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性能特点和作用说明 |
斯坦福交流同步发电机的标定功率和系数修正 |
为了达到交流发电机的预期寿命和性能，必须考虑影响已公布的基础等级的许多因素。以下因素必须正确地应用于公布的基准等级，以正确地选择 (提名) 合适的交流发电机。在整个交流发电机制造业务中，经常提到低压(LV)、中压(MV)和高压(HV)输出。一般来说， 低压指小于690V的标称电压，MV指1000V~4400V之间的标称电压，HV指4400V~13800V之间的标称电压。康明斯公司对斯坦福交流发电机的功率区分、系数修正以及等级测试要求进行了系统性的介绍。
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斯坦福交流发电机侧视图. |
斯坦福交流发电机等轴测图 |
一、发电机标定功率
斯坦福交流同步发电机（康明斯旗下品牌之一）的标定功率是指在额定转速下长期连续运转时输出的额定电功率，用PH 表示。斯坦福发电机的额定功率类别，通常用工作制类别表示。 GB755（idtIEC34-1）对旋转电机规定了 10 种工作制。 ISO8528-3（GB/T2820.3）规定，对 RIC 发动机驱动的发电机组用发电机，应规定持续定额（工作制 S1）或离散恒定负载定额（工作制 S10）。 S1 工作制——连续工作制：保持在恒定负载下运行至热稳定状态。 S10 工作制——离散恒定负载工作制：包括不多于 4 种离散负载值（或等效负载）的工作制。每一种负载的运行时间应足以使电机达到热稳定。在一个工作周期中的最小负载可为零（空载、 停机和断能）。
（1）发电机的标定功率
发电机的标定功率是指在标准环境状况下（大气压力、相对温度、环境温度）的 12h 连续运转功率（其中允许超负荷 10%运转 1h）。机组超过 12h 以上连续使用时，其输出功率为按柴油机标定功率的 90%修正后折算的电功率。发电机的功率类别是综合考虑配套件的功率类别并结合实际使用情况来规定的。ISO8528-1 规定机组的功率类别是： （1）持续功率（COP）； （2）基本功率（PRP）；
（2） 限时运行功率（LTP）。
对于同一台发电机组，额定功率类别不同，其大小也不同。所有国家标准以及 ISO8528-5
二、功率修正系数的调整
1、环境的温度调整
环境温度过高会导致交流发电机中的工作温度过高。为了保持机器的热额定值 ，必须降低kVA的输出额定值。连续额定工业用交流发电机的标准温度为40°C 。如果环境温度低于40°C，则可以提高额定值。最大允许的环境温度为60ºC。如果冷却空气温度 高于60ºC，请进行指导。
2、海拔高度修正系数
空气在高海拔地区空气密度降低。较低密度的空气降低了交流发电机的传热特性，导致温度升高。为了保持机器的设计热额定值，必须限制交流发电机的额定值。在海拔1000米(3300英尺)时，空气密度的变化不足以从根本上改变空气的热传递特性。在1000masl以上，低密度空气冷却交流发电机内部部件的有效性充分降低。为了防止因减少冷却而过高，输出额定值必须降低。国际公认的减压系数是基于超过1000masl每500米3%的减速，海拔高度为4000masl。
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海拔高度
|
修正系数
|
|
1000米
|
1.00
|
|
1500米
|
0.97
|
|
2000米
|
0.94
|
|
2500米
|
0.91
|
|
3000米
|
0.88
|
|
3500米
|
0.85
|
|
4000米
|
0.82
|
|
4500米
|
0.79
|
注意：尽管应用了减速因子，但有必要进一步考虑在高海拔1000至4000masl之间使用高压发电机。
3、功率因子调整
