新聞主題	康明斯發(fā)電機型號字母編號的代表含義和選擇

 

摘要：斯坦福發(fā)電機（Stamford）屬于康明斯公司旗下品牌之一，其憑借鋼絲纏繞技術(shù)以及從7.5到5000kVA的輸出，在連續或備用發(fā)電機組應用中提供卓越的效率。斯坦福交流發(fā)電機可選擇SAE適配器，以確保與各種主動(dòng)機保持輕松的耦合。康明斯發(fā)電機型號主要有經(jīng)典款的PI044、PI144、UCI224、UCI274、UCDI274、HCI444、HCI544、HCI634、LVI634、PI734、P80以及新款的S0、S1、S4、S5、S6、S7、S9系列，其中S系列所有斯坦福均采用CoreCooling™技術(shù)。

 

一、產(chǎn)品型號識別

 

1、自勵磁機型編號含義解讀

      以斯坦福發(fā)電機UCI224E14為例，如圖1所示。UC為發(fā)電機家族系列，I為陸用，22是軸的中心高度，4指4極機，E指鐵芯長(cháng)度，1指軸承數為1個(gè)，4指勵磁系統。

       UC系列特征：

● 波形失真（線(xiàn)性負載）小于3。

● 波形失真（非線(xiàn)性負載，12脈沖整流器）-8。

● 發(fā)動(dòng)機轉速取決于負載控制。

● 節省燃料的25%。

● 同時(shí)交直流輸出。

● 可編程輸出電壓和頻率。

2、永磁機型編號含義解讀

      以斯坦福發(fā)電機HCI646G1為例，如圖2所示。HC為發(fā)電機家族系列，I為陸用，6是機座號，4指4AVR型號數字縮寫(xiě)，G指鐵芯長(cháng)度，1指軸承數為1個(gè)。

      HC系列特征：

● 2/3的繞組節距抑制過(guò)多的中線(xiàn)電流。

● 單支點(diǎn)或雙支點(diǎn)結構。

● 易于安裝和維護。

● 標準免維護密封軸承。

● 標準IP23防護等級。

● 標準MX321AVR及永磁發(fā)電機勵磁使控制系統與輸出隔離。

● 三相感應檢測和±0.5%的電壓調整率。

 

圖1  斯坦福自勵磁發(fā)電機型號識別

圖2  斯坦福永磁發(fā)電機型號識別

 

 

二、發(fā)電機選型步驟

 

      選擇發(fā)電機的規格，常按以下的標準步驟來(lái)選擇：

1、計算所有的穩態(tài)負載（連續的）

（1）電動(dòng)機、機械設備及電氣設備（負載運行）

① 全部容量：估計所有同時(shí)連續運行的電動(dòng)機和其它任何電氣設備。

② 功率（電動(dòng)機）=馬力X0.746。

③ 電動(dòng)機輸入的容量=功率/（電動(dòng)機效率X電動(dòng)機功率因素）。

（2）加熱器或空調

       可能同時(shí)接入的全部加熱器的。例如：電氣房或熱水房，加熱用具；例如：烤箱，電飯鍋，或其它形式的電加熱器件。加熱器的功率因素為1kVA=kWatt 。

（3）照明

      估算可能同時(shí)接入的照明設備的全部，照明設備的功率因素為0.9至1.0。

注意：在此的照明設備是高效的負載：照明設備的功率因素通常為0.9，如果不是，假設功率因素為0.5。

2、計算所有降低功率的因素

（1）高海拔

      海拔（ASL）1000米以上每升高500米降低3%。

（2）功率因素

      功率因素影響性能萬(wàn)向圖如圖3所示。

 

圖3  功率因素對發(fā)電機功率的影響萬(wàn)向圖

 

① 滯后功率因素的負載

      滯后功率因素（感性）負載通常為：

● 電動(dòng)機和變壓器。

● 非線(xiàn)性負載。

● 照明設備（不是功率因素可調的）。

② 超前功率因素負載

      超前功率因素負載通常為（容性）：

● 功率因素調節器（電容）。

● 非線(xiàn)性負載過(guò)濾器（用于減小諧波電壓畸變（THD）。

● 照明設備（過(guò)調，對于PF調節）。

      對于低功率因素負載，發(fā)電機必須運行在安全的范圍內。這些范圍是通過(guò)發(fā)電機運行曲線(xiàn)來(lái)定義的每臺發(fā)電機的Xd值，決定發(fā)電機運行曲線(xiàn)上的安全區域。功率因素引起降低的曲線(xiàn)如圖4所示。

（3）溫度是指發(fā)電機進(jìn)氣口的環(huán)境溫度，通風(fēng)示意圖如圖5所示。

      請注意降低系數是累加的過(guò)程（如果有多過(guò)一個(gè)的降低因素），也許上述影響功率的因素會(huì )同時(shí)存在。

 

圖4  柴油發(fā)電機功率因素降容曲線(xiàn).

