下發(fā)電機功率降低曲線 |
圖6 高溫下發(fā)電機功率降低曲線 |
4、特殊氣候及環(huán)境
前面我們討論了濕度,高度以及溫度等對發(fā)電機的影響,但這都是獨立討論的。在實際運用時情況要復(fù)雜得多,并且另外一些因素也會影響發(fā)電機的正常工作。
(1)特殊環(huán)境的影響因素
如下所列一些情況都會對發(fā)電機產(chǎn)生影響:
① 空氣中含有其他氣體為化學(xué)性質(zhì)的腐蝕氣體
②(在海邊)有鹽水(霧)
③ 灰塵或風(fēng)沙
④ 雨水
(2)解決措施
故我們必須全面考慮各種復(fù)雜的氣候?qū)Πl(fā)電機的影響,保證發(fā)電機的正常工作。斯坦福發(fā)電機推薦以下三種選項以適應(yīng)不同的氣候:
① 防冷凝加熱器:
用于空氣中濕度較大且易發(fā)生冷凝的環(huán)境中,當(dāng)發(fā)電機不運行時接通加熱器,使發(fā)電機的機身溫度大于環(huán)境溫度約5K,運行時切斷加熱器電源
② 防護等級:
標(biāo)準(zhǔn)IP22為防垂直下滴的雨水進入發(fā)電機內(nèi)部,斯坦福提供IP23防止垂直方向或60度的雨水不能進入發(fā)電機內(nèi)。
③ 空氣過濾器:
一些地方由于風(fēng)沙比較大或空氣中灰塵較多。
總結(jié):
眾所周知,同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶磁極,異步的不帶,這樣相當(dāng)于靠磁極省下了勵磁電能,所以同步發(fā)電機效率高。異步發(fā)電機與同步發(fā)電機的區(qū)別是做發(fā)電機用的時候同步發(fā)電機組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是和旋轉(zhuǎn)磁場同步運轉(zhuǎn);異步發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速并且隨著負載的加重而降低。對于環(huán)境來說,發(fā)電機房內(nèi)的高溫、潮濕和空氣污染物是引起發(fā)電機故障的最常見因素。粉塵、灰塵和其它空氣污染物的積累會引起絕緣層的性能變壞,還會使轉(zhuǎn)子軸承部分的摩擦力增大而發(fā)熱。濕氣以及空氣污染物中的濕氣極易在發(fā)電機內(nèi)形成對地的漏電通路,引起發(fā)電機故障。機房內(nèi)溫度過高會使發(fā)電機組工作時產(chǎn)生的熱量難以散出,造成其輸出功率下降、機組過熱。所以機房的防塵、防潮濕、通風(fēng)降溫就必須引起足夠的重視。
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