功率因数是一种识别完成工作所需的主动实际功率(kWe)和所消耗的表视功率(kVA)之间的电关系的方法。这种差异是由于施加于交流发电机上的电气负载的电气特性造成的。功率因数基本上是对电流波形相对于电压波形的定时-相位角差的测量。这个想法是确定提供的电力(kVA)是如何有效地与实际完成的工作(kWe)相关的。当功率因数更接近统一时，功率被更有效地利用。交流发电机的额定功率符合行业标准，设计为在0pf和1.0pf(单位)之间安全运行，因为大多数电气负载具有这些感应功率因数特性。这是一个交流发电机的最佳工作性能的区域。当为功率因数低于0.8滞后的负载供电时，交流发电机的绕组将运行得更热。因此，需要降低交流发电机的kVA输出额定值，以保持绕组中正确的工作温度。下表提供了不同滞后功率因数必须应用于交流发电机kVA输出额定值的减乘系数：
|
功率因素COSΦ
|
功率系数
|
|
0.8
|
1.00
|
|
0.7
|
0.95
|
|
0.6
|
0.91
|
|
0.5
|
0.88
|
|
0.4
|
0.86
|
|
0.3
|
0.85
|
|
0.2
|
0.84
|
|
0.1
|
0.84
|
|
0
|
0.84
|
领先(电容式)功率因数负载会导致交流发电机的输出端电压升高。这种影响对AVR的控制，可能对连接的负载造成损坏。可由交流发电机支持的电容性负载是有限的，并因设计而异。康明斯公司应用工程部提供适当的性能曲线，称为“工作曲线”或“能力曲线”。此图表或曲线可用于确定交流发电机的最大输出功率。由于上述原因，当系统由发电机组供电时，应尽可能断开，除非考虑了所有条件下负载的真实工作功率因数。
三、性能测试
1、基础功率连续的测试
表1中的额定乘系数是H级绝缘的低压交流发电机。这些单乘因子将用于H类、F类、B 类和E类的温度上升等级。该表是基于40ºC每5ºC的等级调整3%。该表可用于斯坦福S0/S1至S7/LV系列交流发电机：
表1
|
温升（℉）
|
温升（℃）
|
功率系数
|
|
50
|
10
|
1.09
|
|
64
|
18
|
1.06
|
|
80
|
27
|
1.03
|
|
104
|
40
|
1.00
|
|
113
|
45
|
0.97
|
|
122
|
50
|
0.94
|
|
131
|
55
|
0.91
|
|
140
|
60
|
0.88
|
表2中的额定值倍增系数为基本连续等级绝缘等级的LV/MV/HV交流发电机；H级和F级。这些乘 系数用于H类、F类、B类和E类的升温等级。该表是基于40ºC每一个5ºC的等级调整。该表可用 于斯坦福S9、P80和AvK交流发电机
表2
|
温升
|
H类
|
F类
|
B类
|
E类
|
|
°C
|
Vtc
|
Vtc
|
Vtc
|
Vtc
|
|
15
|
1.095
|
1.113
|
1.146
|
1.155
|
|
20
|
1.076
|
1.090
|
1.117
|
1.124
|
|
25
|
1.057
|
1.068
|
1.088
|
1.093
|
|
30
|
1.038
|
1.045
|
1.058
|
1.062
|
|
35
|
1.019
|
1.023
|
1.029
|
1.031
|
|
40
|
1.000
|
1.000
|
1.000
|
1.000
|
|
45
|
0.970
|
0.965
|
0.955
|
0.952
|
|
50
|
0.940
|
0.930
|
0.910
|
0.905
|
|
55
|
0.910
|
0.895
|
0.865
|
0.857
|
|
60
|
0.880
|
0.860
|
0.820
|
0.809
|
如果交流发电机已通过CAMOS工具配置，符合适当的应用规范，那么适用于该应用的冷却空气入口温度的所有环境等级因素将已经应用。因此，不需要进一步的等级调整。
2、最大功率测试
表3表格中的额定值倍增系数为绝缘等级的峰值备用等级下的LV/MV/HV交流发电机；H级和F级。这些乘系数将用于40C和27C环境温度下的备用等级和40C和27C环境温度下的F级。表3是基于来自40ºC的每个5ºC的x%的等级调整，适用于所有斯坦福和AvK品牌的交流发电机。
|
温升℃
|
H级温升（功率系数）
|
F级温升（功率系数）
|
|
15
|
1.080
|
1.095
|
|
20
|
1.064
