Как влияет генератор на работу двигателя: Неисправности генератора — признаки, диагностика, причины, проверка

Нестабильность частоты вырабатываемого тока, изменения которой почти всегда носят случайный характер, не поддаются научному объяснению, а потому не могут быть учтены и компенсированы, предопределило малую распространенность асинхронных генераторов в быту и народном хозяйстве.

Функционирование асинхронного двигателя как генератора на видео

Экспериментальные исследования электро-механических характеристик системы двигатель-генератор с возбуждением от постоянных магнитов

Целью исследований является изучение энергетической эффективности применения современных неодимовых магнитов во вращающихся преобразователях постоянного и переменного тока существующей конструкции для получения свободной энергии. В агрегате, состоящем из двигателя постоянного тока и генератора переменного тока, в качестве приводного двигателя был использован двигатель с ферритовыми постоянными магнитами и внешним охлаждением мощностью 2,5 лс, рассчитанный на напряжение до 130 Вольт, ток до 18,3 Ампер и скорость вращения до 6750 об/мин. 

В качестве генератора был использован трехфазный генератор компании TKM Electric Corp. Серии 244-1, модель 5К40028 на 400 Гц, мощность до 5 кВатт при 1714 оборотах в минуту и ток 13,8 Ампер. В роторе генератора были применены неодимовые постоянные магниты. Между двигателем и генератором использовалась клино-ременная механическая передача с передаточным отношением 1/6. Вид испытательного стенда приведен на фото №1.

В качестве измерительных приборов напряжения и тока использовались цифровые мультиметры типа DT9205A. Обороты двигателя измерялись инфракрасным цифровым тахометром типа DT – 2234C. Показания приборов снимались для шести значений оборотов вала генератора — 100, 200, 400, 600, 800 и 1000 об/мин. Все значения оборотов, напряжений и токов заносились в таблицы, по которым затем определялись расчетным путем значения мощностей и коэффициентов КПД и КПЭ. Под КПЭ следует понимать коэффициент преобразования, повышения в генераторе механической энергии, прикладываемой к его валу, в электрическую на его выходе. Сила магнитного поля неодимовых постоянных магнитов способна создавать в генераторе не только дополнительную электрическую энергию и повышать КПД всей системы, но и создавать избыточную энергию, превышающую энергию прикладываемую к валу генератора в несколько раз, что и характеризуется коэффициентом КПЭ.

Электрическая мощность, прикладываемая к валу генератора в такой системе, может быть рассчитана как разность между мощностью, потребляемой двигателем при нагрузке генератора и мощностью потребляемой двигателем на холостом ходу генератора. Источник питания будет при этом покрывать и собственные потери в двигателе, и механические потери в трансмиссии, и потери в генераторе. Поэтому, если пренебречь не столь значительными неэлектрическими потерями в генераторе на его холостом ходу, и из мощности, потребляемой двигателем под нагрузкой генератора, вычесть мощность холостого хода этого двигателя, то мы и получим электрическую мощность на валу генератора. Все электрические измерения проводились на шести скоростях вала генератора — 100, 200, 400, 600, 800 и 1000 об/мин, и сведены в таблицы 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 приложения. По числовым данным этих замеров были построены графические зависимости напряжения генератора, КПЭ и внутреннего КПД от тока нагрузки генератора, представленные на рисунках №1 и №2. Под внутренним КПД системы будем понимать отношение мощности, потребляемой двигателем на холостом ходу генератора, к мощности, потребляемой им под нагрузкой генератора при данных оборотах. Однако, в таком подходе определения этого КПД возникают тудности. В режиме холостого хода, для точного расчета КПД, нам нужно не учитывать потери энергии до вала двигателя, то есть неэлектрические(механические) потери в генераторе, а в режиме нагрузки надо не учитывать электрические потери в генераторе и трехфазном выпрямителе. Если механические потери в генераторе можно, при данной скорости, считать постоянной величиной, не зависящей от величины нагрузки, то электрические будут уже непостоянны и зависеть от тока нагрузки генератора. До вала генератора, при его загрузке,механические и электрические потери будут складываться и снижать КПД системы больше. Поэтому надо ожидать большого снижения КПД при больших нагрузках. Однако, при очень малых нагрузках генератора, электрическими потерями в нем можно также пренебречь. Поскольку нам не известны ни механические, ни электрические потери в генераторе, то будем пользоваться результатами измерений и расчетов без учета потерь в генераторе вообще. На рисунке № 1 приведены кривые внутреннего КПД системы для 800 и 1000 оборотов в минуту, они близки друг к другу и имеют спадающий характер. По сравнению с внешними характеристиками генератора на том же рисунке они имеют более резкий спадающий характер, что приводит к снижению КПД при максимальных нагрузках до 0,35(35%). Что же касается КПЭ, то он снижается более медленно и практически не зависит от оборотов двигателя. Его кривые идут параллельно кривым внешних характеристик, минимальное значение равно 0,77(77%) при максимальной нагрузке, а по мере её снижения возрастает до 0,96, 0,98(96,98%), приближается к единице, что говорит о поступлении энергии от генератора, доводящем, при совсем малых нагрузках, КПЭ до 0,99(99%). То есть энергия магнитного поля постоянных магнитов подпитывает систему, доводя КПД генератора почти до 100%. Без постоянных магнитов, ни теоретически, ни практически получить такой высокий КПД в генераторах невозможно. Поэтому не следует в таких генераторах путать КПЭ с КПД, внутри обычного генератора энергия только теряется, а при возбуждении от постоянных магнитов она воспроизводится с избытком, покрывает и его внутренние потери, и потери в системе, и может совершать полезную работу в нагрузке. С целью исследования возможности получения значений КПЭ больших единицы были проведены испытания генератора при пагрузках менее 25 Вт и двух значений частоты вращения — 800 и 1000 об/мин. Результаты этих испытаний сведены в таблицу №4, а графики представлены на рисунке №2.

Малые нагрузки сказываются как на внешних характеристиках генератора, так и на его КПД, внешние характеристики становятся более жесткими, и выходное напряжение генератора практически не зависит от тока нагрузки. Как при 800 об/мин, так и при 1000 об/мин, КПД близок к единице, а КПЭ возрастает от единицы, почти до четырех, и такое возрастание более резкое и нелинейное при 800 об/мин. Такое поведение системы можно объяснить различными скоростями изменения мощностей потреблямых двигателем и доходящих до вала генератора, и мощностей отдавемых генератором в процессе изменения его нагрузки. Для этого при 800 оборотах в минуту рассчитывались, во всем диапазоне мощностей нагрузок генератора, приращения мощностей как двигателя, так и генератора, которые сведены в таблицу №5. На основании этих приращений, характеризующих скорости изменения мощностей, были построены графики этих приращений как для двигателя, так и для генератора, представленные на рис.№3. Оказалось, что эти нелинейные кривые пересекают друг друга. При малых нагрузках скорость изменения мощности генератора превышает скорость изменения мощности двигателя. В этих пределах КПЭ больше единицы. При больших нагрузках скорость изменения мощности двигателя превышает скорость изменения мощности генератора, в этих пределах КПЭ меньше единицы. Такая разница в скоростях изменения мощностей видимо объясняется разными зависимостями их мощностей от параметров. Так, мощность на валу двигателя линейно зависит от вращающего момента и частоты вращения, а выходная мощность генератора зависит от квадрата его выходного напряжения, о чем и свидетельствуют нелинейные графики на рис. №3. Квадратурная зависимость приращения мощности генератора придает квадратурный характер и линейному приращению мощности двигателя. Поэтому даже в системе с боьшими внутренними потерями и мягкой внешней характеристикой генератора можно получить высокий КПЭ при малых нагрузках, что свидетельствует о получении значительной электрической энергии из магнитного поля постоянных неодимовых магнитов.

