新聞主題	柴油發(fā)電機組與電動(dòng)機的匹配數據分析

 

摘要：對于柴油發(fā)電機組容量的選擇，有些設計人員往往采用估算法，很少檢驗發(fā)電機啟動(dòng)時(shí)是否滿(mǎn)足瞬時(shí)壓降、最大峰值電流及最大峰值功率等要求。在我們實(shí)際應用中，經(jīng)常會(huì )碰到大功率電動(dòng)機選型備用柴油發(fā)電機組的案例：如消防泵，礦下排水泵等。而在以前的設計中經(jīng)常會(huì )出現大馬拉小車(chē)的現象，或者出現選型中要求小發(fā)動(dòng)機配大發(fā)電機現象?？得魉构驹诒疚闹型ㄟ^(guò)計算比較，指出哪種電動(dòng)機的啟動(dòng)順序方式對發(fā)電機的啟動(dòng)更為有利。

 

一、容量選擇

 

1、選型設計主要考慮因素

      為了幫助設計師設計出最經(jīng)濟實(shí)用的柴油發(fā)電機組選型方案， 康明斯公司將向大家介紹，大功率電動(dòng)機選型備用發(fā)電機組設計中需要考慮的因素。

（1）了解允許的電壓降和頻率降

      眾所周知，電動(dòng)機直接啟動(dòng)時(shí)都會(huì )有3～10倍的啟動(dòng)電流，即電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)發(fā)電機組將承擔3～10倍電動(dòng)機正常運行時(shí)的負載。進(jìn)行發(fā)電機組選型時(shí)就需要選擇發(fā)電機組啟動(dòng)容量大于電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)的負載。考察發(fā)電機組啟動(dòng)容量SKVA，與電動(dòng)機或電動(dòng)機系統允許的電壓降有關(guān)。發(fā)電機電壓降與頻率降有關(guān)。因此獲得電動(dòng)機運行時(shí)允許的電壓降和頻率降是設計師開(kāi)始設計時(shí)需要了解的第一步。

      以康明斯發(fā)電機組為例，通常15%電壓降下，低壓機組的SKVA約為額定容量的2倍，高壓機組的SKVA約為額定容量的70%。電壓降要求越小，其啟動(dòng)容量SKVA將會(huì )以極大的比率下降。

① 第一步

      根據負載之和初選發(fā)電機容量，并檢驗柴油發(fā)電機在負荷峰值電流沖擊下的電壓降，使其不超過(guò)允許值；

② 第二步

      校驗柴油機的能力，即在負載峰值功率（與電動(dòng)機有效啟動(dòng)容量相似的涵義）沖擊下，柴油機不得熄火停轉，而應使所拖動(dòng)的發(fā)電機把負載電動(dòng)機啟動(dòng)起來(lái)，也就是柴油機的功率必須大于負荷的峰值功率。

      完成第一步工作后，可求出負載峰值電流為負荷電流的多少倍，查圖1的曲線(xiàn)，檢驗電壓降，看看發(fā)電機能否滿(mǎn)足要求。第二步工作，需計算出作用在柴油機軸上的峰值功率，并與柴油機制動(dòng)功率比較。

（2）發(fā)電機組電壓的選擇

      從發(fā)電機特性來(lái)看，在相同電壓降下，中壓（10KV）發(fā)電機啟動(dòng)容量 SKVA較低壓（400V）發(fā)電機啟動(dòng)容量SKVA要小得多。因此確定備用柴油發(fā)電機組電壓，將成為設計師開(kāi)始設計時(shí)，需要做出的又一重要特性選擇。

（3）啟動(dòng)方式的選擇

      電動(dòng)機啟動(dòng)電流與啟動(dòng)方式息息相關(guān)，不同啟動(dòng)方式，啟動(dòng)電流差別較大。通常的啟動(dòng)方式有：直接啟動(dòng)、星形三角形啟動(dòng)，降壓?jiǎn)?dòng)、軟啟動(dòng)和變頻啟動(dòng)。對比曲線(xiàn)如圖2所示。

