康明斯柴发机组的电气性能指标

摘要：对于采购柴发机组的人员来说，必须领会机组的详细电气性能指标，因为该指标意味着装备质量与性能表现数据。柴油发电机组的主要电气性能指标包括稳态指标和动态指标两类，柴油发电机组在一定负荷下稳定运转时的电气性能指标称作稳态指标。柴油发电机组的详细动态指标包括电压和频率稳定时间、瞬间电压凋整率和瞬态频率调节率、直接起动空载异步发电机的能力、发电机组并联性能以及无线电干扰允许值等参数。

      δf在整定频率确定的条件下，额定空载频率fir与标称容量时的额定频率fr之间的频率差用额定频率fr的某一百分数表示，称为频率降，用fstd表示它等同于我国标准中的稳态频率调节率（fd）。

（1）稳态频率带βf是指在恒定容量时发电机组频率围绕某一平均值波动的包络线宽度，用额定频率的某一百分数表示之值。

      因为稳态频率容差带Df是人为规定的，故而αf也属约定值，而βf是实际值。规定αf（?f）的目的是为了计算频率恢复时间tf，in（tf，de）。

      用额定频率的某一百分数表示，可反映频率整定下降范围。

      用额定频率的某一百分数表示，可反映频率整定上升范围。

      频率整定变化速率γf是指在远距离控制因素下，用每秒相对的频率整定范围的某一百分数表示的频率整定变化速率。

      δfd是指在某一突变负荷发生调速的过程中，其下冲（或上冲）频率与初始频率之间的频率差，用相对于额定频率的某一百分数表示。

      δfdyn是指在某一突变负载发生的调速程序中，其下冲（或上冲）频率与额定频率之间的频率差，用相对于额定频率的某一百分数表示。

      瞬间频率调节率是指发电机组在突加或突减负荷时，瞬态变化频率与负荷变化前频率的差值与额定频率的比值。

（1）频率恢复时间是指在规定的负载突变后，从频率离开稳态频率带至其永远地重新进入规定的稳态频率容差带的时间。

（1）稳态电压偏差δUst是指对空载与额定输出之间的所有功率和在规定的容量因数下，在额定功率时考虑温升危害的稳态因素下偏离整定电压的较大偏差。稳态电压偏差δUst用额定电压的某一百分数表示。

（2）稳态电压调节率（δu）是指同步发电机在从空载到额定负载的所有负荷要素下稳态电压的变化率，一般为≤±0.5%。

      电压不平衡度δU2，0是指空载下的负序或零序电压分量对正序电压分量的比值，用额定电压的某一百分数表示。

其中，α是模等于1而幅角等于2p/3的一个复数，以α乘以某量就等于将某向量逆时针旋转120°。

      用额定电压的某一百分数表示的电压整定范围。

     与频率整定变化速率的状况类似，不再重复。

（1）按负载增加的瞬间电压偏差是指当发电机在正常励磁控制下被驱动在额定频率和额定电压时，接通额定负荷，用额定电压的某一百分数表示的电压降。

（2）按负荷减少的瞬间电压偏差是指当发电机在正常励磁控制下被驱动在额定频率和额定电压时，突然切除额定负载，用额定电压的某一百分数表示的电压升。

      电压恢复时间tu（tu，in，tu，de）：从某一负载变化瞬时（t1）开始至当电压恢复并保持在规定的稳态电压容差带内瞬时（t2）止的时间。

      在某一稳态电压下，在低于基本的发电频率的有代表性的频率下，用在额定频率和恒定速度时平均峰值电压的某一百分数表示的准周期电压变化（峰对峰），称为电压调制。

      此概念与电压调制的概念是一致的。电压调制和周期不均匀度这两个概念与电压波动率的概念是类似的柴油发电机保养内容。电压调制与电压波动既有联系又有差别。一般对中频（400Hz）发电机组用电压调制考核。电压调制对用电装置的危害除了电压幅值变化外，还要考虑调制的频率。同时，各自试验仪器也不同。测定电压调制必须要示波器；测定波动率则用指针式仪表即可。

      发电机组的空载电压整定范围为额定电压的95%～105%，这是因为发电机组与用电装备之间有一定的电缆电压降，发电机组应保证在一定的负载下，输出电缆末端应具有正常的工作电压的规定值。

      热态电压变化是发电机组在标定工况下从冷态到热态的电压变化。对于采用可控励磁装置的发电机组，应不超过±2%标定电压；对于采用不可控励磁机构的发电机组，应不超过±5%标定电压。

      发电机组要求发电机的理想波形是正弦波，但实际上发电机的感应电势中含有三次及三次以上的高次谐波，励磁发电机的三次谐波尤为严重，使发电机的电压的正弦波形产生畸变。电压的正弦波形畸变率过大，会使发电机高温严重，当湿度升高时发电机的绝缘受到影响，同时也会对用电装置的正常作业有影响。发电机组在空载标定电压时，线电压的正弦波形畸变率应不大于10%。

      这是指发电机组在额定工况下从冷态到热态的电压变化。对于采用可控励磁机构发电机的发电机组，应不超过±2%额定电压；对于采用不可控励磁机构发电机的发电机组，应不超过±5%额定电压。