На примере данной системы двигатель-генератор с серийными генератором и двигателем можно расчетным путем оценить энергетическую эффективность влияния вносимых изменений в их электрические и механические параметры, что интересно при создании специальных конструкций таких электрических мащин. Поскольку все три части системы соединены последовательно и по разному влияют на систему в целом, то такую энергетическую оценку следует производить отдельно для каждой части. Причем не только с точки зрения потерь энергии, но с учетом её производства в генераторе. Самые большие потери энергии происходят в трансмиссии при передаче механической энергии от вала двигателя к валу генератора. Эти потери можно просчитать по данным холостого хода системы. В режиме холостого хода генератора при 800 об/мин и соединении валов двигателя и генератора с клиноременной передачей, двигатель потребляет от источника питания мощность в 253,12 Вт, а при снятом ремне этой передачи, когда вращается только один двигатель, он потребляет 62.4 Вт. Без учета сравнительно малых механических потерь в генераторе , потери в клиноременной передаче составляют 190,72 Вт. Оценить влияние потерь в двигателе, которые обусловлены в основном электрическими потерями, в двигателе постоянного тока можно по величине его активного сопротивленя якорной цепи (возбуждение от постоянных магнитов). Данный двигатель имеет активное сопротивление этой цепи, равное 1,8 Ом. С целью выяснения влияния потерь в этой цепи на КПЭ и КПД системы, снизим это сопротивление до 1 Ома. В таблице №6 приведены данные расчетов этих величин при 800 об/мин, как для малых, так и для больших нагрузок генератора. На рис.№4 построены кривые зависимостей КПЭ и КПД для всего диапазона нагрузок. Рассмотрение этих кривых показывает, что существенное повышение КПЭ с 3,92 до 7,23 при сопротивлении в 1 Ом происходит только при самой малой нагрузке в 7 Вт, а при больших нагрузках рост КПЭ незначителен. При нагрузках 25 Вт и более КПЭ лежит ниже единицы и практически не зависит от активного сопротивления якорной цепи двигателя. Следует ожидать существенного влияния на КПЭ и КПД характера нагрузочной характеристики самого генератора, как источника внутренней энергии в системе. Настораживает мягкость внешней характеристики данного генератора, изображенной на рис.№1. При 1000 об/мин и токе 4,25 Ампер напряжение генератора падает с 137 Вольт до 106,8 Вольт, то есть снижается на 30,2 Вольта (Табл №3). И это при номинальном токе генератора в 13,8 Ампера, когда следует ожидать еще больших падений напряжения. Внешняя характеристика генератора оказадась не только мягкой, но и существенно нелинейной, особенно при малых токах нагрузки. Так, при нагрузках менее 25Вт напряжение падает с 112 до 104,7 Вольт со скоростью 14,6 B/А, а при больших нагрузках от 25 до 250Вт напряжение падает с 104,7 до 86,8 Вольт со скоростью 5,42 В/А. Ппри малых токах нагрузки напряжение оказывается значительно выше, возрастает с уменьшением нагрузки, и это, из-за более высокого напряжения, объясняет преобладание электрической мощности генератора над мощностью двигателя (механической на его валу) — Рис.№3, что и выражается в повышениях КПЭ до 3,92. Рассчетно оценим влияние на КПЭ и КПД более жесткой внешней характеристики генератора в данной системе, когда напряжение во всем диапазоне нагрузок не будет так падать, а будет выше на 30 — 33,3 % и, соответственно, будет выше и выходная мощность генератора. Расчеты будем вести для 800 об/мин при постоянстве мощности на валу генератора и во всем диапазоне нагрузок от 7 до 250 Ватт. Результаты этих сравнительных повышений жесткости внешней характеристики генератора приведены в таблице №7, а поведение при этом кривых КПЭ и КПД изображено на рис. №5. Внутренний КПД системы остается близким к единице и мало изменяется, а вот КПЭ во всем диапазоне нагрузок, а не только при малых нагрузках, становится большим единицы, хотя при малых нагрузках по прежнему наблюдается его резкое повышение до 5,23. Таким образом мы можем уже говорить о возможности самовращения генератора электродвигателем, питаемым избыточной энергией генератора. По новым значениям мощности генератора и КПЭ была рассчитана и мощность такого приводного двигателя, приведенная также в таблице №7, и мощность на его валу с учетом его КПД=80%. Полезная мощность в нагрузке генератора, как разность между его выходной электрической мощностью и механической на его валу (эквивалентной электрической на валу приводного двигателя) при этом лежит в пределах 6,21 — 67,93 Ватт. Однако опасно, при самовращении данного генератора, превышать мощность нагрузки в 250 Ватт, когда КПЭ очень близок к единице, что приведет к остановке двигателя. Холостой ход системы менее опасен, поскольку полезная мощность, с уменьшением нагрузки, падает, и наступает баланс этой малой полезной мощности, с мощностью механических потерь в системе. Двигатель не пойдет вразнос, но будет продолжать вращаться, покрывая потери энергии в системе.

Теперь рассмотрим нашу систему в целом, как с точки зрения закона сохранения энергии, так и с точки зрения закона её получения в генераторах на постоянных магнитах. Следует отметить, что закон сохранения энергии говорит только об одном источнике энергии, одном потребителе и потерях энергии между ними, поэтому он применим в нашем случае от источника питания двигателя до вала генератора, и от генератора, как источника питания, до его нагрузки. В этих двух частях системы участвуют две электрические машины — двигатель и генератор, в них обеих имеются потери энергии, и если они одинаковы и составляют около 20% от их мощности, то они одинаково уменьшают как мощность на валу генератора, так и его выходную мощность, и влиять на КПЭ не могут. Но в части нашей системы, до вала генератора, имеется существенный источник потерь, это клино-ременная передача. Потери в ней можно уменьшить или вообще устранить, но в любом случае, поскольку система состоит из последовательно соединенных элементов, эти потери можно без нарушения закона сохранения энергии перемещать внутри всей системы. От источника питания двигателя до нагрузки генератора. Тогда будем считать потери энергии в трансмиссии полезными и приплюсуем их к выходной мощности генератора. Тогда при нагрузке 250Вт выходная мощность генератора увеличится, согласна Табл.№3 при 800об/мин, с 174,82Вт до 365,54Вт, а КПЭ станет равным 1,77, а при нагрузке в 25Вт выходная мощность увеличится с 15,7Вт до 206,42Вт, а КПЭ станет равным 12,5. В системе двигатель — генератор выходная мощность генератора, без режима самовращения, расходуется в первую очередь на покрытие потерь в системе, а затем расходуется полезным образом в нагрузке. В режиме же самовращения часть избыточной выходной мощности генератора поступает на приводной электродвигатель. Полезная мощность в нагрузке уменьшается. Согласно таблице №3, при нагрузке в 250 Вт, необходимая для самовращения мощность на валу генератора равна 206,29 Вт, полезная мощность будет 158,84 Вт. Это очень малая полезная мощность для генератора в 5КВт, но она все же существует, и позволяет говорить о возможности самовращения генератора с одновременным питанием и двигателя и нагрузки. При нагрузке более 250Вт, КПЭ станет равным единице, генератор перестанет выдавать избыточную мощность для самовращения и остановится, однако сможет работать как обычный генератор с обмоткой возбуждения, но с повышенным КПД, при питании двигателя от внешнего источника питания.

Мягкость внешней характеристики генератора, сильная зависимость КПЭ от тока нагрузки, и малая выходная мощность генератора, говорят о низкой эффективности получения электрической энергии, в данном генераторе, из сильного магнитного поля неодимовых магнитов. Классическая конструкция генератора не позволяет получить в нем высокую энергетическую эффективность преобразования механической энергии в электрическую. Для повышения такой эффективности и получения высоких КПЭ при больших нагрузках генератора, следует увеличивать в нем потокосцепление между магнитными полями магнитов и обмоток, снижать в магнитной цепи магнитные сопротивления, а в электрической цепи активные и реактивные сопротивления. Во всей системе преобразования следует уменьшать механические потери как в трансмиссии, так и в электрических машинах, то есть создавать специальные электрические машины.

Игорь Васильевич Сурант

Igor V. Surant

[email protected]

Что только не придумает человечество, для своего удобства, а попросту говоря для лени матушки? Теперь и двери за собой закрывать совсем не обязательно, за Вас это сделают дверные доводчики. Дверные доводчики GEZE с доставкой в любой регион Украины Вы найдете на сайте компании ПластМаркет, именно этим и занимающейся.

