新聞主題	康明斯發(fā)電機(jī)型號(hào)字母編號(hào)的代表含義和選擇

 

摘要：斯坦福發(fā)電機(jī)（Stamford）屬于康明斯公司旗下品牌之一，其憑借鋼絲纏繞技術(shù)以及從7.5到5000kVA的輸出，在連續(xù)或備用發(fā)電機(jī)組應(yīng)用中提供卓越的效率。斯坦福交流發(fā)電機(jī)可選擇SAE適配器，以確保與各種主動(dòng)機(jī)保持輕松的耦合。康明斯發(fā)電機(jī)型號(hào)主要有經(jīng)典款的PI044、PI144、UCI224、UCI274、UCDI274、HCI444、HCI544、HCI634、LVI634、PI734、P80以及新款的S0、S1、S4、S5、S6、S7、S9系列，其中S系列所有斯坦福均采用CoreCooling™技術(shù)。

 

一、產(chǎn)品型號(hào)識(shí)別

 

1、自勵(lì)磁機(jī)型編號(hào)含義解讀

      以斯坦福發(fā)電機(jī)UCI224E14為例，如圖1所示。UC為發(fā)電機(jī)家族系列，I為陸用，22是軸的中心高度，4指4極機(jī)，E指鐵芯長(zhǎng)度，1指軸承數(shù)為1個(gè)，4指勵(lì)磁系統(tǒng)。

       UC系列特征：

● 波形失真（線性負(fù)載）小于3。

● 波形失真（非線性負(fù)載，12脈沖整流器）-8。

● 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速取決于負(fù)載控制。

● 節(jié)省燃料的25%。

● 同時(shí)交直流輸出。

● 可編程輸出電壓和頻率。

2、永磁機(jī)型編號(hào)含義解讀

      以斯坦福發(fā)電機(jī)HCI646G1為例，如圖2所示。HC為發(fā)電機(jī)家族系列，I為陸用，6是機(jī)座號(hào)，4指4AVR型號(hào)數(shù)字縮寫，G指鐵芯長(zhǎng)度，1指軸承數(shù)為1個(gè)。

      HC系列特征：

● 2/3的繞組節(jié)距抑制過多的中線電流。

● 單支點(diǎn)或雙支點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

● 易于安裝和維護(hù)。

● 標(biāo)準(zhǔn)免維護(hù)密封軸承。

● 標(biāo)準(zhǔn)IP23防護(hù)等級(jí)。

● 標(biāo)準(zhǔn)MX321AVR及永磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁使控制系統(tǒng)與輸出隔離。

● 三相感應(yīng)檢測(cè)和±0.5%的電壓調(diào)整率。

 

圖1  斯坦福自勵(lì)磁發(fā)電機(jī)型號(hào)識(shí)別

圖2  斯坦福永磁發(fā)電機(jī)型號(hào)識(shí)別

 

 

二、發(fā)電機(jī)選型步驟

 

      選擇發(fā)電機(jī)的規(guī)格，常按以下的標(biāo)準(zhǔn)步驟來選擇：

1、計(jì)算所有的穩(wěn)態(tài)負(fù)載（連續(xù)的）

（1）電動(dòng)機(jī)、機(jī)械設(shè)備及電氣設(shè)備（負(fù)載運(yùn)行）

① 全部容量：估計(jì)所有同時(shí)連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)和其它任何電氣設(shè)備。

② 功率（電動(dòng)機(jī)）=馬力X0.746。

③ 電動(dòng)機(jī)輸入的容量=功率/（電動(dòng)機(jī)效率X電動(dòng)機(jī)功率因素）。

（2）加熱器或空調(diào)

       可能同時(shí)接入的全部加熱器的。例如：電氣房或熱水房，加熱用具；例如：烤箱，電飯鍋，或其它形式的電加熱器件。加熱器的功率因素為1kVA=kWatt 。

（3）照明

      估算可能同時(shí)接入的照明設(shè)備的全部，照明設(shè)備的功率因素為0.9至1.0。

注意：在此的照明設(shè)備是高效的負(fù)載：照明設(shè)備的功率因素通常為0.9，如果不是，假設(shè)功率因素為0.5。

2、計(jì)算所有降低功率的因素

（1）高海拔

      海拔（ASL）1000米以上每升高500米降低3%。

（2）功率因素

      功率因素影響性能萬向圖如圖3所示。

 

