康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

新闻主题	柴油发电机组与电动机的匹配数据分析

 

摘要：对于柴油发电机组容量的选择，有些设计人员往往采用估算法，很少检验发电机启动时是否满足瞬时压降、最大峰值电流及最大峰值功率等要求。在我们实际应用中，经常会碰到大功率电动机选型备用柴油发电机组的案例：如消防泵，矿下排水泵等。而在以前的设计中经常会出现大马拉小车的现象，或者出现选型中要求小发动机配大发电机现象。康明斯公司在本文中通过计算比较，指出哪种电动机的启动顺序方式对发电机的启动更为有利。

 

一、容量选择

 

1、选型设计主要考虑因素

      为了帮助设计师设计出最经济实用的柴油发电机组选型方案， 康明斯公司将向大家介绍，大功率电动机选型备用发电机组设计中需要考虑的因素。

（1）了解允许的电压降和频率降

      众所周知，电动机直接启动时都会有3～10倍的启动电流，即电动机启动时发电机组将承担3～10倍电动机正常运行时的负载。进行发电机组选型时就需要选择发电机组启动容量大于电动机启动时的负载。考察发电机组启动容量SKVA，与电动机或电动机系统允许的电压降有关。发电机电压降与频率降有关。因此获得电动机运行时允许的电压降和频率降是设计师开始设计时需要了解的第一步。

      以康明斯发电机组为例，通常15%电压降下，低压机组的SKVA约为额定容量的2倍，高压机组的SKVA约为额定容量的70%。电压降要求越小，其启动容量SKVA将会以极大的比率下降。

① 第一步

      根据负载之和初选发电机容量，并检验柴油发电机在负荷峰值电流冲击下的电压降，使其不超过允许值；

② 第二步

      校验柴油机的能力，即在负载峰值功率（与电动机有效启动容量相似的涵义）冲击下，柴油机不得熄火停转，而应使所拖动的发电机把负载电动机启动起来，也就是柴油机的功率必须大于负荷的峰值功率。

      完成第一步工作后，可求出负载峰值电流为负荷电流的多少倍，查图1的曲线，检验电压降，看看发电机能否满足要求。第二步工作，需计算出作用在柴油机轴上的峰值功率，并与柴油机制动功率比较。

（2）发电机组电压的选择

      从发电机特性来看，在相同电压降下，中压（10KV）发电机启动容量 SKVA较低压（400V）发电机启动容量SKVA要小得多。因此确定备用柴油发电机组电压，将成为设计师开始设计时，需要做出的又一重要特性选择。

（3）启动方式的选择

      电动机启动电流与启动方式息息相关，不同启动方式，启动电流差别较大。通常的启动方式有：直接启动、星形三角形启动，降压启动、软启动和变频启动。对比曲线如图2所示。

      直接启动方式电动机的启动电流最大，星形三角形启动启动电流约为直接启动启动电流的1/3；降压启动启动电流与启动电压有关，与直接启动相比，其启动电流比为降压电压的平方与直接启动电压的平方之比（I1/I2=U12/U22）；不同软启动有不同的软启动电流，通常为运行额定电流的1～3倍。变频启动的启动电流最小。

      希望设计师在进行大功率电动机的备用柴油发电机组选型时根据电动机的直接启动电流大小及发电机在此电压降要求下的SKVA值选择合适的启动方式。

（4）电动机效率的选择

      电动机效率也是在备用柴发时的重要技术参数。电动机驱动是将电能转化为机械能。因此能量转换效率也直接影响了备用柴发选型时的功率大小。

 

图1 柴油发电机最大峰值电流与瞬时压降关系图

电动机软启动与硬启动特性曲线

 

 

 2、选型设计技术参数

      综上所述，设计师在设计前需要了解相关技术参数及应用情况。下面将康明斯柴油发电机组相关技术参数列表，整理如下供参考：

表1  柴油发电机组选型应用数据表

 

 

二、选型校验表

 