Электродвигатель как генератор — ООО «СЗЭМО Электродвигатель»

Всем известно, что работа электродвигателя – это преобразование электрической энергии в механическую. Удастся ли заставить его преобразовывать механическую энергию в электрическую, чтобы использовать электродвигатель как генератор? Благодаря действующему в электротехнике принципу обратимости это возможно. Но нужно четко знать принцип работы агрегата и создать условия, способствующие превращению.

Законы, позволяющие использовать асинхронный электродвигатель как генератор

В генераторе напряжение, обычно подаваемое с аккумулятора, возбуждает в обмотке якоря магнитное поле, вращение же обеспечивается любым физическим устройством. В электродвигателе возможность подачи напряжения на обмотку якоря не предусмотрена. Чтобы он не поглощал, а вырабатывал электроэнергию, магнитное поле необходимо создать искусственно.

В асинхронном двигателе вращающееся магнитное поле ротора «отстает» от поля статора, обеспечивая процесс перехода электроэнергии в механическую энергию. Следовательно, чтобы запустить обратный процесс, нужно сделать так, чтобы поле статора вращалось медленнее поля ротора, либо чтобы оно вращалось в противоположную сторону.

Способы переделки электродвигателя в генератор

Есть два способа «регулировки» магнитного поля статора.

Торможение реактивной нагрузкой

Сделать это можно с помощью мощной конденсаторной батареи. Включите ее в цепь питания двигателя, который работает в обычном режиме. Заряд, накопленный в батарее, будет в противофазе с зарядом, создаваемым питающим напряжением, что приведет к замедлению последнего. После этого двигатель вместо поглощения тока начинает генерировать его, отдавая в сеть.

Любой транспорт на электротяге работает именно благодаря этому эффекту – при «самостоятельном» движении под уклон механическая энергия не требуется, и конденсаторная батарея автоматически подключается к цепи питания. Вырабатываемая энергия подается в сеть, чтобы затем опять преобразоваться в механическую.

Самовозбуждение электродвигателя

Остаточное магнитное поле ротора может произвести ЭДС, достаточное для зарядки конденсатора. Вследствие этого возникает эффект самовозбуждения, что делает возможным переход двигателя в режим генерации электроэнергии. Непрерывность этого процесса обеспечивает конденсаторная батарея, подпитывающаяся от произведенного тока.

Этот способ является более действенным, и именно он подходит, если вы хотите применить асинхронный электродвигатель как генератор.

Что нужно знать, чтобы электродвигатель работал как генератор

При переделке двигателя в генератор следует учитывать следующие технические детали:

• Не пытайтесь использовать электролитические конденсаторы – они не пригодны для подключения в цепь. Вам нужны неполярные конденсаторные батареи.
• В трехфазных машинах конденсаторы могут включаться по схеме «треугольник» или «звезда». В первом случае величина напряжения на выходе выше, а во втором генерация начинается на меньших оборотах ротора. Выбирайте оптимальный для достижения вашей цели вариант.
• Однофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором тоже могут генерировать электроэнергию. Запуск осуществляется с помощью фазосдвигающего конденсатора.

Поскольку определить необходимую величину емкости конденсаторной батареи невозможно, остается подбирать ее по весу – он должен быть равен весу двигателя или слегка превышать его.

Насколько эффективно использование электродвигателя в качестве генератора

У использования электродвигателя как генератора есть свои «плюсы»:

• Агрегат достаточно прост в обслуживании и экономичен, поскольку конденсатор получает энергию от остаточного поля ротора и от вырабатываемого тока.
• Практически отсутствуют «побочные» траты энергии на магнитные поля или бесполезный нагрев.

И «минусы»:

• Преобразованный в генератор двигатель чувствителен к перепадам нагрузки.
• Частота вырабатываемого тока часто нестабильна.
• Такой генератор не может обеспечить промышленную частоту тока.

Если в вашем случае преимущества перевешивают недостатки, то применение асинхронного генератора целесообразно.

Переделка автомобильного генератора в мощный электродвигатель

Переделываем генератора в мощный электродвигатель

Смотрите видео

Факторы, влияющие на номинальную мощность генератора

Все электрические приборы имеют определенные условия, при которых они функционируют на оптимальном уровне. Любые колебания в этих условиях могут привести к снижению эффективности работы приборов. Электрогенераторы не являются исключением. Генераторы обычно проектируются для наиболее эффективной работы на уровне моря или вблизи него при стандартных условиях температуры и давления (STP).

Любое отклонение от условий STP может повредить генераторы и вызвать снижение выходной мощности.В экстремальных обстоятельствах генераторы могут полностью перестать работать. Для большинства приложений многие из этих факторов относительно минимальны, если только генераторная установка не работает на высоте более 5000 футов над уровнем моря или не имеет температуры окружающей среды, которая остается выше 100 градусов по Фаренгейту в течение значительного периода времени. Следует проявлять особую осторожность, чтобы компенсировать эти типы крайностей, о чем подробнее говорится ниже.

Факторы окружающей среды, влияющие на работу генератора

Температурные условия окружающей среды чрезвычайно важны для правильного зажигания и работы генератора.Всем генераторам, независимо от топлива, на котором они работают, требуется достаточное количество воздуха для сгорания. Пониженный уровень воздуха может привести к сбою при запуске. В дизельных двигателях воздух и топливо смешиваются вместе. Сжатый воздух нагревается, и при достижении пиковой температуры и давления впрыскивается дизельное топливо, которое затем воспламеняется при данных условиях. В генераторах, работающих на бензине, смесь воздуха и топлива вводится одновременно с помощью карбюратора, и возникает искра для зажигания двигателя. Однако в обоих случаях для правильного запуска и работы требуется соответствующий уровень воздуха.

Высота

На большой высоте давление воздуха падает, что снижает плотность воздуха. Это может создать проблемы с запуском генератора, если не учитывать это, поскольку воздух имеет решающее значение для воспламенения в любом типе генератора. Другой фактор, на который влияют, — это наличие окружающего воздуха, способствующего отводу тепла от генератора. В процессе сгорания создается много тепла, которое необходимо отвести в окружающую среду, чтобы снизить температуру двигателя.На больших высотах из-за низкой плотности воздуха рассеяние тепла происходит гораздо медленнее, чем на уровне моря, что приводит к высокой температуре двигателя в течение длительного периода времени. Двигатель остается горячим, и в таких случаях часто возникает перегрев.

Температура

Высокие температуры также связаны с более низкой плотностью воздуха и могут вызывать аналогичные проблемы с воспламенением из-за недостаточной подачи воздуха. Это может обременить двигатель, который заставляет себя передавать мощность, для которой он предназначен.Однако из-за недостаточного количества кислорода, доступного для горения, этого не происходит. Во многих таких случаях двигатель перегревается, а иногда и вообще выходит из строя.

Влажность

Влажность — это мера содержания воды в заданном объеме воздуха. В условиях экстремальной влажности водяной пар в воздухе вытесняет кислород. Низкий уровень кислорода ухудшает воспламенение, поскольку кислород — это элемент воздуха, который воспламеняется в двигателе для сжигания топлива.

Генераторы рейтинга

бывают разных размеров. Каждый из них предустановлен на определенный выходной уровень. Генераторы выбираются и устанавливаются с учетом требований к мощности любого объекта. Типичный генератор идеально настроен на работу на 80% от своей мощности для непрерывного использования. В экстренной ситуации его можно использовать для 100% эффективности. Различные компании, производящие генераторы, теперь разработали стандартные рейтинги для этих генераторов, которые дают покупателю представление о фактической мощности генератора.В соответствии с требованиями потребителя он может затем сделать выбор между доступными брендами, поскольку емкость каждого бренда стандартизирована в соответствии с международными стандартами. Также просмотрите раздел «Определение размеров генератора» для получения дополнительной информации о том, какая мощность генератора подходит для различных нужд и ситуаций, когда необходимо использовать резервное питание.

Генераторы с понижением мощности

Выше мы видели, как нестандартные условия окружающей среды могут снизить выходную мощность генератора.Как в таких случаях угадать новые уровни выхода? Метод, называемый «снижение номинальных характеристик», используется для определения производительности генератора в новых условиях окружающей среды. Википедия определяет снижение номинальных характеристик как «метод, применяемый в электрических и электронных устройствах, при котором устройства работают с рассеиваемой мощностью меньше их номинальной максимальной мощности».

