新聞主題	發(fā)電機的效率、參數及環(huán)境影響因素

 

摘要：發(fā)電機效率就是指發(fā)電機組通過(guò)柴油機將柴油燃燒所產(chǎn)生的熱能轉化為動(dòng)能，再通過(guò)電球（如斯坦福電機）將動(dòng)能轉化為電能的過(guò)程中能源的轉化效率。一般而言，柴油發(fā)電機組在運轉的過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的摩擦，浪費能源的同時(shí)還會(huì )減少發(fā)電機的壽命，導致發(fā)電機效率降低；同時(shí)由于惡劣環(huán)境的影響，會(huì )造成發(fā)電機效率更進(jìn)一步的降低。

 

一、發(fā)電機的基本參數

 

1、發(fā)電機滿(mǎn)足的標準

      各個(gè)國家都有自己的相關(guān)的發(fā)電機標準，斯坦福發(fā)電機能夠滿(mǎn)足大多數的通用國際標準和一些國家的相關(guān)標準。

（1）陸用標準：

● IEC 34-1 國際電工技術(shù)協(xié)會(huì )標準；

● GB 755 中國旋轉電機通用技術(shù)條件；

● BC 5000 英國標準；

● NEMA MG 1-22 北美標準；

● C.S.A C22-2 加拿大標準；

● UDE0530德國。

（2）船用標準：

● 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、數據中心等相關(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）對應著(zhù)不同的功率，用戶(hù)往往按照其負載的總功率來(lái)選擇發(fā)電機的功率，用戶(hù)應全面了解其使用負載的性質(zhì)，大小，對特殊的負載應獨立考慮。一般康明斯會(huì )以視在功率的形式給出，康明斯發(fā)電機出廠(chǎng)一般都按額定功率因素為0.8系數計算原則。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）持續最大陸用功率：

      陸用機型外觀(guān)和結構如圖2所示。指陸用發(fā)電機連續運行的最大功率，所有發(fā)電機的技術(shù)數據都以此為標準。

（2）備用功率：

      此功率比持續運行最大功率大，故溫升會(huì )升高，性能變壞。他允許常時(shí)間輸出，但這將會(huì )降低電機的使用壽命

（3）持續船用功率：

      船用功率比陸用的低，性能滿(mǎn)足各種標準要求且比陸用更好。

 

圖1  斯坦福發(fā)電機型號和機座尺寸

圖2  發(fā)電機基本結構示例圖

 

 

3、電壓，頻率，轉速，相數

      在大多數情況下，發(fā)電機是作為備用或應急電源用，或與電網(wǎng)并網(wǎng)使用。故發(fā)電機的電壓頻率及相數應取決于各個(gè)不同國家區域的電網(wǎng)要求。對沒(méi)有電網(wǎng)，用發(fā)電機作為主電源來(lái)使用的，發(fā)電機的電壓頻率應由其負載的狀況來(lái)決定，或根據負載選擇發(fā)電機，或根據發(fā)電機來(lái)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：一般商業(yè)安裝都為3相，單相可以從中取得。

（3）電壓：電壓根據具體來(lái)選擇，斯坦福發(fā)電機能夠提供并滿(mǎn)足客戶(hù)的電壓要求。

① 低電壓范圍：從110~690V；

      從到5都有12個(gè)引出線(xiàn)頭到接線(xiàn)柱，客戶(hù)可以根據其不同接法而改變電壓并可接成單相5以上為6個(gè)頭引到接線(xiàn)柱，并可根據接法改變電壓。

②中壓范圍：2400~4160V；

③高壓范圍：6000V~11KV。

（4）轉速

      通常分為1500r/min和1800r/min兩種。

（5）頻率，轉速，極數之間關(guān)系

F=（N×P） / 60

 

      其中：F為頻率；N為轉速RPM；P為發(fā)電機極對數。

4、發(fā)電效率

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

      即：效率=（發(fā)電機出線(xiàn)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(jiàn)效率曲線(xiàn)圖3和性能萬(wàn)向圖4。

 

圖3  發(fā)電機效率曲線(xiàn)圖

圖4  發(fā)電機性能萬(wàn)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(shí)會(huì )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(shí)，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

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(shí)，繞組壽命為20000小時(shí)或延長(cháng)兩倍；用B級溫升時(shí)，繞組壽命延長(cháng)6備；備用使用（H級溫升+15度）時(shí)，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(lái)表示。

（2）對于高濕度的地區，我們必須仔細選擇發(fā)電機的絕緣和浸漆系統，以使發(fā)電機適應熱帶的氣候。

（3）所有的斯坦福發(fā)電機均能適應熱帶氣候。

2、海拔高度

      由于海拔高度超過(guò)1000米后，空氣會(huì )變得稀薄，而發(fā)電機是靠風(fēng)扇進(jìn)行空氣冷卻的，故發(fā)電機的冷卻效果將會(huì )變差，所以對超過(guò)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(guò)熱。但這并不表示海拔低于1000米時(shí)，發(fā)電機功率可以增加。

      對超過(guò)1000米時(shí)，發(fā)電機的實(shí)際輸出功率應乘以表2中的修正系數，功率下降曲線(xiàn)如圖3所示。

表2    高海拔情況下發(fā)電機的修正系數表

3、環(huán)境溫度

      按照國際通用的技術(shù)要求，一般定義發(fā)電機的使用環(huán)境溫度為40℃，所有的設計及功率都按照這一環(huán)境溫度而言。

（1）事實(shí)上，對發(fā)電機而言，環(huán)境溫度應該為發(fā)電機的進(jìn)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(huì )使整個(gè)空間內溫度超過(guò)40℃。實(shí)際運行時(shí)發(fā)電機的環(huán)境溫度不應該超過(guò)40℃，這一點(diǎn)非常重要。若實(shí)際使用環(huán)境溫度超過(guò)40℃，那么發(fā)電機應該降功率運行。

（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。當環(huán)境溫度超過(guò)40℃時(shí)發(fā)電機的功率修正系數如表5所列，功率下降曲線(xiàn)如圖6所示。

表3    高溫環(huán)境下發(fā)電機修正系數表

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)電機的影響，但這都是獨立討論的。在實(shí)際運用時(shí)情況要復雜得多，并且另外一些因素也會(huì )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(huì )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雜的氣候對發(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，當發(fā)電機不運行時(shí)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(shí)切斷加熱器電源

② 防護等級：

      標準IP22為防垂直下滴的雨水進(jìn)入發(fā)電機內部，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)電機內。

③ 空氣過(guò)濾器：

      一些地方由于風(fēng)沙比較大或空氣中灰塵較多。

 

總結：

      眾所周知，同步發(fā)電機轉子帶磁極，異步的不帶，這樣相當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)電機的區別是做發(fā)電機用的時(shí)候同步發(fā)電機組的轉子轉速是和旋轉磁場(chǎng)同步運轉；異步發(fā)電機組的轉速低于旋轉磁場(chǎng)的轉速并且隨著(zhù)負載的加重而降低。對于環(huán)境來(lái)說(shuō)，發(fā)電機房?jì)鹊母邷?、潮濕和空氣污染物是引起發(fā)電機故障的最常見(jiàn)因素。粉塵、灰塵和其它空氣污染物的積累會(huì )引起絕緣層的性能變壞，還會(huì )使轉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)電機內形成對地的漏電通路，引起發(fā)電機故障。機房?jì)葴囟冗^(guò)高會(huì )使發(fā)電機組工作時(shí)產(chǎn)生的熱量難以散出，造成其輸出功率下降、機組過(guò)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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