圖3  功率因素對(duì)發(fā)電機(jī)功率的影響萬向圖

 

① 滯后功率因素的負(fù)載

      滯后功率因素（感性）負(fù)載通常為：

● 電動(dòng)機(jī)和變壓器。

● 非線性負(fù)載。

● 照明設(shè)備（不是功率因素可調(diào)的）。

② 超前功率因素負(fù)載

      超前功率因素負(fù)載通常為（容性）：

● 功率因素調(diào)節(jié)器（電容）。

● 非線性負(fù)載過濾器（用于減小諧波電壓畸變（THD）。

● 照明設(shè)備（過調(diào)，對(duì)于PF調(diào)節(jié)）。

      對(duì)于低功率因素負(fù)載，發(fā)電機(jī)必須運(yùn)行在安全的范圍內(nèi)。這些范圍是通過發(fā)電機(jī)運(yùn)行曲線來定義的每臺(tái)發(fā)電機(jī)的Xd值，決定發(fā)電機(jī)運(yùn)行曲線上的安全區(qū)域。功率因素引起降低的曲線如圖4所示。

（3）溫度是指發(fā)電機(jī)進(jìn)氣口的環(huán)境溫度，通風(fēng)示意圖如圖5所示。

      請(qǐng)注意降低系數(shù)是累加的過程（如果有多過一個(gè)的降低因素），也許上述影響功率的因素會(huì)同時(shí)存在。

 

圖4  柴油發(fā)電機(jī)功率因素降容曲線.

圖5  康明斯斯坦福發(fā)電機(jī)通風(fēng)流向

 

3、計(jì)算瞬態(tài)負(fù)載的要求

      當(dāng)啟動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，電壓下降的百分?jǐn)?shù)將取決于電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)容量（或同時(shí)啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的全部容量的總和）。

      最大允許下降值（一般情況）：25%電壓下降在發(fā)電機(jī)接線端，30%電壓下降在電動(dòng)機(jī)接線端。每臺(tái)發(fā)電機(jī)的電壓下降值，均可使用堵轉(zhuǎn)曲線來計(jì)算（每臺(tái)發(fā)電機(jī)均有相應(yīng)的曲線）。這些曲線是基于發(fā)電機(jī)帶時(shí)間常數(shù)的瞬態(tài)電抗（X'd），和次瞬態(tài)電抗（X''d）（共同值Xg）。如圖6所示。

 

圖6  發(fā)電機(jī)瞬間沖擊負(fù)載曲線圖

 

（1）電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)容量

      這是可能同時(shí)啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的容量總和

① 直接啟動(dòng)（DOL)

● 電動(dòng)機(jī)在線電壓?jiǎn)?dòng)：啟動(dòng)電流為6至9X電動(dòng)機(jī)的滿載電流。

● 典型的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流：

      電動(dòng)機(jī)容量達(dá)250 kW：假定為7×額定容量。

      電動(dòng)機(jī)容量大于250 kW：假定為6×額定容量。

② 星形-三角形（SD)

● 電動(dòng)機(jī)以星形啟動(dòng)=線電壓/V3（線電壓/1.73)。

● 電動(dòng)機(jī)短時(shí)停留在星形狀態(tài)=30-100毫秒（典型）。

● 電動(dòng)機(jī)切換到三角形=全線電壓。

● 典型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流：

      星形：假定為2.5×額定容量

      三角形：（瞬態(tài)沖擊）假定為3×額定容量

（2）電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法

      電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)容量取決于電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法，其啟動(dòng)特性和曲線如圖7、圖8所示。

①  直接啟動(dòng)

② 星形-三角形啟動(dòng)

③ 自藕變壓器啟動(dòng)

④ 電子軟啟動(dòng)

