柴油發電機功率怎么計算和挑選？
發布時間：2024-04-11 點擊：126
柴油發電機功率計算和挑選方式
柴油發電機組容量的估算是十分重要也是比較復雜的問題，容量過小，無法帶全部負載或者在啟動大功率負載時導致突然停機；容量過大，投資及維護成本高，造成經濟浪費。而且根據柴油機的特性，如果在小負載下長期工作，將造成活塞環、噴油嘴積炭嚴重，氣缸磨損加劇等損壞發電機組的不良后果。所以在容量估算時需要考慮多方面的因素，包括：使用環境、負載的類型和預留裕量等內容。
1、使用環境
不同的工作環境會影響發電機組的輸出功率。工作環境主要包括環境溫度、海拔和相對濕度。當環境溫度、海拔過高時，空氣密度降低，發電機組運行時燃燒所需氧氣供應量減少，發電機組的輸出功率應做相應的下調。換而言之，選用的發電機組功率要比負載的功率絕對值高。柴油發電機組的額定功率是在標準狀態環境下滿負載運行時測得，即：進氣溫度為27℃，海拔為152.4m，相對濕度為60％。當超過該標準時，標定功率就要有所折扣了，具體的折扣計算方法見本章內容。
值得注意的是，電控柴油機采用了電子噴油控制技術，通過對安裝在發電機上的電子控制單元對進氣歧管的進氣壓力、燃油溫度的精確測量，控制每個噴油器的噴油正時和噴油量，使得發電機組在非標準環境下有較小的功率下降。
標準化柴油發電機房
2、負載的類型
不同類型的負載對發電機組容量要求相差是很大的，負載類型一般分為電阻性、電感性等線性負載與內含整流電路的非線性負載（又稱整流性負載）。阻性負載如燈泡、電爐子、烤箱等，感性負載如空調、機床、水泵等，非線性負載如ups、電子計算機、程控交換機、plc設備等。帶電阻性負載時，發電機組的容量只需要略大于負載功率。但是在帶電感性負載和非線性負載時，容量就需重新計算。
（1）電感性負載對容量的影響
電感性負載（如三相籠型異步電動機）的特性是當啟動時有很大的電流，而且功率因數大大低于正常運轉值。如果直接啟動，啟動電流值為正常運轉時的5～7倍，這就要求發電機組容量足夠大滿足其啟動要求。但是隨之而來的問題是發電機組的功率選大了，而正常運行時功率又遠小于發電機組額定值，這顯然是不經濟的。
例如：發電機組帶一臺額定功率p＝55kw，滿載穩定運行時電壓u＝380v、功率因數pf＝0.89、效率η＝92％、啟動電流值為額定時5倍的三相異步電動機時，
其額定電流值為
若根據電流值選擇發電機組時，可確定額定電壓為380v時，最大輸出電流值為126a，功率為70kw的三相柴油發電機組。
由于啟動電流i啟＝5·i＝510a，為了滿足啟動要求，不得不選擇最大輸出電流值為532a，功率為300kw的發電機組。顯然，發電機組功率變大了，而正常運行時功率又遠小于額定功率，非常不經濟。為了減小電動機啟動時的影響，往往采用降壓啟動的方法，就是在啟動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，待電動機轉速接近穩定時，再把電壓恢復到正常值。一般有以下幾種降壓方法：
① 星形-三角形（y-δ）換接啟動；
② 自耦降壓啟動；
③ 電抗降壓啟動；
④ 軟啟動；
⑤ 變頻啟動。
其中y-δ法的啟動電流為直接啟動電流的1/3；自藕降壓啟動法的設備具有抽頭根據啟動轉矩的要求得到不同電壓；電抗降壓啟動電流按其端電壓的比例降低；延邊三角形啟動電流一般為直接啟動時的1/2。具體的操作方法可在電工手冊上查得。
（2）非線性負載對容量的影響
非線性負載（如電子計算機等）設備都有啟動沖擊電流、諧波反饋、電流突變等干擾，而且往往對發電機組電壓降值有很高的要求。由于柴油發電機組所送出的電源本身不但電壓畸變度大，而且隨著發電機組的額定輸出功率容量的減小，其內阻增大的矛盾會顯得更加突出。當帶電阻性負載時，這種影響比較小。然而，在帶計算機和通信設備這種整流濾波型負載或ups時，會影響負載的正常運行乃至使用壽命。雖然康明斯電力技術有限公司的發電機組有著優良的電氣性能，但出于安全考慮仍應把容量選得大一些。
