康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

新闻主题	发电机的效率、参数及环境影响因素

 

摘要：发电机效率就是指发电机组通过柴油机将柴油燃烧所产生的热能转化为动能，再通过电球（如斯坦福电机）将动能转化为电能的过程中能源的转化效率。一般而言，柴油发电机组在运转的过程中会产生大量的摩擦，浪费能源的同时还会减少发电机的寿命，导致发电机效率降低；同时由于恶劣环境的影响，会造成发电机效率更进一步的降低。

 

一、发电机的基本参数

 

1、发电机满足的标准

      各个国家都有自己的相关的发电机标准，斯坦福发电机能够满足大多数的通用国际标准和一些国家的相关标准。

（1）陆用标准：

● IEC 34-1 国际电工技术协会标准；

● GB 755 中国旋转电机通用技术条件；

● BC 5000 英国标准；

● NEMA MG 1-22 北美标准；

● C.S.A C22-2 加拿大标准；

● UDE0530德国。

（2）船用标准：

● 英国劳氏船级社；

● 挪威船级社；

● 法国船级社；

● 德国劳氏船级社；

● 意大利船级社。

（3）其他相关要求：

      如军用、通讯、计算机、数据中心等相关要求

2、发电机的容量（功率)

      不同的发电机型号（即机座号，如图1所示）对应着不同的功率，用户往往按照其负载的总功率来选择发电机的功率，用户应全面了解其使用负载的性质，大小，对特殊的负载应独立考虑。一般康明斯会以视在功率的形式给出，康明斯发电机出厂一般都按额定功率因素为0.8系数计算原则。通常情况下，我们对每一种型号的发电机给出以下三种功率：

（1）持续最大陆用功率：

      陆用机型外观和结构如图2所示。指陆用发电机连续运行的最大功率，所有发电机的技术数据都以此为标准。

（2）备用功率：

      此功率比持续运行最大功率大，故温升会升高，性能变坏。他允许常时间输出，但这将会降低电机的使用寿命

（3）持续船用功率：

      船用功率比陆用的低，性能满足各种标准要求且比陆用更好。

 

图1  斯坦福发电机型号和机座尺寸

图2  发电机基本结构示例图

 

 

3、电压，频率，转速，相数

      在大多数情况下，发电机是作为备用或应急电源用，或与电网并网使用。故发电机的电压频率及相数应取决于各个不同国家区域的电网要求。对没有电网，用发电机作为主电源来使用的，发电机的电压频率应由其负载的状况来决定，或根据负载选择发电机，或根据发电机来选择负载的电压，频率等。

（1）频率：一般为50或60两种（工频）。

（2）相数：一般商业安装都为3相，单相可以从中取得。

（3）电压：电压根据具体来选择，斯坦福发电机能够提供并满足客户的电压要求。

① 低电压范围：从110~690V；

      从到5都有12个引出线头到接线柱，客户可以根据其不同接法而改变电压并可接成单相5以上为6个头引到接线柱，并可根据接法改变电压。

②中压范围：2400~4160V；

③高压范围：6000V~11KV。

（4）转速

      通常分为1500r/min和1800r/min两种。

（5）频率，转速，极数之间关系

F=（N×P） / 60

 

      其中：F为频率；N为转速RPM；P为发电机极对数。

4、发电效率

      发电机的效率是指输出的千瓦数（电能）于输入发电机的机械功之比

      即：效率=（发电机出线端输出功率）/输入发电机的机械功率

       故柴油机输入到发电机轴上的功率应大于等于发电机的输入功率，此输入功率除柴油机与发电机的连接效率，就应该为柴油机的输出功率最小值。发电机的效率在不同电压和负载下不同，具体可参见效率曲线图3和性能万向图4。

 

图3  发电机效率曲线图

图4  发电机性能万向图

 

