新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)組與電動機(jī)的匹配數(shù)據(jù)分析

 

摘要：對于柴油發(fā)電機(jī)組容量的選擇，有些設(shè)計人員往往采用估算法，很少檢驗發(fā)電機(jī)啟動時是否滿足瞬時壓降、最大峰值電流及最大峰值功率等要求。在我們實際應(yīng)用中，經(jīng)常會碰到大功率電動機(jī)選型備用柴油發(fā)電機(jī)組的案例：如消防泵，礦下排水泵等。而在以前的設(shè)計中經(jīng)常會出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象，或者出現(xiàn)選型中要求小發(fā)動機(jī)配大發(fā)電機(jī)現(xiàn)象?？得魉构驹诒疚闹型ㄟ^計算比較，指出哪種電動機(jī)的啟動順序方式對發(fā)電機(jī)的啟動更為有利。

 

一、容量選擇

 

1、選型設(shè)計主要考慮因素

      為了幫助設(shè)計師設(shè)計出最經(jīng)濟(jì)實用的柴油發(fā)電機(jī)組選型方案， 康明斯公司將向大家介紹，大功率電動機(jī)選型備用發(fā)電機(jī)組設(shè)計中需要考慮的因素。

（1）了解允許的電壓降和頻率降

      眾所周知，電動機(jī)直接啟動時都會有3～10倍的啟動電流，即電動機(jī)啟動時發(fā)電機(jī)組將承擔(dān)3～10倍電動機(jī)正常運(yùn)行時的負(fù)載。進(jìn)行發(fā)電機(jī)組選型時就需要選擇發(fā)電機(jī)組啟動容量大于電動機(jī)啟動時的負(fù)載。考察發(fā)電機(jī)組啟動容量SKVA，與電動機(jī)或電動機(jī)系統(tǒng)允許的電壓降有關(guān)。發(fā)電機(jī)電壓降與頻率降有關(guān)。因此獲得電動機(jī)運(yùn)行時允許的電壓降和頻率降是設(shè)計師開始設(shè)計時需要了解的第一步。

      以康明斯發(fā)電機(jī)組為例，通常15%電壓降下，低壓機(jī)組的SKVA約為額定容量的2倍，高壓機(jī)組的SKVA約為額定容量的70%。電壓降要求越小，其啟動容量SKVA將會以極大的比率下降。

① 第一步

      根據(jù)負(fù)載之和初選發(fā)電機(jī)容量，并檢驗柴油發(fā)電機(jī)在負(fù)荷峰值電流沖擊下的電壓降，使其不超過允許值；

② 第二步

      校驗柴油機(jī)的能力，即在負(fù)載峰值功率（與電動機(jī)有效啟動容量相似的涵義）沖擊下，柴油機(jī)不得熄火停轉(zhuǎn)，而應(yīng)使所拖動的發(fā)電機(jī)把負(fù)載電動機(jī)啟動起來，也就是柴油機(jī)的功率必須大于負(fù)荷的峰值功率。

      完成第一步工作后，可求出負(fù)載峰值電流為負(fù)荷電流的多少倍，查圖1的曲線，檢驗電壓降，看看發(fā)電機(jī)能否滿足要求。第二步工作，需計算出作用在柴油機(jī)軸上的峰值功率，并與柴油機(jī)制動功率比較。

（2）發(fā)電機(jī)組電壓的選擇

      從發(fā)電機(jī)特性來看，在相同電壓降下，中壓（10KV）發(fā)電機(jī)啟動容量 SKVA較低壓（400V）發(fā)電機(jī)啟動容量SKVA要小得多。因此確定備用柴油發(fā)電機(jī)組電壓，將成為設(shè)計師開始設(shè)計時，需要做出的又一重要特性選擇。

（3）啟動方式的選擇

      電動機(jī)啟動電流與啟動方式息息相關(guān)，不同啟動方式，啟動電流差別較大。通常的啟動方式有：直接啟動、星形三角形啟動，降壓啟動、軟啟動和變頻啟動。對比曲線如圖2所示。

      直接啟動方式電動機(jī)的啟動電流最大，星形三角形啟動啟動電流約為直接啟動啟動電流的1/3；降壓啟動啟動電流與啟動電壓有關(guān)，與直接啟動相比，其啟動電流比為降壓電壓的平方與直接啟動電壓的平方之比（I1/I2=U12/U22）；不同軟啟動有不同的軟啟動電流，通常為運(yùn)行額定電流的1～3倍。變頻啟動的啟動電流最小。

      希望設(shè)計師在進(jìn)行大功率電動機(jī)的備用柴油發(fā)電機(jī)組選型時根據(jù)電動機(jī)的直接啟動電流大小及發(fā)電機(jī)在此電壓降要求下的SKVA值選擇合適的啟動方式。

（4）電動機(jī)效率的選擇

      電動機(jī)效率也是在備用柴發(fā)時的重要技術(shù)參數(shù)。電動機(jī)驅(qū)動是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。因此能量轉(zhuǎn)換效率也直接影響了備用柴發(fā)選型時的功率大小。

 

圖1 柴油發(fā)電機(jī)最大峰值電流與瞬時壓降關(guān)系圖

電動機(jī)軟啟動與硬啟動特性曲線

 

 

 2、選型設(shè)計技術(shù)參數(shù)

      綜上所述，設(shè)計師在設(shè)計前需要了解相關(guān)技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用情況。下面將康明斯柴油發(fā)電機(jī)組相關(guān)技術(shù)參數(shù)列表，整理如下供參考：

表1  柴油發(fā)電機(jī)組選型應(yīng)用數(shù)據(jù)表

 

 

二、選型校驗表

 