Снижение номинальных характеристик генератора зависит от производителя устройства. Разные производители создают генераторы с использованием материалов из разных источников.Кроме того, разработки дизайна не похожи друг на друга, как и во многих случаях техника. Все это может способствовать повышению общей эффективности генератора. Следовательно, снижение мощности генератора зависит от производственного процесса. У разных производителей разные коэффициенты снижения мощности для оценки выходной мощности генератора в нестандартных условиях окружающей среды.

Однако можно использовать общую формулу для вычисления близких оценок уровней выпуска. Стандартная формула снижения номинальных характеристик утверждает, что на каждые 1000 футов над уровнем моря мощность бензинового, дизельного или сжиженного пропана обычно снижается на 2–3% от его стандартной мощности.В случае генераторов, использующих природный газ, коэффициент снижения мощности обычно приближается к 5%.

Проблемы с топливом

Консультации — Специалист по спецификациям | Рейтинг генераторов

Участники Круглого стола (слева направо)

• Брайан Арцер, вице-президент, Henderson Engineers Inc., Ленекса, Канзас
• Дэвид Дж. Куртеманш, ЧП, директор, X-nth, Бостон
• Роза Лазебник, ЧП, менеджер по электротехнике, Primera, Чикаго
• Мак Вагнер, ЧП, заместитель главного инженера-электрика, Stanley Consultants, Маскатин, Айова

CSE: Каковы критические параметры для номинальных характеристик генератора?

Дэвид Кортеманш: Все критические параметры для определения мощности генератора начинаются с нагрузки, которую необходимо обслуживать.К этим параметрам относятся: величина нагрузки в кВт и кВА; максимально допустимые провалы напряжения и частоты, которые может выдержать нагрузка; тип нагрузки, такой как двигатели, освещение, ИБП, частотно-регулируемый привод и т.д .; характер обслуживания, ожидаемого от генератора, то есть является ли это резервным источником питания или генератор является единственным источником питания для этой нагрузки; любые потребности в резервных мощностях для будущих нагрузок; и, конечно же, требования к напряжению, фазе и частоте. Все эти параметры могут повлиять на выбор генератора.

Роза Лазебник: Параметры генераторной установки обычно публикуются производителями в соответствии со стандартами производительности EGSA (Electrical Generating Systems Assn.), Pub. 101P-1995, и Guideline Specifications, Pub. 101С-2005а. Технические характеристики включают номинальную мощность в кВт при коэффициенте мощности 0,8, конфигурацию системы напряжения и частоту.

Дополнительные параметры включают режим работы, продолжительность работы и возможность перегрузки. Для этих параметров определены следующие номиналы: аварийный режим ожидания, ограниченное время работы, основная мощность и промышленный.

Для правильного выбора рабочего режима критически важно определить конкретные типы нагрузки, которую должен обслуживать генератор, пиковое потребление, требуемые часы работы в год и требуемые ограничения для условий запуска и приема нагрузки. Например, время запуска агрегата и принятие нагрузки для генераторов, предназначенных для работы в аварийных условиях, определены NFPA 101 и Национальным электрическим кодексом и не должны превышать 10 секунд. Требования к продолжительности работы и перегрузке различны для генераторов, работающих в аварийном режиме ожидания или в режиме основного питания.Для правильного выбора генератора важно правильно определить, сколько часов в год генератор будет работать: будет ли он постоянно подключаться к электросети (когенерация), обеспечивать электроэнергией объект без электросети или работать только ограниченное количество часов во время отключения электроэнергии?

Брайан Арцер: Основные производители генераторных установок обычно предоставляют соответствующие резервные и основные номинальные параметры для большинства генераторных установок, которые могут применяться в этих приложениях. Эти рейтинги установлены международными стандартами, которым должны соответствовать все производители, поэтому их можно использовать для сравнения.Таблицы данных производителя включают рейтинги, данные испытаний прототипа и другие критерии эффективности. Таблицы данных обычно доступны онлайн или легко доступны у производителя для большинства приложений.

Информация об ограниченном времени работы и номинальной базовой нагрузке обычно недоступна. Приложения, которые действительно приводят к этим показателям, потребуют более прямого контакта и координации с производителем генератора. Рейтинги с ограниченным временем работы обычно включают приложение для управления нагрузкой, такое как сокращение пиков, сокращение нагрузки и когенерация.Помимо приложений энергоснабжения, номинальные значения базовой нагрузки могут также применяться к приложениям когенерации или основным источникам энергии.

Mak Wagner: Существует несколько номинальных параметров генератора (выходная мощность, напряжение, частота и режимы нагрузки), которые имеют решающее значение для проектов применения генератора. Генераторы предназначены для обеспечения заданной выходной мощности при номинальной основной частоте 50 или 60 Гц. Выходная мощность и режим работы генератора должны быть правильно выбраны для удовлетворения требований подключенных нагрузок.Относительный размер подключенной нагрузки по сравнению с мощностью генератора влияет на производительность генератора. Слишком большая нагрузка на генератор может привести к тому, что генератор не запустится при необходимости. Слишком низкая нагрузка приведет к ухудшению рабочих характеристик и высоким требованиям к техническому обслуживанию. Выходное напряжение и частота генератора также должны работать в допустимых пределах подключенной системы.

Имейте в виду, что номинальные характеристики генератора основаны на определенном наборе стандартных условий окружающей среды, таких как максимальная температура окружающей среды 40 C и высота менее 3300 футов (1000 метров) над уровнем моря (согласно NEMA MG1).Температура окружающей среды выше 40 C и высота над уровнем моря выше 3300 футов повлияют на работу генератора и могут потребовать снижения номинальных характеристик генератора. Соответствующие коэффициенты снижения номинальных характеристик см. В технических характеристиках производителя генератора. Как видите, любой из этих параметров мощности генератора может иметь решающее значение для проекта генератора.

Artzer: Наиболее распространенными номиналами генератора являются резервный и основной. Номинал в режиме ожидания предназначен для подачи аварийного питания на время нормального отказа источника питания от электросети.По существу, у резервного генератора нет перегрузочной способности. Основной рейтинг — это максимальная мощность, доступная при переменной нагрузке в течение неограниченного количества часов. Кроме того, возможность перегрузки 10% также доступна в течение ограниченного времени. Ограниченное время работы и базовая нагрузка (непрерывная) — это другие примеры номинальных значений генератора, но они указываются реже. Эти рейтинги определены международными стандартами, которым обязаны следовать все производители в отношении опубликованных данных о характеристиках своего оборудования.

генераторов основаны на их способности выдавать определенное количество энергии в течение ожидаемой продолжительности или количества часов в году. Как правило, генератор может обеспечивать большую мощность в течение ограниченного количества часов в год или меньшую мощность непрерывно. Ожидаемая продолжительность использования генератора в течение года является ключевым фактором при выборе соответствующего рейтинга. Еще одним ключевым фактором является определение того, доступен ли обычный источник энергии (или другой надежный источник энергии), или генератор является единственным источником энергии для объекта.Многие генераторы имеют как резервные, так и основные номиналы для одного и того же набора, поэтому также необходимо учитывать и оценивать долю постоянных и переменных нагрузок, чтобы определить, какой размер будет применим для каждого номинала.

Применимые коды — еще один фактор при определении номинальных размеров генератора. Системы экстренной помощи (NEC 700) должны быть рассчитаны на подключенную нагрузку, если приложение не является приложением NEC 517 для здравоохранения; в этом случае нагрузка рассчитывается на основе ожидаемых уровней нагрузки и разумного проектирования.Если применяется система NEC 701, требующаяся по закону, генератор рассчитан на нагрузки, которые, как ожидается, будут работать одновременно. Для необязательного выбора резервных параметров код требует соответствия расчетам NEC 220 или другим органам, имеющим принятый в юрисдикции процесс расчета / определения размеров.

Наконец, при первоначальном выборе генераторной установки или рекомендациях необходимо также учитывать запасные или будущие мощности, при этом балансируя первоначальные затраты владельца и долгосрочные потребности.