 

圖7  電動(dòng)機(jī)功率角啟動(dòng)特性

圖8  發(fā)電機(jī)瞬態(tài)直接啟動(dòng)特性曲線圖

 

（3）電動(dòng)機(jī)額定值計(jì)算

● 電動(dòng)機(jī)kW=馬力X0.746；

● 電動(dòng)機(jī)kVA=kW÷功率因素；

● 電動(dòng)機(jī)kVA（用于3相電動(dòng)機(jī)）=線電壓×滿載電流×√3÷1000；

● 電動(dòng)機(jī)kVA（用于單相電動(dòng)機(jī)）=相電壓×滿載電流÷1000；

● 電動(dòng)機(jī)輸入kVA=電動(dòng)機(jī)運(yùn)行kVA÷效率。

① 典型案例一：

      一座采石廠有4 X 15馬力直接啟動(dòng)（DOL）進(jìn)料電動(dòng)機(jī)，它們的效率為88%及功率因素為0.89，電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)由一臺(tái)250 kVA，415V，50Hz發(fā)電機(jī)供電電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電壓下降值為多少?

● 電動(dòng)機(jī)KW =4 X 15 H.P=60 H.P X 0.746 =44.8 kW

● 電動(dòng)機(jī)輸入kVA =44.8kW/功率因素（0.89）&效率（0.88）=57.2 kVA

● 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)kVA =57.2 X 7（對(duì)于直接啟動(dòng)）=400 kVA

答：從圖9中可以看出，電壓下降為21%。

圖9  250KVA發(fā)電機(jī)堵轉(zhuǎn)曲線圖（50HZ）

 

② 典型案例二：

      一位客戶需要用一臺(tái)190 kVA發(fā)電機(jī)，啟動(dòng)一臺(tái)150 HP，60 Hz，440V星形/三角形電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的效率為88%，功率因素為0.8電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓下降為多少?

● 電動(dòng)機(jī)kW =150 H.P X 0.746=112 kW

● 電動(dòng)機(jī)輸入kVA =112 kW/效率（0.88）功率因素（0.8）=159 kVA

● 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)kVA =159 X 2.5（對(duì)于星形三角形） =398 kVA

答：從圖10中可以看出，電壓下降為23%。

 

圖10  190KVA發(fā)電機(jī)堵轉(zhuǎn)曲線圖（60HZ）

 

③ 典型案例三：

      客戶有2 ×14 kW直接啟動(dòng)（DOL）電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)的效率為80%功率因素為0.9同時(shí)啟動(dòng)，允許電壓下降的最大值為20%。該種情況需要發(fā)電機(jī)的容量為多少?

● 電動(dòng)機(jī)輸入kVA =14 kW/0.9（PF）0.8（效率） =19.5 kVA

● 全部基本負(fù)載kVA =30 kW/0.9p.f=33.3 kVA+39 kVA（2臺(tái)電動(dòng)機(jī)）=72.3 kVA

● 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)kVA（對(duì)于每臺(tái)電動(dòng)機(jī)） =19.5 X 7（DOL） =136 kVA

答：從圖11中可以看出，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的允許最大電壓下降為20%，要求一臺(tái)85 KVA發(fā)電機(jī)。

 

圖11  80KVA發(fā)電機(jī)堵轉(zhuǎn)曲線圖（50HZ）

 

4、計(jì)算非線性負(fù)載的要求

      非線性負(fù)載是電子控制系統(tǒng)，在此負(fù)載電流通過電子設(shè)備取得其波形為非正弦。半導(dǎo)體電子設(shè)備例如可控硅/整流管，在電流波形中產(chǎn)生諧波，進(jìn)而產(chǎn)生電壓波形畸變（曲線如圖12所示）。當(dāng)它們的電源中電壓波形畸變，電子控制系統(tǒng)可能變的不穩(wěn)定。