圖5  康明斯斯坦福發(fā)電機通風(fēng)流向

 

3、計算瞬態(tài)負載的要求

      當啟動(dòng)一臺電動(dòng)機，電壓下降的百分數將取決于電動(dòng)機的啟動(dòng)容量（或同時(shí)啟動(dòng)的電動(dòng)機的全部容量的總和）。

      最大允許下降值（一般情況）：25%電壓下降在發(fā)電機接線(xiàn)端，30%電壓下降在電動(dòng)機接線(xiàn)端。每臺發(fā)電機的電壓下降值，均可使用堵轉曲線(xiàn)來(lái)計算（每臺發(fā)電機均有相應的曲線(xiàn)）。這些曲線(xiàn)是基于發(fā)電機帶時(shí)間常數的瞬態(tài)電抗（X'd），和次瞬態(tài)電抗（X''d）（共同值Xg）。如圖6所示。

 

圖6  發(fā)電機瞬間沖擊負載曲線(xiàn)圖

 

（1）電動(dòng)機啟動(dòng)容量

      這是可能同時(shí)啟動(dòng)的電動(dòng)機的容量總和

① 直接啟動(dòng)（DOL)

● 電動(dòng)機在線(xiàn)電壓?jiǎn)?dòng)：啟動(dòng)電流為6至9X電動(dòng)機的滿(mǎn)載電流。

● 典型的電動(dòng)機啟動(dòng)電流：

      電動(dòng)機容量達250 kW：假定為7×額定容量。

      電動(dòng)機容量大于250 kW：假定為6×額定容量。

② 星形-三角形（SD)

● 電動(dòng)機以星形啟動(dòng)=線(xiàn)電壓/V3（線(xiàn)電壓/1.73)。

● 電動(dòng)機短時(shí)停留在星形狀態(tài)=30-100毫秒（典型）。

● 電動(dòng)機切換到三角形=全線(xiàn)電壓。

● 典型電動(dòng)機啟動(dòng)電流：

      星形：假定為2.5×額定容量

      三角形：（瞬態(tài)沖擊）假定為3×額定容量

（2）電動(dòng)機的啟動(dòng)方法

      電動(dòng)機啟動(dòng)容量取決于電動(dòng)機的啟動(dòng)方法，其啟動(dòng)特性和曲線(xiàn)如圖7、圖8所示。

①  直接啟動(dòng)

② 星形-三角形啟動(dòng)

③ 自藕變壓器啟動(dòng)

④ 電子軟啟動(dòng)

 

圖7  電動(dòng)機功率角啟動(dòng)特性

圖8  發(fā)電機瞬態(tài)直接啟動(dòng)特性曲線(xiàn)圖

 

（3）電動(dòng)機額定值計算

● 電動(dòng)機kW=馬力X0.746；

● 電動(dòng)機kVA=kW÷功率因素；

● 電動(dòng)機kVA（用于3相電動(dòng)機）=線(xiàn)電壓×滿(mǎn)載電流×√3÷1000；

● 電動(dòng)機kVA（用于單相電動(dòng)機）=相電壓×滿(mǎn)載電流÷1000；

● 電動(dòng)機輸入kVA=電動(dòng)機運行kVA÷效率。

① 典型案例一：

      一座采石廠(chǎng)有4 X 15馬力直接啟動(dòng)（DOL）進(jìn)料電動(dòng)機，它們的效率為88%及功率因素為0.89，電動(dòng)機同時(shí)啟動(dòng)?，F場(chǎng)由一臺250 kVA，415V，50Hz發(fā)電機供電電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)電壓下降值為多少?

● 電動(dòng)機KW =4 X 15 H.P=60 H.P X 0.746 =44.8 kW

● 電動(dòng)機輸入kVA =44.8kW/功率因素（0.89）&效率（0.88）=57.2 kVA

● 電動(dòng)機啟動(dòng)kVA =57.2 X 7（對于直接啟動(dòng)）=400 kVA

答：從圖9中可以看出，電壓下降為21%。

圖9  250KVA發(fā)電機堵轉曲線(xiàn)圖（50HZ）

 

② 典型案例二：

      一位客戶(hù)需要用一臺190 kVA發(fā)電機，啟動(dòng)一臺150 HP，60 Hz，440V星形/三角形電動(dòng)機，電動(dòng)機的效率為88%，功率因素為0.8電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)的電壓下降為多少?

