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。

 

圖1  斯坦福發(fā)電機(jī)型號和機(jī)座尺寸

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。

 

圖3  發(fā)電機(jī)效率曲線圖

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

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

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

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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