新聞主題	康明斯發電機型號字母編號的代表含義和選擇

 

摘要：斯坦福發電機（Stamford）屬于康明斯公司旗下品牌之一，其憑借鋼絲纏繞技術以及從7.5到5000kVA的輸出，在連續或備用發電機組應用中提供卓越的效率。斯坦福交流發電機可選擇SAE適配器，以確保與各種主動機保持輕松的耦合。康明斯發電機型號主要有經典款的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。

 

一、產品型號識別

 

1、自勵磁機型編號含義解讀

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

       UC系列特征：

● 波形失真（線性負載）小于3。

● 波形失真（非線性負載，12脈沖整流器）-8。

● 發動機轉速取決于負載控制。

● 節省燃料的25%。

● 同時交直流輸出。

● 可編程輸出電壓和頻率。

2、永磁機型編號含義解讀

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

      HC系列特征：

● 2/3的繞組節距抑制過多的中線電流。

● 單支點或雙支點結構。

● 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  斯坦福自勵磁發電機型號識別

圖2  斯坦福永磁發電機型號識別

 

 

二、發電機選型步驟

 

      選擇發電機的規格，常按以下的標準步驟來選擇：

1、計算所有的穩態負載（連續的）

（1）電動機、機械設備及電氣設備（負載運行）

① 全部容量：估計所有同時連續運行的電動機和其它任何電氣設備。

② 功率（電動機）=馬力X0.746。

③ 電動機輸入的容量=功率/（電動機效率X電動機功率因素）。

（2）加熱器或空調

       可能同時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向圖如圖3所示。

 

圖3  功率因素對發電機功率的影響萬向圖

 

① 滯后功率因素的負載

      滯后功率因素（感性）負載通常為：

● 電動機和變壓器。

● 非線性負載。

● 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）。

● 非線性負載過濾器（用于減小諧波電壓畸變（THD）。

● 照明設備（過調，對于PF調節）。

      對于低功率因素負載，發電機必須運行在安全的范圍內。這些范圍是通過發電機運行曲線來定義的每臺發電機的Xd值，決定發電機運行曲線上的安全區域。功率因素引起降低的曲線如圖4所示。

（3）溫度是指發電機進氣口的環境溫度，通風示意圖如圖5所示。

      請注意降低系數是累加的過程（如果有多過一個的降低因素），也許上述影響功率的因素會同時存在。

 

圖4  柴油發電機功率因素降容曲線.

圖5  康明斯斯坦福發電機通風流向

 

3、計算瞬態負載的要求

      當啟動一臺電動機，電壓下降的百分數將取決于電動機的啟動容量（或同時啟動的電動機的全部容量的總和）。

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

 

圖6  發電機瞬間沖擊負載曲線圖

 

（1）電動機啟動容量

      這是可能同時啟動的電動機的容量總和

① 直接啟動（DOL)

● 電動機在線電壓啟動：啟動電流為6至9X電動機的滿載電流。

● 典型的電動機啟動電流：

      電動機容量達250 kW：假定為7×額定容量。

      電動機容量大于250 kW：假定為6×額定容量。

② 星形-三角形（SD)

● 電動機以星形啟動=線電壓/V3（線電壓/1.73)。

● 電動機短時停留在星形狀態=30-100毫秒（典型）。

● 電動機切換到三角形=全線電壓。

● 典型電動機啟動電流：

      星形：假定為2.5×額定容量

      三角形：（瞬態沖擊）假定為3×額定容量

（2）電動機的啟動方法

      電動機啟動容量取決于電動機的啟動方法，其啟動特性和曲線如圖7、圖8所示。

①  直接啟動

② 星形-三角形啟動

③ 自藕變壓器啟動

④ 電子軟啟動

 

圖7  電動機功率角啟動特性

圖8  發電機瞬態直接啟動特性曲線圖

 

（3）電動機額定值計算

● 電動機kW=馬力X0.746；

● 電動機kVA=kW÷功率因素；

● 電動機kVA（用于3相電動機）=線電壓×滿載電流×√3÷1000；

● 電動機kVA（用于單相電動機）=相電壓×滿載電流÷1000；

● 電動機輸入kVA=電動機運行kVA÷效率。

① 典型案例一：

      一座采石廠有4 X 15馬力直接啟動（DOL）進料電動機，它們的效率為88%及功率因素為0.89，電動機同時啟動。現場由一臺250 kVA，415V，50Hz發電機供電電動機啟動時電壓下降值為多少?