● 電動(dòng)機kW =150 H.P X 0.746=112 kW

● 電動(dòng)機輸入kVA =112 kW/效率（0.88）功率因素（0.8）=159 kVA

● 電動(dòng)機啟動(dòng)kVA =159 X 2.5（對于星形三角形） =398 kVA

答：從圖10中可以看出，電壓下降為23%。

 

圖10  190KVA發(fā)電機堵轉曲線(xiàn)圖（60HZ）

 

③ 典型案例三：

      客戶(hù)有2 ×14 kW直接啟動(dòng)（DOL）電動(dòng)機，每臺的效率為80%功率因素為0.9同時(shí)啟動(dòng)，允許電壓下降的最大值為20%。該種情況需要發(fā)電機的容量為多少?

● 電動(dòng)機輸入kVA =14 kW/0.9（PF）0.8（效率） =19.5 kVA

● 全部基本負載kVA =30 kW/0.9p.f=33.3 kVA+39 kVA（2臺電動(dòng)機）=72.3 kVA

● 電動(dòng)機啟動(dòng)kVA（對于每臺電動(dòng)機） =19.5 X 7（DOL） =136 kVA

答：從圖11中可以看出，電動(dòng)機啟動(dòng)的允許最大電壓下降為20%，要求一臺85 KVA發(fā)電機。

 

圖11  80KVA發(fā)電機堵轉曲線(xiàn)圖（50HZ）

 

4、計算非線(xiàn)性負載的要求

      非線(xiàn)性負載是電子控制系統，在此負載電流通過(guò)電子設備取得其波形為非正弦。半導體電子設備例如可控硅/整流管，在電流波形中產(chǎn)生諧波，進(jìn)而產(chǎn)生電壓波形畸變（曲線(xiàn)如圖12所示）。當它們的電源中電壓波形畸變，電子控制系統可能變的不穩定。

（1）典型的非線(xiàn)性負載

● 電動(dòng)機軟啟動(dòng)；

● 不間斷電源（UPS）、逆變器、電池充電器；

● 變頻器、起重機、電梯、風(fēng)扇、水泵；

● 生產(chǎn)過(guò)程（控制電爐、電爐、加熱器)；

● 傳媒-TV/收音機/電影（發(fā)射器）、控制燈；

● 通訊、整流設備。

注意：他勵AVR系統帶永磁發(fā)電機（PMG），三相檢測，推薦用于所有非線(xiàn)性負載。

表1    發(fā)電機典型非線(xiàn)性負載電流和電壓畸變表

（2）注意事項

① 全部諧波電流畸變（THD），是作為基波的一個(gè)百分數來(lái)測量。

② 如果電壓畸變超過(guò)了控制系統的接受極限，非線(xiàn)性負載可能變得不穩定波形畸變同時(shí)在繞組中產(chǎn)生額外的熱量。

③ F級容量額定值為（105°C）應被采用，以避免繞組絕緣因為過(guò)熱而損壞。

④ 發(fā)電機在選形時(shí)應考慮負載諧波畸變的情況。

（3）產(chǎn)生諧波電壓的原因

      諧波電壓畸變由以下因素決定。

① 非線(xiàn)性負載諧波電壓畸變情況：

      全部諧波電流畸變（THD）是作為基波的百分數來(lái)表示的（50Hz或60Hz）。作為一個(gè)指導：

● 12脈沖14%；

● 對于6脈沖30%；

● 對于4脈沖45%。

② 發(fā)電機阻抗，次瞬態(tài)電抗（X''d)

      該數字來(lái)源于超瞬態(tài)短路試驗的結果，更低的值X''d將改善電壓畸變情況。當發(fā)電機運行在最高的磁通值時(shí)，X''d電抗是最低的。

③ 非線(xiàn)性負載的容量（kVA），發(fā)電機的容量（kVA)

X''d（pu）=（輸入非線(xiàn)性負載容量/ 發(fā)電機容量）× X''d

注意：輸入kVA必須包括負載效率和功率因素。

 

圖12  發(fā)電機非線(xiàn)性負載諧波畸變

 

5、發(fā)電機的選擇

（1）檢查啟動(dòng)步驟和負載分配

      通過(guò)啟動(dòng)步驟的選擇，可以減小過(guò)容量（在此可能）：

① 首先應用基本負載，穩定發(fā)動(dòng)機/發(fā)電機控制系統。

② 相繼啟動(dòng)電動(dòng)機負載將減小啟動(dòng)kVA的要求。

③ 首先啟動(dòng)最大容量的電動(dòng)機，避免電流互感器在加入其它負載時(shí)退出工作。

④ 頻率敏感負載（例如非線(xiàn)性負載），應該最后接入，避免由于電動(dòng)機啟動(dòng)而導致電壓和轉速的下降。

⑤ 平衡單相負載，減小每相的不平衡電流的大小。

（2）發(fā)電機參數對不對稱(chēng)運行的影響

① 發(fā)電機的不對稱(chēng)運行使端電壓出現負序和零序分量。其大小與不對稱(chēng)電流大小有關(guān)，與發(fā)電機的負序阻抗和零序阻抗有關(guān)。