      发电机组在空载额定电压时，线电压的正弦波形畸变率应不大于下列规定值：单相发电机组和额定容量小于3kW的三相发电机组为15%；

      对于额定容量不大于250kW的三相发电机组，在一定的三相对称负荷下，在其中任一相（对可控硅励磁的则指接可控硅的一相）上再加25%额定相容量的电阻性负荷，当该相的总负载电流不超过额定值时应能正常作业，线电压的较大（或较小）值与三相电压平均值之差应不超过三相电压平均值的±5%。

      动态性能是指柴油发电机组运行时各输入量和输出量之间的动态关系柴油发电机手动启动控制图。为了保证柴发机组起动、运行的安全性和可靠性，本文中具体叙说了影响柴发机组动态响应机制几个具体因素，提示用户在装备选用之前针对这些问题作出正确的采购计划。 

      除了选择自然吸气式柴油发电机还是涡轮增压柴油发电机；同时还取决于涡轮增压器、调速板和喷油器的详细结构柴油发电机十大品牌。对于自然吸气式柴油发电机，易于获得高的动态性能指标；对涡轮增压柴油发电机，则因为增压流程不能瞬态完成过渡，载荷变化时需要的加载（或减速）时间要长得多，动态性能较差。某些品牌的柴油发电机增压器叶轮采用了轻质、耐发烫的材料制造，运行惯性大大降低，其动态性能会有所改善。就调速器而言，电子调速板要优于机械式调速板，例如，采用Barber-Colman 电子速度控制器，这一动态指标可比机械速度控制器提高一个等级。

      转动惯量(Moment of Inertia)是刚体绕轴转动时惯性（回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特点）的量度，用字母I或J表示。在经典力学中，转动惯量（又称品质惯性矩，简称惯距）通常以I或J表示，SI 单位为 kg·m2。对于一个质点，I=mr2，其中 m 是其质量，r是质点和转轴的垂直距离。转动惯量在旋转动力学中的角色相当于线性动力学中的品质，可形式地理解为一个物体对于旋转运动的惯性，用于建立角动量、角速度、力矩和角加载度等数个量之间的关系。

      整个发电机组中包括柴油发电机、飞轮、联轴器、发电机转子等旋转质量的转动惯量。大的转动惯量可以减小载荷变化时转速波动的幅值，从而减少瞬态频率偏差。而对于恢复时间则可能有正反两方面的影响，需要主要诠释。因此调节惯量值时，必需要考虑到这两个指标的折衷。一般可以通过购买不一样尺寸的飞轮，或不同规格的联轴器来调整转动惯量。

      柴油发电机功率裕度指的是该机型的实际设计的较大容量与使用的最大功率的差。保证发电机组额定电功率所需的柴油发电机容量与该柴油发电机能发出的较大连续容量的比值就表示了该柴油发电机的容量裕度。此比值越小，表示柴油发电机配机的功率裕度越大，发电机组的动态性能要求就越易达到。

      比如说：柴油发电机该机型的规划最大功率为2000kW，而实际的船型上布置的柴油发电机较大容量为1800kW，就是说有200kW的容量裕度。柴油发电机有容量裕度对缸体的寿命和长久操作上都有很大的长处。但是不宜储备过度，容量储备过量在性价比上就不高了。

      对自然吸气式柴油发电机，突加和突卸1％负荷都是可以办到的。而对涡轮增压柴油发电机因为增压器的工作无法实现瞬态过渡，突加10％负荷通常无法做到。因此需要按一定比例分级加载。柴油发电机的平均高效压力取决于柴油发电机的许多组成因素和燃烧程序的组织，柴油发电机的增压程度对此有着重大影响。因此在柴油发电机发电机组的国际标准ISO 8528一5和老的德国标准DIN6280中都讲解了根据平均有效压力值确定加载等级和载荷比例的做法。而在较早的IS03 6一1978 中却规定了不同形式的加载等级一比例曲线 。这种变化具体是因为柴油发电机增压技术的发展，增压度越来越高，陈旧的经验已经不再实用，而人们的认识也在技术发展的过程中不断提升，根据新的经验作出了这种改变。经验证明，高载荷段对瞬间指标的危害要比低载荷段大得多。因此高载荷段的比例间隔要比低载荷段小得多。

      分级比例也仅是作为参考的指导值。在实际应用中还必需考虑用电设备的工作要求，然后通过对机构配置的调整确定加载等级和比例。因此无论ISO或DIN标准都特别强调了用户和制造商进行协商的重要性。这样可能会发生以下状况：相同配置的发电机组由于用电设施不同，加载的比例不一样，达到的发电机组精度等级会不同。由此表明，发电机组的精度等级具有相对性，它对负载有很大的依从性。

      在计算机技术高度发达的今天，可以通过模拟计算来预测发电机组机构可能达到的性能水平，这对于准确选定柴油发电机，预先确定装置配套状态是极有帮助的。美国康明斯公司在上世纪八十年代为我国提供柴油发电机时，为满足发电机组的稳态、动态性能，预先对系统进行模拟计算的部分结果。计算系统采用了WOODWARD PSG液压速度控制器，分两级加载。在稳态速度降设定为4％的状况下，第一级加载得到的动态频率偏差为8％左右；而第二级加载尽管只有37％的载荷增值，动态频率偏差却达到了10％。恢复时间均接近3秒。该发电机组要求动态偏差不大于7％，恢复时间不大于3秒。由于动态偏差过量，这种配置不能符合要求。后来改用BARBER—COLMAN电子速度控制器，才达到了要求。