● 電動機KW =4 X 15 H.P=60 H.P X 0.746 =44.8 kW

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

● 電動機啟動kVA =57.2 X 7（對于直接啟動）=400 kVA

答：從圖9中可以看出，電壓下降為21%。

圖9  250KVA發電機堵轉曲線圖（50HZ）

 

② 典型案例二：

      一位客戶需要用一臺190 kVA發電機，啟動一臺150 HP，60 Hz，440V星形/三角形電動機，電動機的效率為88%，功率因素為0.8電動機啟動時的電壓下降為多少?

● 電動機kW =150 H.P X 0.746=112 kW

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

● 電動機啟動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發電機堵轉曲線圖（60HZ）

 

③ 典型案例三：

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

● 電動機輸入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臺電動機）=72.3 kVA

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

答：從圖11中可以看出，電動機啟動的允許最大電壓下降為20%，要求一臺85 KVA發電機。

 

圖11  80KVA發電機堵轉曲線圖（50HZ）

 

4、計算非線性負載的要求

      非線性負載是電子控制系統，在此負載電流通過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，在電流波形中產生諧波，進而產生電壓波形畸變（曲線如圖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）典型的非線性負載

● 電動機軟啟動；

● 不間斷電源（UPS）、逆變器、電池充電器；

● 變頻器、起重機、電梯、風扇、水泵；

● 生產過程（控制電爐、電爐、加熱器)；

● 傳媒-TV/收音機/電影（發射器）、控制燈；

● 通訊、整流設備。

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

表1    發電機典型非線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），是作為基波的一個百分數來測量。

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

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熱而損壞。

④ 發電機在選形時應考慮負載諧波畸變的情況。

（3）產生諧波電壓的原因

      諧波電壓畸變由以下因素決定。

① 非線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表示的（50Hz或60Hz）。作為一個指導：

● 12脈沖14%；

● 對于6脈沖30%；

● 對于4脈沖45%。

② 發電機阻抗，次瞬態電抗（X''d)

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

③ 非線性負載的容量（kVA），發電機的容量（kVA)

X''d（pu）=（輸入非線性負載容量/ 發電機容量）× X''d

注意：輸入kVA必須包括負載效率和功率因素。

 

圖12  發電機非線性負載諧波畸變

 

5、發電機的選擇

（1）檢查啟動步驟和負載分配

      通過啟動步驟的選擇，可以減小過容量（在此可能）：

① 首先應用基本負載，穩定發動機/發電機控制系統。

② 相繼啟動電動機負載將減小啟動kVA的要求。

③ 首先啟動最大容量的電動機，避免電流互感器在加入其它負載時退出工作。

④ 頻率敏感負載（例如非線性負載），應該最后接入，避免由于電動機啟動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）發電機參數對不對稱運行的影響

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

② 增加阻尼繞組可以減小負序磁通，提高端電壓對稱程度。

（3）不對稱運行對發電機的影響

① 同步發電機帶不對稱負載時，定子繞組會產生飛轉的旋轉磁場，在轉子本體和轉子繞組產生感應電勢、電流和損耗；使勵磁繞組散熱困難。

② 負序磁場對電機轉子產生熱破壞作用。

③ 定子的穩態不對稱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 發電機的瞬態短路電流沖擊可能是額定電流的十倍。沖擊電流產生的機械力可以損壞電樞繞組。

（4）同步發電機短路特性

      流過發電機的故障電流取決于發電機的電抗，勵磁系統和發電機與故障點之間網絡的電抗。遠離發電機發生的故障電流大于線路額定電流，促使線路保護裝置動作。而靠近發電機端子的故障電流對于供電網絡來說，與額定電流等級相，所以取決于發電機電抗和勵磁系統。

① 短路時繞組特性

      考慮承受短路電流的原因是發電機有可能在斷路器分斷故障之前已經被損壞；短路電流可以使發電機定子線圈快速過熱；例如：

● 不平衡線－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圈將燒損。

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

② 自勵磁發電機短路特性

      自勵和它勵發電機的短路故障響應是不同的：

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

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

● 在頭幾個周期（A）內，自勵和它勵發電機的響應相同，隨著磁場能量的消耗，具有相同的短路電流衰減曲線；而經過幾個周期（B）后，自勵發電機將持續跟隨短路電流衰減曲線直至電流趨近于零。

● 對于自勵發電機，當短路電流超過曲線拐點時，電壓和電流將會”崩潰“，直至衰減到零。

● 由于它勵發電機的磁場不是取自發電機輸出電壓，而來源于其他電源，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，發電機具有相對高的電抗；其故障電流等級相對于發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）發電機過載與溫升

      通常發電機過載使用會使發電機繞組溫度迅速升高，長時間使用將影響發電機使用壽命和發電機繞組燒毀。

表2    發電機允許過載電流（三相平衡）和時間關系

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