CSE: Исходя из вашего опыта, достаточно ли подробностей в рейтингах производителей, чтобы вы могли принимать обоснованные решения? Почему или почему нет?

Wagner: Иногда да, а иногда нет, в зависимости от требований проекта.Для простого проекта достаточно информации, указанной на паспортной табличке, и опубликованных производителем данных генератора. Для более сложного проекта (проект, включающий более крупные генераторы и / или объединение энергосистемы), также могут потребоваться данные о производительности генератора, электрические характеристики, кривые мощности, система возбуждения и регулятора, характеристики нагрузки системы и данные энергосистемы энергосистемы, даже до торгов. . Эти данные иногда труднее получить, но производитель обычно предоставляет эти данные, если они вам потребуются в рамках подачи заявки на проект.Для генераторов меньшего размера (двигатель стандартной конструкции) «типовые данные» должны быть более доступными. Понимание стандарта номинальных характеристик генератора (например, NEMA MG1), требований к заявке на проект и типа необходимых данных двигателя, а также работа с представителем производителя генератора помогут обеспечить успех проекта.

Courtemanche: Я обнаружил, что строго с точки зрения генераторов, информация о производстве отдельных листов обычно ограничивается мощностью в кВт, кВА, напряжением, фазой и частотой генераторных установок, которые они предлагают.Хотя это необходимая информация для любого проекта, одной только этой информации недостаточно, чтобы определить, правильно ли рассчитан размер генератора для конкретного приложения. К счастью, основные производители генераторных установок предоставляют программное обеспечение для расчета размеров, которое позволяет инженеру моделировать все параметры нагрузки и выбирать оптимальную генераторную установку для проекта.

С точки зрения другой информации, необходимой для проектирования и проектирования генераторной установки, по крайней мере, основные производители предоставляют достаточно полную информацию, включая физические размеры и вес, требования к воздуху, информацию о шуме, информацию о выбросах, расход топлива и требования к подключению.

Lazebnik: Технические данные производителя содержат основную информацию о номинальных характеристиках, размерах, выбросах, данных и т. Д., Что достаточно для небольших генераторов с простыми нагрузками и предварительным планированием. Тем не менее, для большинства проектов процесс проектирования обычно требует от нас определения размера генераторной установки с использованием предоставленного производителем программного обеспечения или помощи производителя на основе профиля нагрузки и характеристик. После того, как выбран двигатель-генераторная установка, спецификации используются для определения требований к топливу, вентиляции / выхлопу и пространству.

CSE: Рассматривая генератор, вы должны обратить внимание на тип конкретного номинала, который вас интересует (резервный, основной и т. Д.), Который предоставляют производители. Их часто бывает сложно сравнивать. Как вы определяете, какой рейтинг вы действительно используете при выборе генератора?

Artzer: Перед тем, как выбрать какой-либо рейтинг, вы должны сначала определить, как генератор будет использоваться. На несколько часов за раз? Непрерывно в течение недели? В качестве основного источника энергии для объекта? Резервный генератор можно использовать непрерывно в течение нескольких дней, чтобы справиться с аварийным отключением, но при этом необходимо соблюдать экологические требования.Кроме того, после долгой эксплуатации следует проводить техническое обслуживание. Если перебои в работе на несколько дней случаются часто или если сбои происходят на несколько часов более или менее ежедневно, следует использовать размер генератора, основанный на его основном рейтинге.

Источник топлива и размер хранилища топлива важны при выборе типа мощности (то есть, какова возможность дозаправки в аварийных условиях), а тип оценки важен при выборе мощности генератора. Если план рассчитан на длительные периоды эксплуатации на регулярной основе, тогда предпочтительным вариантом может быть природный газ (если он используется для аварийных нагрузок, компетентный орган или AHJ должны будут одобрить его использование в качестве источника аварийного питания в соответствии с NEC 700. .12 (B) (3)), если дозаправка является проблемой, или большие резервуары для хранения нежелательны, или если нормы выбросов являются проблемой.

Следует сравнить опубликованные технические данные, чтобы облегчить процесс принятия решения. Расход топлива при ожидаемой нагрузке может повлиять на текущие эксплуатационные расходы. Различия в физических размерах могут повлиять на общие требования к пространству, особенно при установке в помещении. Данные о звуке или выхлопе могут быть важным фактором для вашего сайта. Другие технические отличия могут по-разному повлиять на ваше приложение.Дизайн помещения имеет решающее значение для обеспечения требований по воздуху для агрегатов.

После сравнения опубликованных технических данных необходимо учитывать другие факторы при определении того, какой рейтинг указать. Первоначальная стоимость и будущая мощность, вероятно, являются двумя важнейшими факторами, которые следует учитывать. Слишком большое внимание к любому из них, вероятно, приведет к почти противоположным результатам. Но поиск правильного баланса между первоначальной стоимостью и реалистичными будущими потребностями приведет вас к лучшей рекомендации.

Lazebnik: Я нашел некоторую техническую информацию производителя, которая определяет руководящие принципы номинальных характеристик генераторных установок и коэффициенты нагрузки для резервных, основных и продолжительных номиналов для их оборудования; однако, как вы заметили, это не всегда очевидно. Наилучший подход — определить предполагаемые или ожидаемые нагрузки и часы работы в год и проконсультироваться с представителем производителя для правильного выбора / определения размеров генератора, а также включить эти требования в спецификации для генератора.Обычно номинальные параметры резервного генератора подходят для работы в течение 400 часов в год или менее, в то время как основные номинальные параметры используются для более чем 400 часов работы при переменной нагрузке. Постоянные номиналы используются для работы с неизменяющейся базовой нагрузкой.

Courtemanche: Номиналы генераторов, с которыми я знаком, — это резервный, основной и непрерывный. По большей части, основные производители генераторов определяют их как:

• Резервный: с изменяющейся нагрузкой, работает на время нормального отключения источника, со средней мощностью 70% от номинального значения резервирования, до 500 часов в год.У этого устройства нет рейтинга перегрузки.
• Prime: с переменной нагрузкой работает в течение неограниченного времени, со средней мощностью 70% от основного номинала, пиковым потреблением 100% от основного номинала с 10% перегрузочной способностью в течение 1 часа из 12, но не более 25 ч в год.
• Непрерывно: с неизменной нагрузкой, работает неограниченное время, в среднем от 70% до 100% от непрерывной мощности, пиковый спрос составляет 100% от непрерывной мощности для всех часов работы. Нет рейтинга перегрузки.

Выбор используемого рейтинга зависит от того, как устройство должно работать. Например, для коммерческого объекта, полагающегося на генератор, обеспечивающий безопасность жизнедеятельности в случае выхода из строя энергосистемы, подойдет резервный блок. Для центра обработки данных или, возможно, объекта с соглашением об использовании генераторов для работы генераторов в периоды пиковой нагрузки, следует рассмотреть первичный рейтинг генератора, поскольку использование может превышать 500 часов в год. Для этой насосной станции в пригородах может потребоваться установка с постоянной номинальной мощностью, потому что это единственный источник энергии.

Как правило, для тех же генераторов резервный блок имеет наивысшую мощность в кВт; Prime будет иметь рейтинг примерно на 10% меньше, чем резервный, а постоянный будет оцениваться примерно на 10% меньше, чем Prime.

Wagner: Постоянные, основные или резервные характеристики генератора относятся к определению режима работы, в котором генератор будет работать. Работа выше этих рейтинговых определений приведет к сокращению срока службы и увеличению затрат на производство электроэнергии в год. Ниже приведены общие описания режимов работы, указанные производителем генератора (Caterpillar).В зависимости от производителя фактическое определение может отличаться от общих определений, представленных ниже.