      现以康明斯（Cummins）柴油发电机为例（该柴油发电机允许端电压瞬时压降为20%）说明这一过程。

      选一台康明斯柴油发电机，为功率分别为15kW、27kW、27kW、27kW、45kW、55kW、95kW 的异步电动机供电，按三种启动次序启动，表2为按电动机的功率由小到大次序方式启动，表3按电动机功率由大到小次序方式启动，表4为按电动机启动电流由大到小次序方式启动。根据负荷电流初选主发电机功率为360kW。

      下面分别按表1～3的计算结果进行校验：

（1）在表1中

      最大峰值电流为731.1A，最大峰值功率为411.3kW，初选机组CV360的长期持续电流（即额定电流）684A，峰值电流为发电机额定电流731.1/684=1.07倍。可求得发电机瞬时端电压降为额定电压的16%。此机组柴油机的制动功率为360×1.1=396（kW）（柴油机制动功率按发电机主发电功率千瓦数的1.1倍配备），不满足发电机峰值功率411.3kW的要求。

（2）在表2中

      最大峰值电流为778.4A，最大峰值功率388.2kW，检验计算方法同上，可求得发电机瞬时端电压降为额定电压的17%，机组柴油机的制动功率396kW，满足发电机峰值功率388.3kW 的要求。

（3）在表3中

      最大峰值电流为636.4A，最大峰值功率386.3kW，检验计算方法同上，可求得发电机瞬时端电压降为额定电压的14%，机组柴油机的制动功率396kW，满足发电机峰值功率386.3kW 的要求。

      经比较，电动机按表2启动顺序方式虽满足发电机的瞬时电压降（20%）要求，但不满足发电机峰值功率要求，而电动机按表3或表4启动顺序方式不但满足持续负荷要求，也同时满足电压降及功率峰值的要求。但表4的最大峰值电流及最大峰值功率为最小，这对发电机的启动更为有利。

 

表2   按电动机的功率由小到大次序方式启动

注：（1）电动机效率均按0.8，功率因数运行时按0.8.启动时按0.38计算.以下均同。
       （2）星-三角启动电流按负荷电流的2倍计算，直接启动电流按负荷电流的6倍计算，以下均同。

表3   按电动机功率由大到小次序方式启动

表4   按电动机启动电流由大到小次序方式启动

 

三、选型注意事项

 

      在高层建筑中，电动机容量比较大的是消防泵电机。因此，柴油发电机容量主要由消防泵电机容量及启动方式决定。为此，在满足要求的前提下，为了减少初投资及运行费用，应尽量减小柴油发电机组的容量，宜做以下几方面的工作：

1、与消防给排水专业协商，在满足消防用水的前提下，尽量减少消防水泵的电机容量。

2、对功率较大的异步电动机采用“Y—△”启动器等降压启动措施。

3、应尽可能调整启动顺序。首先启动大容量或启动电流大的异步电动机，然后再按顺序启动容量较小或启动电流较小的异步电动机，最后接入无冲击性的其他负荷。

4、启动时间错开，避免电动机同时启动。e.当发电机组除接带消防负荷外，平时又要接入其他非消防重要负荷时，应考虑两者不得同时运行，两者要进行比较，择其容量大者作为所选柴油发电机的容量。

5、当建筑规模较大、消防设备较多时，特别对于多栋建筑群及小区的各种消防设备，要进行分析，哪些消防设备在火灾时可能同时运行，择其最有可能同时运行且容量较大者作为所选柴油发电机的容量。

 

KTA38系列康明斯发电机组侧面外观图

KTA38系列康明斯发电机组后视图及参数

 

总结：

      同样功率的用电器，由于用电器的类型不同，启动电流差异很大，对发电机功率的需求不同。所以用户在选购产品时，应先计算好多大功率的发电机能满足正常使用。另外，由于柴油发电机的实际输出功率会受海拔高度、温度、环境湿度等因素影响。在海拔高度、温度、环境湿度增加的情况下，柴油发电机的功率会有不同比例的下降，请参阅发电机的有关资料，在核算柴油发电机的使用功率时请考虑进去，再进行选购才能避免使用功率不足。 

 

 

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