在電壓降的要求上，大容量發電機組帶較小的負載產生電壓降較小，pmg比shunt小得多，當shunt無刷自勵式發電機組帶無輸入濾波器的ups時，往往要求容量為ups容量的2～2.5倍。選擇帶高效輸入濾波器的ups或帶pmg永磁式發電機組則容量匹配可以非常接近。
柴油發電機非線性負載示意圖
總之，計算發電機組容量時應明確各個負載的性能，以做出正確的選擇，幾種負載的參考特性參數見表1。
表1 不同負載時的啟動電流和運行電流
負載電流
啟動時
正常運行時
燈泡/電熱器等（電阻性負載）
1倍
1倍
熒光燈/水銀燈等（鹵素負載）
2.1～2.8倍
1.2～1.8倍
鉆孔機/噴沙機等（交流整流負載）
2.0～3.0倍
1.3～1.6倍
三相籠型異步電動機等（電感性負載）
5.0～6.0倍
1.3～2.0倍
3、其他考慮因素
根據現有負載進行計算發電機組容量后，還要加入其他考慮因素，如：是否有些負載可能發生過載的現象，今后是否有擴充負載的需要，建議根據自己的實際需要適量加大發電機組的容量。
另外，在經濟條件許可的情況下，建議采用2臺或多臺發電機組，其中一些發電機組用于敏感的負載（如電子計算機系統和其他電子設備），另一些發電機組則用于不敏感的負載（如電阻性負載和電動機）。防止由于電動機啟動時造成發電機組電壓波形畸變對敏感性負載的影響。
4、特殊用途發電機組的選擇
特殊用途發電機組的開發和應用，擴大了柴油發電機組的應用范圍，拓展了用戶的選擇空間。如適合于特殊噪聲要求場合的防音型發電機組；城市范圍內的短距離應急供電或工程事故搶修供電的防音型拖車發電機組；自備動力，適合于城市范圍遠距離移動應急供電的車載電站；適合放置大型發電機組，同時具有防音效果的集裝箱發電機組。
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1、使用環境
不同的工作環境會影響發電機組的輸出功率。工作環境主要包括環境溫度、海拔和相對濕度。當環境溫度、海拔過高時，空氣密度降低，發電機組運行時燃燒所需氧氣供應量減少，發電機組的輸出功率應做相應的下調。換而言之，選用的發電機組功率要比負載的功率絕對值高。柴油發電機組的額定功率是在標準狀態環境下滿負載運行時測得，即：進氣溫度為27℃，海拔為152.4m，相對濕度為60％。當超過該標準時，標定功率就要有所折扣了，具體的折扣計算方法見本章內容。
值得注意的是，電控柴油機采用了電子噴油控制技術，通過對安裝在發電機上的電子控制單元對進氣歧管的進氣壓力、燃油溫度的精確測量，控制每個噴油器的噴油正時和噴油量，使得發電機組在非標準環境下有較小的功率下降。
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2、負載的類型
不同類型的負載對發電機組容量要求相差是很大的，負載類型一般分為電阻性、電感性等線性負載與內含整流電路的非線性負載（又稱整流性負載）。阻性負載如燈泡、電爐子、烤箱等，感性負載如空調、機床、水泵等，非線性負載如ups、電子計算機、程控交換機、plc設備等。帶電阻性負載時，發電機組的容量只需要略大于負載功率。但是在帶電感性負載和非線性負載時，容量就需重新計算。
（1）電感性負載對容量的影響
電感性負載（如三相籠型異步電動機）的特性是當啟動時有很大的電流，而且功率因數大大低于正常運轉值。如果直接啟動，啟動電流值為正常運轉時的5～7倍，這就要求發電機組容量足夠大滿足其啟動要求。但是隨之而來的問題是發電機組的功率選大了，而正常運行時功率又遠小于發電機組額定值，這顯然是不經濟的。