• Рейтинг в режиме ожидания: Выход доступен с переменной нагрузкой на время отключения нормального источника питания. Генератор с номиналом в режиме ожидания обычно используется для резервного электроснабжения здания. (Типичный коэффициент нагрузки = 60% или меньше; Типичное количество часов в год = 500 ч; Типичное пиковое потребление = 80% номинальной ekW в режиме ожидания при 100% номинальной мощности, доступной на время аварийного отключения. ¹ )
• Prime Рейтинг: Выход доступен с переменной нагрузкой в ​​течение неограниченного времени. Генератор с основным номиналом обычно используется для тяжелых промышленных нагрузок, насосных станций, приложений для снятия пиковых нагрузок или когенерационных установок. (Типичный коэффициент нагрузки = от 60% до 70%; типичное количество часов в год = без ограничений; типичное пиковое потребление = 100% от основного номинала, используемого время от времени. ¹ )
• Continuous Рейтинг: Выход доступен без переменной нагрузки в течение неограниченного времени.Генератор с постоянным номиналом обычно используется для параллельной работы с энергосистемой, для выработки электроэнергии на месте или для когенерационных установок с базовой нагрузкой. (Типичный коэффициент нагрузки = от 70% до 100%; Типичное количество часов в год = без ограничений; Типичное пиковое потребление = 100% от непрерывного номинального значения, используется 100% времени. ¹ )

Эксплуатация генератора сверх ограничений, для которых он был разработан, приведет к сокращению срока службы и увеличению затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание.

CSE: Насколько вам нужно «снизить номинальную мощность» генератора, когда вы запитываете нагрузки с высоким уровнем гармоник, например источники бесперебойного питания (ИБП) или частотно-регулируемые приводы (VFD)?

Artzer: Не так много, как раньше.Коэффициент 1,8 часто использовался, когда ИБП составляли основную часть нагрузки. Теперь коэффициент больше похож на 1,2. Часто забывают о влиянии перезарядки аккумулятора. В системах ИБП и телекоммуникационных установках постоянного тока выпрямители часто переходят в режим зарядки, если использовалось какое-либо время работы от батареи, даже всего несколько секунд. Нагрузка по току зарядки основана на полной номинальной нагрузке, умноженной на 1,1–1,25, а не на фактической рабочей нагрузке. Например, шесть выпрямителей на 400 А, несущие нормальную нагрузку 200 А каждый (всего 1200 А), внезапно становятся нагрузкой 2640 А при нагрузке 110%.Используйте стандартные расчеты генератора и инструменты для определения размеров производителя. Затем проконсультируйтесь с производителем для вашего конкретного приложения.

Wagner: Не существует жесткого правила, на сколько нужно снизить номинальные параметры генератора при работе с нелинейными нагрузками, генерирующими гармоники. Нелинейные нагрузки могут вызывать вредные гармонические токи. Гармоники могут вызвать внутренний нагрев генератора, ограничивая его возможности и сокращая срок его службы. Для электрических систем, в которых уровень гармоник, воспринимаемых генератором, высок, может потребоваться значительное снижение номинальных характеристик генератора для предотвращения перегрева или преждевременного отказа генератора.Однако сначала необходимо устранить гармонические искажения или другие проблемы с качеством электроэнергии, чтобы ограничить снижение номинальных характеристик или увеличение мощности генератора. Например, обеспечьте фильтрацию или другие варианты ослабления гармоник, такие как разделительные трансформаторы в источнике искажений. Если нагрузки подключены линейно к шине генератора без нейтрали или питаются через трансформатор треугольник-звезда, любые тройные гармоники, вызванные нагрузкой, не воспринимаются генератором. Всегда лучше уменьшить гармонику за счет правильной конструкции, чем значительно увеличить размер генератора для компенсации гармонических воздействий.Значительное превышение размеров генератора сверх требований к нагрузке, как правило, снижает эффективность работы и увеличивает капитальные вложения, затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание.

Courtemanche: Лучший способ определить, на сколько необходимо снизить номинальные характеристики агрегата, чтобы справиться с гармоническими нагрузками, — это использовать программное обеспечение производителя генератора. Программное обеспечение позволяет вводить точный характер сигнатуры гармоник ИБП и частотно-регулируемого привода (6 импульсов, 12 импульсов, 18 импульсов, фильтры) и обеспечивает совместимость выбора.При этом, и в отсутствие какого-либо лучшего метода мне повезло выполнить предварительную оценку рейтинга генератора, используя следующее:

• 160% нелинейной нагрузки (ИБП, частотно-регулируемый привод, электронный балласт, освещение, офисное оборудование и т. Д.), Плюс 100% линейной нагрузки (двигатели, электрическое отопление и т. Д.) ИЛИ 115% от общей нагрузки, в зависимости от того, что больше.

Это обычно позволяет уточнить размер генератора, плюс или минус, от окончательного выбора, когда он рассчитывается с помощью программного обеспечения для определения размеров.

Lazebnik: Если размер генератора не определен и не выбран правильно, как генератор, так и нагрузки (особенно такие «богатые гармониками» нагрузки, как частотно-регулируемые приводы или ИБП) могут испытывать проблемы при работе от генератора. Генератор должен обеспечивать стабильную мощность с небольшими колебаниями напряжения и частоты, чтобы гарантировать стабильную работу частотно-регулируемых приводов или ИБП.

Следует учитывать размер блока и подключенные нелинейные нагрузки в зависимости от размера генератора. Когда подключено несколько крупных нелинейных нагрузок, генератор испытывает больше помех, чем когда в системе присутствует только несколько небольших частотно-регулируемых приводов или ИБП.

Как правило, генератор должен иметь такие размеры, чтобы нелинейные нагрузки не превышали 40% его мощности. Процент зависит также от типа и конструкции генератора и средств управления, в частности от регулирования напряжения. Например, изохронный регулятор скорости может помочь синхронизировать скорость генератора, тем самым ограничивая колебания напряжения до пределов, приемлемых для нормальной работы ИБП или частотно-регулируемого привода. Производители обычно выбирают генератор с повышением температуры до 105 F, изоляцией класса H и возбуждением генератора на постоянных магнитах (PMG).Некоторые опции (например, фильтры) могут быть указаны как часть частотно-регулируемого привода или ИБП, чтобы минимизировать их влияние на генератор. Наш опыт показывает, что наилучших результатов можно достичь, когда производители ИБП, частотно-регулируемых приводов и генераторов участвуют в начальных этапах проектирования. Они могут дать рекомендации, специфичные для проекта, для достижения наилучших результатов.

CSE: Принимая во внимание пусковую способность двигателя конкретного генератора, как убедиться, что вы можете запустить все двигатели, подключенные к генератору? Если, например, у вас есть генератор мощностью 65 кВт и двигатель мощностью 50 л.с., двигатель потребляет 65 кВт, поэтому теоретически генератор должен запускать и запускать двигатель.

Courtemanche: (Примечание: типичный двигатель мощностью 50 л.с. потребляет около 40 кВт, а не 65 кВт. В своем ответе я предполагал 40 кВт.) Опять же, но я не хочу об этом говорить, лучший способ гарантировать То, что выбранный вами генератор будет запускать и запускать нагрузки вашего двигателя, заключается в моделировании запуска и работы нагрузок с помощью вышеупомянутого программного обеспечения для определения размеров генератора.

Программное обеспечение позволяет указать тип двигателя, метод пуска и допустимые провалы напряжения и частоты, которые допускаются нагрузкой.Кроме того, способность генератора запускать двигатель или другую нагрузку с характеристиками броска тока зависит от SKVA (пусковая кВА) устройства. Рейтинг SKVA генератора в некоторой степени зависит от типа указанной вами системы возбуждения. Блок с возбуждением PMG будет предлагать больше SKVA, чем такой же блок со статическим возбуждением. Как видите, существует ряд переменных, которые необходимо учитывать, чтобы определить, что генераторная установка будет запускаться и работать с нагрузкой двигателя. И лучше всего использовать программное обеспечение, которое все это учтет.

Используя «эмпирические правила», чтобы оценить, может ли генераторная установка мощностью 65 кВт запускаться и работать с двигателем мощностью 50 л.с., я бы сказал, что это зависит от метода запуска. Для пуска через линию мое практическое правило заключается в том, что мощность генератора в кВА должна быть как минимум в 3 раза больше, чем у самого мощного пускового двигателя, поэтому потребуется генератор мощностью 120 кВт / 150 кВА. Для пуска с частотно-регулируемым приводом (без байпаса) мое практическое правило заключается в том, что мощность генератора в кВА должна быть как минимум в 1,6 раза больше, чем при пуске наибольшего двигателя, поэтому генератора мощностью 65 кВт / 81 кВА должно быть достаточно.

