新聞主題	發電機的效率、參數及環境影響因素

 

摘要：發電機效率就是指發電機組通過柴油機將柴油燃燒所產生的熱能轉化為動能，再通過電球（如斯坦福電機）將動能轉化為電能的過程中能源的轉化效率。一般而言，柴油發電機組在運轉的過程中會產生大量的摩擦，浪費能源的同時還會減少發電機的壽命，導致發電機效率降低；同時由于惡劣環境的影響，會造成發電機效率更進一步的降低。

 

一、發電機的基本參數

 

1、發電機滿足的標準

      各個國家都有自己的相關的發電機標準，斯坦福發電機能夠滿足大多數的通用國際標準和一些國家的相關標準。

（1）陸用標準：

● IEC 34-1 國際電工技術協會標準；

● GB 755 中國旋轉電機通用技術條件；

● 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）其他相關要求：

      如軍用、通訊、計算機、數據中心等相關要求

2、發電機的容量（功率)

      不同的發電機型號（即機座號，如圖1所示）對應著不同的功率，用戶往往按照其負載的總功率來選擇發電機的功率，用戶應全面了解其使用負載的性質，大小，對特殊的負載應獨立考慮。一般康明斯會以視在功率的形式給出，康明斯發電機出廠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：

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

（2）備用功率：

      此功率比持續運行最大功率大，故溫升會升高，性能變壞。他允許常時間輸出，但這將會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，性能滿足各種標準要求且比陸用更好。

 

圖1  斯坦福發電機型號和機座尺寸

圖2  發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，發電機是作為備用或應急電源用，或與電網并網使用。故發電機的電壓頻率及相數應取決于各個不同國家區域的電網要求。對沒有電網，用發電機作為主電源來使用的，發電機的電壓頻率應由其負載的狀況來決定，或根據負載選擇發電機，或根據發電機來選擇負載的電壓，頻率等。

（1）頻率：一般為50或60兩種（工頻）。

（2）相數：一般商業安裝都為3相，單相可以從中取得。

（3）電壓：電壓根據具體來選擇，斯坦福發電機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，極數之間關系

F=（N×P） / 60

 

      其中：F為頻率；N為轉速RPM；P為發電機極對數。

4、發電效率

      發電機的效率是指輸出的千瓦數（電能）于輸入發電機的機械功之比

      即：效率=（發電機出線端輸出功率）/輸入發電機的機械功率

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

 

圖3  發電機效率曲線圖

圖4  發電機性能萬向圖

 

5、溫升

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

      康明斯定義發電機的繞組溫度的升高值（相對值）為發電機的溫升。基于環境溫度為40℃時，各種絕緣等級的允許溫升如表1所列。

表1    發電機絕緣等級的最大允許溫升表

注：允許最大的溫升環境溫度40℃；所有的斯坦福發電機都采用H級的絕緣材料。

       絕緣等級與溫升關系：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、運用環境

 

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，我們必須仔細選擇發電機的絕緣和浸漆系統，以使發電機適應熱帶的氣候。

（3）所有的斯坦福發電機均能適應熱帶氣候。

2、海拔高度

      由于海拔高度超過1000米后，空氣會變得稀薄，而發電機是靠風扇進行空氣冷卻的，故發電機的冷卻效果將會變差，所以對超過1000米的海拔高度要求發電機降功率使用，以避免發電機過熱。但這并不表示海拔低于1000米時，發電機功率可以增加。

      對超過1000米時，發電機的實際輸出功率應乘以表2中的修正系數，功率下降曲線如圖3所示。

表2    高海拔情況下發電機的修正系數表

3、環境溫度

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

（1）事實上，對發電機而言，環境溫度應該為發電機的進風溫度。由于發電機是與柴油機一起工作，柴油機發熱會使整個空間內溫度超過40℃。實際運行時發電機的環境溫度不應該超過40℃，這一點非常重要。若實際使用環境溫度超過40℃，那么發電機應該降功率運行。

（2）對環境溫度而言，若其低于40℃，則發電機的功率可以比額定功率大。當環境溫度超過40℃時發電機的功率修正系數如表5所列，功率下降曲線如圖6所示。

表3    高溫環境下發電機修正系數表

4、特殊氣候及環境

      前面我們討論了濕度，高度以及溫度等對發電機的影響，但這都是獨立討論的。在實際運用時情況要復雜得多，并且另外一些因素也會影響發電機的正常工作。

（1）特殊環境的影響因素

      如下所列一些情況都會對發電機產生影響：

① 空氣中含有其他氣體為化學性質的腐蝕氣體

②（在海邊）有鹽水（霧）

③ 灰塵或風沙

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電機的影響，保證發電機的正常工作。斯坦福發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生冷凝的環境中，當發電機不運行時接通加熱器，使發電機的機身溫度大于環境溫度約5K，運行時切斷加熱器電源

② 防護等級：

      標準IP22為防垂直下滴的雨水進入發電機內部，斯坦福提供IP23防止垂直方向或60度的雨水不能進入發電機內。

③ 空氣過濾器：

      一些地方由于風沙比較大或空氣中灰塵較多。

 

總結：

      眾所周知，同步發電機轉子帶磁極，異步的不帶，這樣相當于靠磁極省下了勵磁電能，所以同步發電機效率高。異步發電機與同步發電機的區別是做發電機用的時候同步發電機組的轉子轉速是和旋轉磁場同步運轉；異步發電機組的轉速低于旋轉磁場的轉速并且隨著負載的加重而降低。對于環境來說，發電機房內的高溫、潮濕和空氣污染物是引起發電機故障的最常見因素。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，還會使轉子軸承部分的摩擦力增大而發熱。濕氣以及空氣污染物中的濕氣極易在發電機內形成對地的漏電通路，引起發電機故障。機房內溫度過高會使發電機組工作時產生的熱量難以散出，造成其輸出功率下降、機組過熱。所以機房的防塵、防潮濕、通風降溫就必須引起足夠的重視。

 

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