      現(xiàn)以康明斯（Cummins）柴油發(fā)電機(jī)為例（該柴油發(fā)電機(jī)允許端電壓瞬時壓降為20%）說明這一過程。

      選一臺康明斯柴油發(fā)電機(jī)，為功率分別為15kW、27kW、27kW、27kW、45kW、55kW、95kW 的異步電動機(jī)供電，按三種啟動次序啟動，表2為按電動機(jī)的功率由小到大次序方式啟動，表3按電動機(jī)功率由大到小次序方式啟動，表4為按電動機(jī)啟動電流由大到小次序方式啟動。根據(jù)負(fù)荷電流初選主發(fā)電機(jī)功率為360kW。

      下面分別按表1～3的計算結(jié)果進(jìn)行校驗：

（1）在表1中

      最大峰值電流為731.1A，最大峰值功率為411.3kW，初選機(jī)組CV360的長期持續(xù)電流（即額定電流）684A，峰值電流為發(fā)電機(jī)額定電流731.1/684=1.07倍。可求得發(fā)電機(jī)瞬時端電壓降為額定電壓的16%。此機(jī)組柴油機(jī)的制動功率為360×1.1=396（kW）（柴油機(jī)制動功率按發(fā)電機(jī)主發(fā)電功率千瓦數(shù)的1.1倍配備），不滿足發(fā)電機(jī)峰值功率411.3kW的要求。

（2）在表2中

      最大峰值電流為778.4A，最大峰值功率388.2kW，檢驗計算方法同上，可求得發(fā)電機(jī)瞬時端電壓降為額定電壓的17%，機(jī)組柴油機(jī)的制動功率396kW，滿足發(fā)電機(jī)峰值功率388.3kW 的要求。

（3）在表3中

      最大峰值電流為636.4A，最大峰值功率386.3kW，檢驗計算方法同上，可求得發(fā)電機(jī)瞬時端電壓降為額定電壓的14%，機(jī)組柴油機(jī)的制動功率396kW，滿足發(fā)電機(jī)峰值功率386.3kW 的要求。

      經(jīng)比較，電動機(jī)按表2啟動順序方式雖滿足發(fā)電機(jī)的瞬時電壓降（20%）要求，但不滿足發(fā)電機(jī)峰值功率要求，而電動機(jī)按表3或表4啟動順序方式不但滿足持續(xù)負(fù)荷要求，也同時滿足電壓降及功率峰值的要求。但表4的最大峰值電流及最大峰值功率為最小，這對發(fā)電機(jī)的啟動更為有利。

 

表2   按電動機(jī)的功率由小到大次序方式啟動

注：（1）電動機(jī)效率均按0.8，功率因數(shù)運(yùn)行時按0.8.啟動時按0.38計算.以下均同。
       （2）星-三角啟動電流按負(fù)荷電流的2倍計算，直接啟動電流按負(fù)荷電流的6倍計算，以下均同。

表3   按電動機(jī)功率由大到小次序方式啟動

表4   按電動機(jī)啟動電流由大到小次序方式啟動

 

三、選型注意事項

 

      在高層建筑中，電動機(jī)容量比較大的是消防泵電機(jī)。因此，柴油發(fā)電機(jī)容量主要由消防泵電機(jī)容量及啟動方式?jīng)Q定。為此，在滿足要求的前提下，為了減少初投資及運(yùn)行費(fèi)用，應(yīng)盡量減小柴油發(fā)電機(jī)組的容量，宜做以下幾方面的工作：

1、與消防給排水專業(yè)協(xié)商，在滿足消防用水的前提下，盡量減少消防水泵的電機(jī)容量。

2、對功率較大的異步電動機(jī)采用“Y—△”啟動器等降壓啟動措施。

3、應(yīng)盡可能調(diào)整啟動順序。首先啟動大容量或啟動電流大的異步電動機(jī)，然后再按順序啟動容量較小或啟動電流較小的異步電動機(jī)，最后接入無沖擊性的其他負(fù)荷。

4、啟動時間錯開，避免電動機(jī)同時啟動。e.當(dāng)發(fā)電機(jī)組除接帶消防負(fù)荷外，平時又要接入其他非消防重要負(fù)荷時，應(yīng)考慮兩者不得同時運(yùn)行，兩者要進(jìn)行比較，擇其容量大者作為所選柴油發(fā)電機(jī)的容量。

5、當(dāng)建筑規(guī)模較大、消防設(shè)備較多時，特別對于多棟建筑群及小區(qū)的各種消防設(shè)備，要進(jìn)行分析，哪些消防設(shè)備在火災(zāi)時可能同時運(yùn)行，擇其最有可能同時運(yùn)行且容量較大者作為所選柴油發(fā)電機(jī)的容量。

 

KTA38系列康明斯發(fā)電機(jī)組側(cè)面外觀圖

KTA38系列康明斯發(fā)電機(jī)組后視圖及參數(shù)

 

總結(jié)：

      同樣功率的用電器，由于用電器的類型不同，啟動電流差異很大，對發(fā)電機(jī)功率的需求不同。所以用戶在選購產(chǎn)品時，應(yīng)先計算好多大功率的發(fā)電機(jī)能滿足正常使用。另外，由于柴油發(fā)電機(jī)的實際輸出功率會受海拔高度、溫度、環(huán)境濕度等因素影響。在海拔高度、溫度、環(huán)境濕度增加的情況下，柴油發(fā)電機(jī)的功率會有不同比例的下降，請參閱發(fā)電機(jī)的有關(guān)資料，在核算柴油發(fā)電機(jī)的使用功率時請考慮進(jìn)去，再進(jìn)行選購才能避免使用功率不足。 

 

 

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