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發(fā)電機(jī)的效率、參數(shù)及環(huán)境影響因素
發(fā)布時間:2023-08-20 22:08:06  ▏閱讀:

 

新聞主題

發(fā)電機(jī)的效率、參數(shù)及環(huán)境影響因素

 

摘要:發(fā)電機(jī)效率就是指發(fā)電機(jī)組通過柴油機(jī)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(jī))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(jī)組在運(yùn)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(jī)的壽命,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)效率降低;同時由于惡劣環(huán)境的影響,會造成發(fā)電機(jī)效率更進(jìn)一步的降低。

 

一、發(fā)電機(jī)的基本參數(shù)

 

1、發(fā)電機(jī)滿足的標(biāo)準(zhǔn)

      各個國家都有自己的相關(guān)的發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn),斯坦福發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)、數(shù)據(jù)中心等相關(guān)要求

2、發(fā)電機(jī)的容量(功率)

      不同的發(fā)電機(jī)型號(即機(jī)座號,如圖1所示)對應(yīng)著不同的功率,用戶往往按照其負(fù)載的總功率來選擇發(fā)電機(jī)的功率,用戶應(yīng)全面了解其使用負(fù)載的性質(zhì),大小,對特殊的負(fù)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(jī)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(jī)給出以下三種功率:

(1)持續(xù)最大陸用功率:

      陸用機(jī)型外觀和結(jié)構(gòu)如圖2所示。指陸用發(fā)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行的最大功率,所有發(fā)電機(jī)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(yùn)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(jī)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。

 

斯坦福發(fā)電機(jī)型號和機(jī)座尺寸.png

圖1  斯坦福發(fā)電機(jī)型號和機(jī)座尺寸

發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)示例圖.png

圖2  發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)作為主電源來使用的,發(fā)電機(jī)的電壓頻率應(yīng)由其負(fù)載的狀況來決定,或根據(jù)負(fù)載選擇發(fā)電機(jī),或根據(jù)發(fā)電機(jī)來選擇負(fù)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(jī)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(jī)極對數(shù)。

4、發(fā)電效率

      發(fā)電機(jī)的效率是指輸出的千瓦數(shù)(電能)于輸入發(fā)電機(jī)的機(jī)械功之比

      即:效率=(發(fā)電機(jī)出線端輸出功率)/輸入發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率

       故柴油機(jī)輸入到發(fā)電機(jī)軸上的功率應(yīng)大于等于發(fā)電機(jī)的輸入功率,此輸入功率除柴油機(jī)與發(fā)電機(jī)的連接效率,就應(yīng)該為柴油機(jī)的輸出功率最小值。發(fā)電機(jī)的效率在不同電壓和負(fù)載下不同,具體可參見效率曲線圖3和性能萬向圖4。

 

發(fā)電機(jī)效率曲線圖.png

圖3  發(fā)電機(jī)效率曲線圖

發(fā)電機(jī)性能萬向圖.png

圖4  發(fā)電機(jī)性能萬向圖

 

5、溫升

      由于發(fā)電機(jī)的繞組電阻產(chǎn)生銅耗,鐵心中鐵耗和其他機(jī)械磨損等原因,發(fā)電機(jī)在工作時會產(chǎn)生熱量,引起發(fā)電機(jī)繞組的溫度升高,從而引起發(fā)電機(jī)繞組的絕緣老化或損壞。

      康明斯定義發(fā)電機(jī)的繞組溫度的升高值(相對值)為發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)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(yùn)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(xì)選擇發(fā)電機(jī)的絕緣和浸漆系統(tǒng),以使發(fā)電機(jī)適應(yīng)熱帶的氣候。

(3)所有的斯坦福發(fā)電機(jī)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(jī)是靠風(fēng)扇進(jìn)行空氣冷卻的,故發(fā)電機(jī)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(jī)降功率使用,以避免發(fā)電機(jī)過熱。但這并不表示海拔低于1000米時,發(fā)電機(jī)功率可以增加。

      對超過1000米時,發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)而言,環(huán)境溫度應(yīng)該為發(fā)電機(jī)的進(jìn)風(fēng)溫度。由于發(fā)電機(jī)是與柴油機(jī)一起工作,柴油機(jī)發(fā)熱會使整個空間內(nèi)溫度超過40℃。實際運(yùn)行時發(fā)電機(jī)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(jī)應(yīng)該降功率運(yùn)行。

(2)對環(huán)境溫度而言,若其低于40℃,則發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)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

 

高海拔下柴油發(fā)電機(jī)功率降低曲線.png

圖5  高海拔下發(fā)電機(jī)功率降低曲線

高溫下柴油發(fā)電機(jī)功率降低曲線.png

圖6  高溫下發(fā)電機(jī)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(jī)的影響,但這都是獨立討論的。在實際運(yùn)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(jī)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(jī)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(jī)的影響,保證發(fā)電機(jī)的正常工作。斯坦福發(fā)電機(jī)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(jī)不運(yùn)行時接通加熱器,使發(fā)電機(jī)的機(jī)身溫度大于環(huán)境溫度約5K,運(yùn)行時切斷加熱器電源

② 防護(hù)等級:

      標(biāo)準(zhǔn)IP22為防垂直下滴的雨水進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部,斯坦福提供IP23防止垂直方向或60度的雨水不能進(jìn)入發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)效率高。異步發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)的區(qū)別是做發(fā)電機(jī)用的時候同步發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是和旋轉(zhuǎn)磁場同步運(yùn)轉(zhuǎn);異步發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速并且隨著負(fù)載的加重而降低。對于環(huán)境來說,發(fā)電機(jī)房內(nèi)的高溫、潮濕和空氣污染物是引起發(fā)電機(jī)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(jī)內(nèi)形成對地的漏電通路,引起發(fā)電機(jī)故障。機(jī)房內(nèi)溫度過高會使發(fā)電機(jī)組工作時產(chǎn)生的熱量難以散出,造成其輸出功率下降、機(jī)組過熱。所以機(jī)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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