|
1.076
|
|
25
|
1.048
|
1.057
|
|
30
|
1.032
|
1.038
|
|
35
|
1.016
|
1.019
|
|
40
|
1.000
|
1.000
|
|
45
|
0.975
|
0.970
|
|
50
|
0.949
|
0.940
|
|
55
|
0.924
|
0.910
|
|
60
|
0.898
|
0.880
|
3、绝类和温升测试
IEC60085提供了交流发电机制造商可用于设计交流发电机的绝缘系统的绝缘等级选项的详细信息。下表说明了行业标准中提供的每个绝缘系统等级的允许温升。铜定子绕组的实际温度为°C(升高)中的最大允许温度。这个“上升”值是基于40°C的环境温度，这是所有工业使用的交流发电机的行业标准。对于基础连续额定值，还有一个裕量或安全因素，称为“热点”，通常是10°C或15°C。这三个温度值加在一起，给出了交流发电机绝缘系统的“总温度”：
温度上升+环境温度+热点允许量=总温度
|
机器绝缘等级
|
A
|
E
|
B
|
F
|
H
|
|
基于40°C的环境温度加上绝缘系统标准寿命周期的热点允许量，°C的最大允许温升。
|
60
|
75
|
80
|
105
|
125
|
注：用数学计算出的绝缘系统的“半衰期”数字是在指定的温升值下的20,000小时，用于连续运行和在40°C环境下。如果现场条件是可接受的标准，并且所施加的负载在额定值范围内，那么绝缘系统中的绝缘材料的实际寿命将会长得多。
4、绝缘等级测试
交流发电机可在不同的温升额定下运行的基础连续额定和备用额定。选择交流发电机的温升额定值可以缩短或延长交流发电机的绝缘系统的使用寿命。表4说明了H类绝缘系统计算出的半衰期——实际使用寿命取决于现场和应用条件。
表4
|
H类绝缘系统
|
|||
|
温升额定值
|
等级
乘数
|
温升/环境 °C
|
已计算
半衰期
小时
|
|
峰值备用27°C
|
1.09
|
163/27
|
3500
|
|
峰值备用40°C
|
1.06
|
150/40
|
3500
|
|
H类(连续基准速率)
|
1.00
|
125/40
|
20000
|
|
F类(主功率)
|
0 916
|
105/40
|
120000
|
|
B类(公用事业并行)
|
0.80
|
80/40
|
640000
|
5、湿度要求
过湿导致绕组凝结，会导致交流发电机绝缘系统过早失效。如果在这些条件下打开交流发电机，交流发电机的绕组很可能发生灾难性的故障。一个防冷凝加热器是提供作为一个可选的额外的高湿度条件。防冷凝加热器需要一个单独的电源。当交流发电机静止不动时，该加热器应与其他措施一起使用，如发电机组外壳中的空间加热器一起使用。发电机组运行，必须自动断开抗凝加热器。抗冷凝加热器的设计是为了保持机器的干燥，而且它不能干燥已经被冷凝而饱和的交流发电机。
6、外壳保护
外壳保护被标识为字母IP后面的两个数字。例如IP23，并指示机器对固体物体和液体的有害进入的保护程度。第一个数字表示对固体的保护程度，第二个数字表示对液体的保护程度。第三个数字提供了防止机械冲击的保护，但这在旋转机器行业中通常没有显示出来。保护程度并不意味着或意味着某一特定产品是耐腐蚀的。它只是表示防止固体和液体进入机器的保护水平。例如，在生成集行业中使用或要求的最常用的代码是IP22、IP23、IP44和IP54。要解释每个定义的含义，请从表中选择一个定义。
|
第一个号码
|
试验
|
第二个号码
|
试验
|
|
2
|
防固体保护
物体高达12毫米e。g.
手指
|
2
|
防止垂直喷洒高达15º的水
|
|
3
|
防止超过2.5mme的固体物体。g.工具和电线
|
3
|
防止喷雾从垂直方向喷到60º。
|
|
4
|
防止超过1毫米e的固体物体。g.工具、电线和小电线
|
4
|
防止从四面八方喷洒的水，允许限制进入
|
|
5
|
防止防尘进入，无有害沉积物
|
5
|
防止低压喷射的水e。g.用于甲板，允许进入
|
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