Чтобы проверить себя, я запустил эти два сценария с помощью программного обеспечения для определения размеров. Были выбраны генераторная установка мощностью 90 кВт с увеличенным генератором мощностью 145 кВА для запуска через линию и генераторная установка мощностью 50 кВт с генератором увеличенной мощности мощностью 88 кВА для запуска с частотно-регулируемым приводом.

Как видите, практические правила приблизят вас к цели, но программа для определения размеров поможет вам добиться успеха.

Wagner: Выполните исследование запуска двигателя с генератором (-ами) в качестве источника питания, используя программу анализа запуска двигателя.Цель исследования запуска двигателя двоякая: выяснить, может ли двигатель быть успешно запущен в соответствующих рабочих условиях, и посмотреть, серьезно ли запуск двигателя препятствует нормальной работе других нагрузок в системе. Во время периода пуска двигателя пусковой двигатель представляется системе как импеданс, подключенный к шине, который изменяется во времени, отражая запуск комбинации двигатель-нагрузка. Он потребляет большой ток из системы, обычно примерно в шесть раз превышающий номинальный ток двигателя, что приводит к падению напряжения в системе и нарушает нормальную работу других нагрузок системы.Поскольку момент ускорения двигателя зависит от напряжения на клеммах двигателя, в некоторых случаях пусковой двигатель может не достичь своей номинальной скорости из-за чрезвычайно низкого напряжения на клеммах. Общее правило при запуске ненагруженных асинхронных двигателей от генераторов заключается в том, чтобы падение напряжения не превышало 0,8 на единицу номинального напряжения. Однако, если двигатели нагружены перед запуском, особенно при работе других двигателей, может потребоваться меньший припуск. При работе в автономном режиме, изолированном от электросети, частота генератора также будет падать.Если частота двигателя-генератора падает слишком сильно (обычно примерно на 25% ниже номинальной частоты), двигатель-генератор может не восстановиться и отключится. Это требует выполнения анализа запуска двигателя.

По своей конструкции большинство современных генераторов с приводом от двигателя могут обеспечивать 300% номинальной кВА в течение 10 секунд. Для большинства асинхронных двигателей (запуск без нагрузки) этого времени достаточно, чтобы двигатель набрал номинальную скорость. Таким образом, как правило, размер генератора 2.5–3-кратная номинальная мощность двигателя в кВА должна обеспечивать требуемую пусковую кВА для успешного пуска двигателя.

Artzer: При выборе генератора двигатель и генератор должны быть рассчитаны на предполагаемую нагрузку или двигатель в этом случае. Пусковой «пусковой» ток для больших нагрузок двигателя оказывает большое влияние на размер генератора. Пусковая мощность может приводить к выходу генератора переменного тока соответствующего размера за пределы стандартного размера генератора, предлагаемого производителем для конкретной генераторной установки.Производитель часто может отрегулировать размер генератора переменного тока, если он соответствует стандартному размеру рамы для конкретной модели генератора. Заказные устройства могут быть не такими экономичными, как стандартные генераторные установки, предлагаемые с более крупными двигателями и генератором переменного тока.

Сетевым пускателям требуется большая пусковая мощность для преодоления генераторной установки. Уменьшение пускового тока может помочь уменьшить размер генераторной установки. Например, твердотельный пускатель снизит пусковой ток, но создаст искажение напряжения из-за тиристоров, которые обычно компенсируются генератором большего размера.ЧРП ограничивают ток и уменьшают пусковую мощность, но уменьшенный ток является нелинейным, что приводит к возникновению гармоник в системе. Поскольку частотно-регулируемые приводы являются нелинейными, им также может потребоваться дополнительная мощность генератора, чтобы поддерживать искажение напряжения на разумном уровне. Используйте стандартные расчеты генератора и инструменты для определения размеров производителя. Затем проконсультируйтесь с производителем для вашего конкретного приложения.

CSE: Как бы вы распределили нагрузки на генератор, чтобы он мог работать с большей аварийной нагрузкой?

Artzer: В некоторых случаях последовательность загрузки может помочь уменьшить размер генератора.Для этого необходимо иметь ступеньки нагрузки, чтобы минимизировать размер генератора. Шаги нагрузки могут быть выполнены с помощью нескольких безобрывных переключателей или других стратегий, таких как таймеры на пускателях двигателей или интеграция с BAS. Нагрузка с наибольшим пусковым «пусковым» током должна быть упорядочена так, чтобы она запускалась первой, а затем добавлялись оставшиеся ступени нагрузки, используя ту же самую концепцию «сначала двигатель». Шаги нагрузки в последовательности должны быть достаточно длинными, чтобы генератор восстановился перед добавлением следующего шага.Обычно это пара секунд для больших нагрузок оборудования.

Эта концепция работает, когда большие нагрузки двигателя запускаются, а затем работают непрерывно. Но когда существуют большие нагрузки двигателя с циклическим включением / выключением, систему все равно необходимо подбирать так, как если бы она была последней нагрузкой, которая запускалась с уже включенными другими нагрузками. Однако при циклической нагрузке двигателя снижение пускового тока (и пусковой мощности) за счет использования твердотельного пускателя с байпасным контактом также может помочь уменьшить общий размер генератора.

Кроме того, при упорядочивании загрузок необходимо учитывать приоритет загрузки. Например, в больнице нагрузки системы экстренной помощи, состоящие из систем безопасности жизнедеятельности и критических нагрузок ответвления, обычно имеют наивысший приоритет, поскольку они должны быть подключены в течение необходимых 10 секунд. Требования к кодексу для приоритета нагрузки также могут влиять на выбор системы генератора. В зависимости от размера системы, метод наибольшей нагрузки может по-прежнему применяться после включения нагрузок, требуемых кодом, чтобы помочь в определении размера системы в целом.

Когда присутствуют большие продолжительные нагрузки двигателя, правильная последовательность нагрузки и управление пусковой мощностью генератора могут помочь уменьшить размер генератора.

Wagner: Контроль приема и снятия нагрузки становится важным фактором в поддержании стабильности системы аварийного электроснабжения и качества электроэнергии. Запуск некоторых фидеров нагрузки может быть запрещен, если работающие генераторы не обладают достаточной мощностью. Когда работающие генераторы обладают достаточной мощностью, фидеры нагрузки могут автоматически повторно включаться контролируемым образом после отключения нагрузки.Избегайте добавления и удаления больших блоков аварийной нагрузки. Если время реакции и приоритет нагрузки позволяют, сначала следует добавить наибольшую аварийную нагрузку, а затем меньшие блоки аварийной нагрузки. Обеспечьте достаточную временную задержку в последовательности аварийного срабатывания и отключения нагрузки. Приоритет нагрузки — это решение, которое оператор установки должен принять на основе воздействия на функции поддержки аварийной нагрузки, с учетом характеристик нагрузки и ограничений системы аварийного энергоснабжения.

Courtemanche: Если приложение позволяет последовательно включать нагрузки, обычно можно достичь наименьшего размера генератора для данной общей нагрузки, последовательно включив сначала самый большой двигатель, а затем оставшуюся нагрузку в несколько шагов. Теоретически большой двигатель поможет генератору запускать другие нагрузки с характеристиками броска тока на более поздних этапах нагрузки. Предупреждение здесь заключается в том, что самый большой двигатель должен иметь постоянную, а не циклическую нагрузку. Другими словами, после запуска он продолжает работать.В противном случае циклическую нагрузку двигателя следует переключать в последнюю очередь, чтобы обеспечить правильный размер генератора для запуска циклической нагрузки в любое время.

CSE: Что вы делаете, чтобы убедиться, что ваш генератор имеет достаточную нагрузку во время упражнения во время влажного штабелирования или снижения рабочей мощности?

Lazebnik: Правильно подобранные и подобранные генераторы должны иметь доступную нагрузку от 70% до 80% от номинальной мощности генератора. Так что же происходит, когда вы тренируете свой генератор или он работает в нерабочее время с очень небольшой нагрузкой на систему? Дизель-генераторы, которые работают в течение продолжительных периодов времени с нагрузкой менее 40%, как правило, имеют проблемы с влажным штабелированием.