      直接啟動(dòng)方式電動(dòng)機的啟動(dòng)電流最大，星形三角形啟動(dòng)啟動(dòng)電流約為直接啟動(dòng)啟動(dòng)電流的1/3；降壓?jiǎn)?dòng)啟動(dòng)電流與啟動(dòng)電壓有關(guān)，與直接啟動(dòng)相比，其啟動(dòng)電流比為降壓電壓的平方與直接啟動(dòng)電壓的平方之比（I1/I2=U12/U22）；不同軟啟動(dòng)有不同的軟啟動(dòng)電流，通常為運行額定電流的1～3倍。變頻啟動(dòng)的啟動(dòng)電流最小。

      希望設計師在進(jìn)行大功率電動(dòng)機的備用柴油發(fā)電機組選型時(shí)根據電動(dòng)機的直接啟動(dòng)電流大小及發(fā)電機在此電壓降要求下的SKVA值選擇合適的啟動(dòng)方式。

（4）電動(dòng)機效率的選擇

      電動(dòng)機效率也是在備用柴發(fā)時(shí)的重要技術(shù)參數。電動(dòng)機驅動(dòng)是將電能轉化為機械能。因此能量轉換效率也直接影響了備用柴發(fā)選型時(shí)的功率大小。

 

圖1 柴油發(fā)電機最大峰值電流與瞬時(shí)壓降關(guān)系圖

電動(dòng)機軟啟動(dòng)與硬啟動(dòng)特性曲線(xiàn)

 

 

 2、選型設計技術(shù)參數

      綜上所述，設計師在設計前需要了解相關(guān)技術(shù)參數及應用情況。下面將康明斯柴油發(fā)電機組相關(guān)技術(shù)參數列表，整理如下供參考：

表1  柴油發(fā)電機組選型應用數據表

 

 

二、選型校驗表

 

      現以康明斯（Cummins）柴油發(fā)電機為例（該柴油發(fā)電機允許端電壓瞬時(shí)壓降為20%）說(shuō)明這一過(guò)程。

      選一臺康明斯柴油發(fā)電機，為功率分別為15kW、27kW、27kW、27kW、45kW、55kW、95kW 的異步電動(dòng)機供電，按三種啟動(dòng)次序啟動(dòng)，表2為按電動(dòng)機的功率由小到大次序方式啟動(dòng)，表3按電動(dòng)機功率由大到小次序方式啟動(dòng)，表4為按電動(dòng)機啟動(dòng)電流由大到小次序方式啟動(dòng)。根據負荷電流初選主發(fā)電機功率為360kW。

      下面分別按表1～3的計算結果進(jìn)行校驗：

（1）在表1中

      最大峰值電流為731.1A，最大峰值功率為411.3kW，初選機組CV360的長(cháng)期持續電流（即額定電流）684A，峰值電流為發(fā)電機額定電流731.1/684=1.07倍?？汕蟮冒l(fā)電機瞬時(shí)端電壓降為額定電壓的16%。此機組柴油機的制動(dòng)功率為360×1.1=396（kW）（柴油機制動(dòng)功率按發(fā)電機主發(fā)電功率千瓦數的1.1倍配備），不滿(mǎn)足發(fā)電機峰值功率411.3kW的要求。

（2）在表2中

      最大峰值電流為778.4A，最大峰值功率388.2kW，檢驗計算方法同上，可求得發(fā)電機瞬時(shí)端電壓降為額定電壓的17%，機組柴油機的制動(dòng)功率396kW，滿(mǎn)足發(fā)電機峰值功率388.3kW 的要求。

（3）在表3中

      最大峰值電流為636.4A，最大峰值功率386.3kW，檢驗計算方法同上，可求得發(fā)電機瞬時(shí)端電壓降為額定電壓的14%，機組柴油機的制動(dòng)功率396kW，滿(mǎn)足發(fā)電機峰值功率386.3kW 的要求。