② 增加阻尼繞組可以減小負序磁通，提高端電壓對稱(chēng)程度。

（3）不對稱(chēng)運行對發(fā)電機的影響

① 同步發(fā)電機帶不對稱(chēng)負載時(shí)，定子繞組會(huì )產(chǎn)生飛轉的旋轉磁場(chǎng)，在轉子本體和轉子繞組產(chǎn)生感應電勢、電流和損耗；使勵磁繞組散熱困難。

② 負序磁場(chǎng)對電機轉子產(chǎn)生熱破壞作用。

③ 定子的穩態(tài)不對稱(chēng)電流可以比定子額定電流小，對定子溫升影響不大。但可以燒損轉子。

④ 發(fā)電機的瞬態(tài)短路電流沖擊可能是額定電流的十倍。沖擊電流產(chǎn)生的機械力可以損壞電樞繞組。

（4）同步發(fā)電機短路特性

      流過(guò)發(fā)電機的故障電流取決于發(fā)電機的電抗，勵磁系統和發(fā)電機與故障點(diǎn)之間網(wǎng)絡(luò )的電抗。遠離發(fā)電機發(fā)生的故障電流大于線(xiàn)路額定電流，促使線(xiàn)路保護裝置動(dòng)作。而靠近發(fā)電機端子的故障電流對于供電網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，與額定電流等級相，所以取決于發(fā)電機電抗和勵磁系統。

① 短路時(shí)繞組特性

      考慮承受短路電流的原因是發(fā)電機有可能在斷路器分斷故障之前已經(jīng)被損壞；短路電流可以使發(fā)電機定子線(xiàn)圈快速過(guò)熱；例如：

● 不平衡線(xiàn)－地（L－N）短路，短路電流是額定電流的7.5倍，假定定子初始溫度。大約為155℃；不到5秒鐘，定子溫度可以升至300℃。

● 在該溫度條件下定子線(xiàn)圈將燒損。

● 不平衡線(xiàn)－線(xiàn)（L－L）短路，定子線(xiàn)圈溫度升至300℃的時(shí)間要長(cháng)幾秒；而三相平衡短路需要的時(shí)間更長(cháng)。

② 自勵磁發(fā)電機短路特性

      自勵和它勵發(fā)電機的短路故障響應是不同的：

● 當發(fā)電機輸出端短路時(shí)，其磁場(chǎng)隨之崩潰；所以自勵發(fā)電機稱(chēng)之為“崩潰磁場(chǎng)”發(fā)電機。而它勵發(fā)電機的勵磁是由永磁發(fā)電機提供的，所以當發(fā)電機短路時(shí)，其勵磁電流可以維持流動(dòng)。

● 一般情況下，當三相同時(shí)短路時(shí)，無(wú)論自勵還是它勵發(fā)電機，其初始短路電流大約是發(fā)電機額定電流的8－10倍，而且與發(fā)電機的超瞬態(tài)電抗成反比。

● 在頭幾個(gè)周期（A）內，自勵和它勵發(fā)電機的響應相同，隨著(zhù)磁場(chǎng)能量的消耗，具有相同的短路電流衰減曲線(xiàn)；而經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期（B）后，自勵發(fā)電機將持續跟隨短路電流衰減曲線(xiàn)直至電流趨近于零。

● 對于自勵發(fā)電機，當短路電流超過(guò)曲線(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，電壓和電流將會(huì )”崩潰“，直至衰減到零。

● 由于它勵發(fā)電機的磁場(chǎng)不是取自發(fā)電機輸出電壓，而來(lái)源于其他電源，所以能夠承受3－4倍額定電流的短路電流。

● 現在電機設計采用性能更好的絕緣材料和電壓調整器；其結果是使單位材料的輸出功率增加，發(fā)電機具有相對高的電抗；其故障電流等級相對于發(fā)電機額定電流減小了。

● 低等級故障電流就必須使用嚴格的保護裝置。

（5）發(fā)電機過(guò)載與溫升

      通常發(fā)電機過(guò)載使用會(huì )使發(fā)電機繞組溫度迅速升高，長(cháng)時(shí)間使用將影響發(fā)電機使用壽命和發(fā)電機繞組燒毀。

表2    發(fā)電機允許過(guò)載電流（三相平衡）和時(shí)間關(guān)系

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