例如：發電機組帶一臺額定功率p＝55kw，滿載穩定運行時電壓u＝380v、功率因數pf＝0.89、效率η＝92％、啟動電流值為額定時5倍的三相異步電動機時，
其額定電流值為
若根據電流值選擇發電機組時，可確定額定電壓為380v時，最大輸出電流值為126a，功率為70kw的三相柴油發電機組。
由于啟動電流i啟＝5·i＝510a，為了滿足啟動要求，不得不選擇最大輸出電流值為532a，功率為300kw的發電機組。顯然，發電機組功率變大了，而正常運行時功率又遠小于額定功率，非常不經濟。為了減小電動機啟動時的影響，往往采用降壓啟動的方法，就是在啟動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，待電動機轉速接近穩定時，再把電壓恢復到正常值。一般有以下幾種降壓方法：
① 星形-三角形（y-δ）換接啟動；
② 自耦降壓啟動；
③ 電抗降壓啟動；
④ 軟啟動；
⑤ 變頻啟動。
其中y-δ法的啟動電流為直接啟動電流的1/3；自藕降壓啟動法的設備具有抽頭根據啟動轉矩的要求得到不同電壓；電抗降壓啟動電流按其端電壓的比例降低；延邊三角形啟動電流一般為直接啟動時的1/2。具體的操作方法可在電工手冊上查得。
（2）非線性負載對容量的影響
非線性負載（如電子計算機等）設備都有啟動沖擊電流、諧波反饋、電流突變等干擾，而且往往對發電機組電壓降值有很高的要求。由于柴油發電機組所送出的電源本身不但電壓畸變度大，而且隨著發電機組的額定輸出功率容量的減小，其內阻增大的矛盾會顯得更加突出。當帶電阻性負載時，這種影響比較小。然而，在帶計算機和通信設備這種整流濾波型負載或ups時，會影響負載的正常運行乃至使用壽命。雖然康明斯電力技術有限公司的發電機組有著優良的電氣性能，但出于安全考慮仍應把容量選得大一些。
在電壓降的要求上，大容量發電機組帶較小的負載產生電壓降較小，pmg比shunt小得多，當shunt無刷自勵式發電機組帶無輸入濾波器的ups時，往往要求容量為ups容量的2～2.5倍。選擇帶高效輸入濾波器的ups或帶pmg永磁式發電機組則容量匹配可以非常接近。
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總之，計算發電機組容量時應明確各個負載的性能，以做出正確的選擇，幾種負載的參考特性參數見表1。
表1 不同負載時的啟動電流和運行電流
負載電流
啟動時
正常運行時
燈泡/電熱器等（電阻性負載）
1倍
1倍
熒光燈/水銀燈等（鹵素負載）
2.1～2.8倍
1.2～1.8倍
鉆孔機/噴沙機等（交流整流負載）
2.0～3.0倍
1.3～1.6倍
三相籠型異步電動機等（電感性負載）
5.0～6.0倍
1.3～2.0倍
3、其他考慮因素
根據現有負載進行計算發電機組容量后，還要加入其他考慮因素，如：是否有些負載可能發生過載的現象，今后是否有擴充負載的需要，建議根據自己的實際需要適量加大發電機組的容量。
另外，在經濟條件許可的情況下，建議采用2臺或多臺發電機組，其中一些發電機組用于敏感的負載（如電子計算機系統和其他電子設備），另一些發電機組則用于不敏感的負載（如電阻性負載和電動機）。防止由于電動機啟動時造成發電機組電壓波形畸變對敏感性負載的影響。
4、特殊用途發電機組的選擇
特殊用途發電機組的開發和應用，擴大了柴油發電機組的應用范圍，拓展了用戶的選擇空間。如適合于特殊噪聲要求場合的防音型發電機組；城市范圍內的短距離應急供電或工程事故搶修供電的防音型拖車發電機組；自備動力，適合于城市范圍遠距離移動應急供電的車載電站；適合放置大型發電機組，同時具有防音效果的集裝箱發電機組。
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