      經(jīng)比較，電動(dòng)機按表2啟動(dòng)順序方式雖滿(mǎn)足發(fā)電機的瞬時(shí)電壓降（20%）要求，但不滿(mǎn)足發(fā)電機峰值功率要求，而電動(dòng)機按表3或表4啟動(dòng)順序方式不但滿(mǎn)足持續負荷要求，也同時(shí)滿(mǎn)足電壓降及功率峰值的要求。但表4的最大峰值電流及最大峰值功率為最小，這對發(fā)電機的啟動(dòng)更為有利。

 

表2   按電動(dòng)機的功率由小到大次序方式啟動(dòng)

注：（1）電動(dòng)機效率均按0.8，功率因數運行時(shí)按0.8.啟動(dòng)時(shí)按0.38計算.以下均同。
       （2）星-三角啟動(dòng)電流按負荷電流的2倍計算，直接啟動(dòng)電流按負荷電流的6倍計算，以下均同。

表3   按電動(dòng)機功率由大到小次序方式啟動(dòng)

表4   按電動(dòng)機啟動(dòng)電流由大到小次序方式啟動(dòng)

 

三、選型注意事項

 

      在高層建筑中，電動(dòng)機容量比較大的是消防泵電機。因此，柴油發(fā)電機容量主要由消防泵電機容量及啟動(dòng)方式?jīng)Q定。為此，在滿(mǎn)足要求的前提下，為了減少初投資及運行費用，應盡量減小柴油發(fā)電機組的容量，宜做以下幾方面的工作：

1、與消防給排水專(zhuān)業(yè)協(xié)商，在滿(mǎn)足消防用水的前提下，盡量減少消防水泵的電機容量。

2、對功率較大的異步電動(dòng)機采用“Y—△”啟動(dòng)器等降壓?jiǎn)?dòng)措施。

3、應盡可能調整啟動(dòng)順序。首先啟動(dòng)大容量或啟動(dòng)電流大的異步電動(dòng)機，然后再按順序啟動(dòng)容量較小或啟動(dòng)電流較小的異步電動(dòng)機，最后接入無(wú)沖擊性的其他負荷。

4、啟動(dòng)時(shí)間錯開(kāi)，避免電動(dòng)機同時(shí)啟動(dòng)。e.當發(fā)電機組除接帶消防負荷外，平時(shí)又要接入其他非消防重要負荷時(shí)，應考慮兩者不得同時(shí)運行，兩者要進(jìn)行比較，擇其容量大者作為所選柴油發(fā)電機的容量。

5、當建筑規模較大、消防設備較多時(shí)，特別對于多棟建筑群及小區的各種消防設備，要進(jìn)行分析，哪些消防設備在火災時(shí)可能同時(shí)運行，擇其最有可能同時(shí)運行且容量較大者作為所選柴油發(fā)電機的容量。

 

KTA38系列康明斯發(fā)電機組側面外觀(guān)圖

KTA38系列康明斯發(fā)電機組后視圖及參數

 

總結：

      同樣功率的用電器，由于用電器的類(lèi)型不同，啟動(dòng)電流差異很大，對發(fā)電機功率的需求不同。所以用戶(hù)在選購產(chǎn)品時(shí)，應先計算好多大功率的發(fā)電機能滿(mǎn)足正常使用。另外，由于柴油發(fā)電機的實(shí)際輸出功率會(huì )受海拔高度、溫度、環(huán)境濕度等因素影響。在海拔高度、溫度、環(huán)境濕度增加的情況下，柴油發(fā)電機的功率會(huì )有不同比例的下降，請參閱發(fā)電機的有關(guān)資料，在核算柴油發(fā)電機的使用功率時(shí)請考慮進(jìn)去，再進(jìn)行選購才能避免使用功率不足。 

 

 

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