5、温升

      由于发电机的绕组电阻产生铜耗，铁心中铁耗和其他机械磨损等原因，发电机在工作时会产生热量，引起发电机绕组的温度升高，从而引起发电机绕组的绝缘老化或损坏。

      康明斯定义发电机的绕组温度的升高值（相对值）为发电机的温升。基于环境温度为40℃时，各种绝缘等级的允许温升如表1所列。

表1    发电机绝缘等级的最大允许温升表

注：允许最大的温升环境温度40℃；所有的斯坦福发电机都采用H级的绝缘材料。

       绝缘等级与温升关系：以H级绝缘等级为例，用H级温升时，绕组寿命为20000小时或延长两倍；用B级温升时，绕组寿命延长6备；备用使用（H级温升+15度）时，绕组寿命缩短3倍。

 

二、运用环境

 

1、相对湿度

（1）湿度主要指空气中水分的含量，通常以相对湿度来表示。

（2）对于高湿度的地区，我们必须仔细选择发电机的绝缘和浸漆系统，以使发电机适应热带的气候。

（3）所有的斯坦福发电机均能适应热带气候。

2、海拔高度

      由于海拔高度超过1000米后，空气会变得稀薄，而发电机是靠风扇进行空气冷却的，故发电机的冷却效果将会变差，所以对超过1000米的海拔高度要求发电机降功率使用，以避免发电机过热。但这并不表示海拔低于1000米时，发电机功率可以增加。

      对超过1000米时，发电机的实际输出功率应乘以表2中的修正系数，功率下降曲线如图3所示。

表2    高海拔情况下发电机的修正系数表

3、环境温度

      按照国际通用的技术要求，一般定义发电机的使用环境温度为40℃，所有的设计及功率都按照这一环境温度而言。

（1）事实上，对发电机而言，环境温度应该为发电机的进风温度。由于发电机是与柴油机一起工作，柴油机发热会使整个空间内温度超过40℃。实际运行时发电机的环境温度不应该超过40℃，这一点非常重要。若实际使用环境温度超过40℃，那么发电机应该降功率运行。

（2）对环境温度而言，若其低于40℃，则发电机的功率可以比额定功率大。当环境温度超过40℃时发电机的功率修正系数如表5所列，功率下降曲线如图6所示。

表3    高温环境下发电机修正系数表

4、特殊气候及环境

      前面我们讨论了湿度，高度以及温度等对发电机的影响，但这都是独立讨论的。在实际运用时情况要复杂得多，并且另外一些因素也会影响发电机的正常工作。

（1）特殊环境的影响因素

      如下所列一些情况都会对发电机产生影响：

① 空气中含有其他气体为化学性质的腐蚀气体

②（在海边）有盐水（雾）

③ 灰尘或风沙

④ 雨水

（2）解决措施

      故我们必须全面考虑各种复杂的气候对发电机的影响，保证发电机的正常工作。斯坦福发电机推荐以下三种选项以适应不同的气候：

① 防冷凝加热器：

      用于空气中湿度较大且易发生冷凝的环境中，当发电机不运行时接通加热器，使发电机的机身温度大于环境温度约5K，运行时切断加热器电源

② 防护等级：

      标准IP22为防垂直下滴的雨水进入发电机内部，斯坦福提供IP23防止垂直方向或60度的雨水不能进入发电机内。

③ 空气过滤器：

      一些地方由于风沙比较大或空气中灰尘较多。

 

总结：

      众所周知，同步发电机转子带磁极，异步的不带，这样相当于靠磁极省下了励磁电能，所以同步发电机效率高。异步发电机与同步发电机的区别是做发电机用的时候同步发电机组的转子转速是和旋转磁场同步运转；异步发电机组的转速低于旋转磁场的转速并且随着负载的加重而降低。对于环境来说，发电机房内的高温、潮湿和空气污染物是引起发电机故障的最常见因素。粉尘、灰尘和其它空气污染物的积累会引起绝缘层的性能变坏，还会使转子轴承部分的摩擦力增大而发热。湿气以及空气污染物中的湿气极易在发电机内形成对地的漏电通路，引起发电机故障。机房内温度过高会使发电机组工作时产生的热量难以散出，造成其输出功率下降、机组过热。所以机房的防尘、防潮湿、通风降温就必须引起足够的重视。

 

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