（1）典型的非線性負(fù)載

● 電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)；

● 不間斷電源（UPS）、逆變器、電池充電器；

● 變頻器、起重機(jī)、電梯、風(fēng)扇、水泵；

● 生產(chǎn)過程（控制電爐、電爐、加熱器)；

● 傳媒-TV/收音機(jī)/電影（發(fā)射器）、控制燈；

● 通訊、整流設(shè)備。

注意：他勵(lì)A(yù)VR系統(tǒng)帶永磁發(fā)電機(jī)（PMG），三相檢測(cè)，推薦用于所有非線性負(fù)載。

表1    發(fā)電機(jī)典型非線性負(fù)載電流和電壓畸變表

（2）注意事項(xiàng)

① 全部諧波電流畸變（THD），是作為基波的一個(gè)百分?jǐn)?shù)來測(cè)量。

② 如果電壓畸變超過了控制系統(tǒng)的接受極限，非線性負(fù)載可能變得不穩(wěn)定波形畸變同時(shí)在繞組中產(chǎn)生額外的熱量。

③ F級(jí)容量額定值為（105°C）應(yīng)被采用，以避免繞組絕緣因?yàn)檫^熱而損壞。

④ 發(fā)電機(jī)在選形時(shí)應(yīng)考慮負(fù)載諧波畸變的情況。

（3）產(chǎn)生諧波電壓的原因

      諧波電壓畸變由以下因素決定。

① 非線性負(fù)載諧波電壓畸變情況：

      全部諧波電流畸變（THD）是作為基波的百分?jǐn)?shù)來表示的（50Hz或60Hz）。作為一個(gè)指導(dǎo)：

● 12脈沖14%；

● 對(duì)于6脈沖30%；

● 對(duì)于4脈沖45%。

② 發(fā)電機(jī)阻抗，次瞬態(tài)電抗（X''d)

      該數(shù)字來源于超瞬態(tài)短路試驗(yàn)的結(jié)果，更低的值X''d將改善電壓畸變情況。當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在最高的磁通值時(shí)，X''d電抗是最低的。

③ 非線性負(fù)載的容量（kVA），發(fā)電機(jī)的容量（kVA)

X''d（pu）=（輸入非線性負(fù)載容量/ 發(fā)電機(jī)容量）× X''d

注意：輸入kVA必須包括負(fù)載效率和功率因素。

 

圖12  發(fā)電機(jī)非線性負(fù)載諧波畸變

 

5、發(fā)電機(jī)的選擇

（1）檢查啟動(dòng)步驟和負(fù)載分配

      通過啟動(dòng)步驟的選擇，可以減小過容量（在此可能）：

① 首先應(yīng)用基本負(fù)載，穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)。

② 相繼啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載將減小啟動(dòng)kVA的要求。

③ 首先啟動(dòng)最大容量的電動(dòng)機(jī)，避免電流互感器在加入其它負(fù)載時(shí)退出工作。

④ 頻率敏感負(fù)載（例如非線性負(fù)載），應(yīng)該最后接入，避免由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)而導(dǎo)致電壓和轉(zhuǎn)速的下降。

⑤ 平衡單相負(fù)載，減小每相的不平衡電流的大小。

（2）發(fā)電機(jī)參數(shù)對(duì)不對(duì)稱運(yùn)行的影響

① 發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行使端電壓出現(xiàn)負(fù)序和零序分量。其大小與不對(duì)稱電流大小有關(guān)，與發(fā)電機(jī)的負(fù)序阻抗和零序阻抗有關(guān)。

② 增加阻尼繞組可以減小負(fù)序磁通，提高端電壓對(duì)稱程度。

（3）不對(duì)稱運(yùn)行對(duì)發(fā)電機(jī)的影響

① 同步發(fā)電機(jī)帶不對(duì)稱負(fù)載時(shí)，定子繞組會(huì)產(chǎn)生飛轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子本體和轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)、電流和損耗；使勵(lì)磁繞組散熱困難。

② 負(fù)序磁場(chǎng)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱破壞作用。

③ 定子的穩(wěn)態(tài)不對(duì)稱電流可以比定子額定電流小，對(duì)定子溫升影響不大。但可以燒損轉(zhuǎn)子。

④ 發(fā)電機(jī)的瞬態(tài)短路電流沖擊可能是額定電流的十倍。沖擊電流產(chǎn)生的機(jī)械力可以損壞電樞繞組。

（4）同步發(fā)電機(jī)短路特性

      流過發(fā)電機(jī)的故障電流取決于發(fā)電機(jī)的電抗，勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)與故障點(diǎn)之間網(wǎng)絡(luò)的電抗。遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)發(fā)生的故障電流大于線路額定電流，促使線路保護(hù)裝置動(dòng)作。而靠近發(fā)電機(jī)端子的故障電流對(duì)于供電網(wǎng)絡(luò)來說，與額定電流等級(jí)相，所以取決于發(fā)電機(jī)電抗和勵(lì)磁系統(tǒng)。

① 短路時(shí)繞組特性

      考慮承受短路電流的原因是發(fā)電機(jī)有可能在斷路器分?jǐn)喙收现耙呀?jīng)被損壞；短路電流可以使發(fā)電機(jī)定子線圈快速過熱；例如：

● 不平衡線－地（L－N）短路，短路電流是額定電流的7.5倍，假定定子初始溫度。大約為155℃；不到5秒鐘，定子溫度可以升至300℃。

● 在該溫度條件下定子線圈將燒損。

● 不平衡線－線（L－L）短路，定子線圈溫度升至300℃的時(shí)間要長(zhǎng)幾秒；而三相平衡短路需要的時(shí)間更長(zhǎng)。

② 自勵(lì)磁發(fā)電機(jī)短路特性

      自勵(lì)和它勵(lì)發(fā)電機(jī)的短路故障響應(yīng)是不同的：

● 當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出端短路時(shí)，其磁場(chǎng)隨之崩潰；所以自勵(lì)發(fā)電機(jī)稱之為“崩潰磁場(chǎng)”發(fā)電機(jī)。而它勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁是由永磁發(fā)電機(jī)提供的，所以當(dāng)發(fā)電機(jī)短路時(shí)，其勵(lì)磁電流可以維持流動(dòng)。

● 一般情況下，當(dāng)三相同時(shí)短路時(shí)，無論自勵(lì)還是它勵(lì)發(fā)電機(jī)，其初始短路電流大約是發(fā)電機(jī)額定電流的8－10倍，而且與發(fā)電機(jī)的超瞬態(tài)電抗成反比。

● 在頭幾個(gè)周期（A）內(nèi)，自勵(lì)和它勵(lì)發(fā)電機(jī)的響應(yīng)相同，隨著磁場(chǎng)能量的消耗，具有相同的短路電流衰減曲線；而經(jīng)過幾個(gè)周期（B）后，自勵(lì)發(fā)電機(jī)將持續(xù)跟隨短路電流衰減曲線直至電流趨近于零。

● 對(duì)于自勵(lì)發(fā)電機(jī)，當(dāng)短路電流超過曲線拐點(diǎn)時(shí)，電壓和電流將會(huì)”崩潰“，直至衰減到零。

● 由于它勵(lì)發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)不是取自發(fā)電機(jī)輸出電壓，而來源于其他電源，所以能夠承受3－4倍額定電流的短路電流。

● 現(xiàn)在電機(jī)設(shè)計(jì)采用性能更好的絕緣材料和電壓調(diào)整器；其結(jié)果是使單位材料的輸出功率增加，發(fā)電機(jī)具有相對(duì)高的電抗；其故障電流等級(jí)相對(duì)于發(fā)電機(jī)額定電流減小了。

● 低等級(jí)故障電流就必須使用嚴(yán)格的保護(hù)裝置。

（5）發(fā)電機(jī)過載與溫升

      通常發(fā)電機(jī)過載使用會(huì)使發(fā)電機(jī)繞組溫度迅速升高，長(zhǎng)時(shí)間使用將影響發(fā)電機(jī)使用壽命和發(fā)電機(jī)繞組燒毀。

表2    發(fā)電機(jī)允許過載電流（三相平衡）和時(shí)間關(guān)系

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