Мокрая кладка возникает, когда дизельные генераторы работают с малой нагрузкой и двигатель не может прогреться до рабочей температуры. Если двигатель не нагревается до надлежащей рабочей температуры, несгоревшее топливо истощается и накапливается в выхлопной системе. Частая влажная укладка может сократить срок службы генератора, увеличить затраты на техническое обслуживание и увеличить уровень выбросов. Мокрые штабелирования можно уменьшить, запустив генератор под нагрузкой в ​​течение нескольких часов.

Наличие достаточной нагрузки на здание для генератора — лучший способ гарантировать, что ваш генератор будет работать должным образом, но это не всегда легко сделать. Для больниц, центров обработки данных и других объектов с критическими нагрузками не всегда практично использовать нагрузку здания для отработки генератора. Банки нагрузки могут обеспечить необходимую нагрузку для тестов генератора, но являются дополнительными вложениями, если они постоянны и могут быть дорогими для аренды и подключения для частых тестов.Дополнительная нагрузка может быть обеспечена путем подключения некритических нагрузок к генератору через ручные переключатели, которые могут быть подключены к генератору для проверки или тестирования.

Artzer: Мокрая укладка обычно связана с дизельными генераторами. Дизель-генераторы должны работать не менее 30% от номинальной нагрузки, чтобы избежать эффекта мокрой штабелирования. Эффекты мокрой укладки возникают из-за того, что двигатель не работает при достаточно высокой температуре, чтобы сжечь все топливо.

Чтобы избежать возможных условий мокрой укладки, проектировщик может принять возможные меры.Банк постоянной нагрузки может быть включен в конструкцию для добавления необходимой нагрузки в систему во время плановых испытаний. Также могут быть предусмотрены условия для легкого подключения переносного блока нагрузки во время текущего обслуживания.

Вспомогательные нагрузки, автоматические или ручные, могут быть очень полезны для предприятия. Обычно это представляет собой большую механическую нагрузку, обслуживаемую отдельным АВР, который может принять на себя нагрузку, необходимую для предотвращения влажного штабелирования. На резервном генераторе это может быть несущественная нагрузка, которая может быть добавлена ​​к системе, когда мощность доступна, или может быть сброшена при достижении пределов номинальной мощности генераторной установки.Например, чиллер и связанные с ним компоненты могут быть доступной, но не необходимой аварийной нагрузкой для больниц или других приложений. Однако, независимо от каких-либо предусмотренных возможностей для устранения эффекта мокрой штабелирования, обслуживающий и испытательный персонал должен знать и использовать эти положения. Адекватное обучение и общение с обслуживающим персоналом необходимы для обеспечения применения намеченных методов предотвращения мокрой штабелирования.

Courtemanche: Я считаю, что для обеспечения надежности и долговечности генераторной установки вам следует поддерживать не менее 30% номинальной нагрузки во время любой операции, будь то упражнения или подача нагрузки.Наименее затратный способ добиться этого — это разумный размер генератора, чтобы минимальная нагрузка на генератор составляла не менее 30%, что позволяет использовать нагрузку системы во время тренировки или реальной работы. Но тогда это обычно бывает в идеальном мире.

В тех случаях, когда минимальная нагрузка 30% не может поддерживаться, например, если генератор намеренно завышен для будущей нагрузки или приложение, в котором нагрузка полностью или ничего, следует рассмотреть возможность использования дополнительного банка нагрузки. Я предпочитаю выбирать размер банка нагрузки для полной мощности генератора с возможностью его уменьшения.Это позволяет поддерживать как минимум 30% нагрузку, так и проводить испытания генератора при полной нагрузке. По крайней мере, в проект должны быть включены положения о добавлении банка нагрузки.

Wagner: Мокрый штабель — обычная проблема для дизельных двигателей, которые эксплуатируются в течение продолжительных периодов времени с небольшими нагрузками или без них. Когда дизельный двигатель работает без достаточной нагрузки, он не будет работать при достаточно высокой температуре двигателя, чтобы полностью сжечь все топливо. Несгоревшее топливо имеет тенденцию накапливаться в выхлопной системе, что может засорить топливные форсунки, клапаны двигателя и выхлопную систему, включая турбокомпрессоры, и снизить рабочие характеристики.Как правило, основные производители рекомендуют минимальную нагрузку на паспортную табличку в 30%, чтобы предотвратить влажное штабелирование.

Как решить эту проблему? Полагаться на нагрузку здания при испытаниях генератора и нагрузочных испытаниях нецелесообразно для объектов с критически важным компьютером, оборудованием для обеспечения безопасности жизни или оборудованием связи. Любое отключение питания этих нагрузок может привести к потере данных или операций либо поставить под угрозу личную безопасность. Вместо этого может оказаться целесообразным разработать положения для подключения переносных или арендованных блоков нагрузки к шине генератора или предоставить стационарные блоки нагрузки, чтобы операторы здания могли проводить регулярные периодические испытания генератора под нагрузкой.Как минимум, должен быть предусмотрен блок нагрузки с мощностью приблизительно от 30% до 50% от максимальной мощности, указанной на паспортной табличке генераторного агрегата. Более желательным вариантом является разработка распределительного устройства и системы управления генератора, которая также допускала бы параллельную работу с подключенной энергосистемой. Это позволит проводить нагрузочные испытания любой комбинации генераторных агрегатов при полной нагрузке без необходимости использования групп нагрузки. Конфигурация электрической системы должна быть спроектирована так, чтобы позволять проводить испытания одного или нескольких генераторных агрегатов, и должна быть спроектирована так, чтобы критические нагрузки объекта не подвергались воздействию во время тестирования генератора в режиме онлайн.

CSE: Как, по вашему мнению, использование различных видов топлива влияет на характеристики генератора?

Лазебник:

Двигатели, работающие на природном газе

Преимущества: Они лучше работают при базовой загрузке, они более чистое горение, неограниченный источник топлива во время перебоев в подаче электроэнергии, нет необходимости в хранении топлива на месте, они более соответствуют требованиям по выбросам и хорошо запускаются при низких температурах.

Недостатки: Они плохо реагируют на переходные процессы, имеют меньшую выходную мощность, чем бензин или дизельное топливо, имеют более высокие первоначальные затраты, имеют более короткий срок службы, чем дизельные генераторы, и природный газ может быть недоступен во время стихийных бедствий.

Дизельные двигатели

Преимущества: Дизельные двигатели лучше работают в ситуациях с большими колебаниями нагрузки, дизельное топливо является наименее воспламеняемым источником топлива, дизельные двигатели дешевле в эксплуатации, чем двигатели, работающие на природном газе, и они являются генераторами с наименьшими затратами.

Недостатки: Легконагруженные двигатели подвержены «мокрой укладке», топливо может быть недоступно во время перебоев в подаче электроэнергии, срок годности дизельного топлива без присадок составляет от 18 до 24 месяцев, их труднее запустить в экстремально холодную погоду, выбросы законы могут ограничивать время работы дизель-генераторов, резервуары для хранения могут требовать мониторинга или конструкции с двойными стенками, а разливы дизельного топлива требуют экологической очистки.

Wagner: Генераторные двигатели обычно предназначены для сжигания определенных видов топлива: No.2 дизельное топливо, мазут, природный газ или реактивное топливо JP-8. Некоторые производители проектируют двигатели для сжигания нескольких видов топлива. Каждый тип топлива имеет свои преимущества и недостатки, в том числе стартовую скорость, выбросы и экономические показатели. Например, генераторы, работающие на природном газе, по сравнению с дизельными генераторами, будут иметь более высокие показатели выбросов и более низкие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание. Еще одно преимущество использования генераторов с двигателями на природном газе, когда имеется подача природного газа, состоит в том, что можно избежать затрат на строительство резервуара для хранения топлива и операции по заправке.Однако генераторы с двигателями, работающими на природном газе, более дороги и плохо реагируют на колебания нагрузки. Двигатели-генераторы, работающие на масле № 2 или дизельном топливе № 2D, хорошо подходят для приложений с большими колебаниями нагрузки. Генераторы с дизельными двигателями — отличный выбор для базовых нагрузок и резервных приложений. Двигатели-генераторы, работающие на тяжелом топливе, хотя и имеют более низкие эксплуатационные расходы на топливо, будут иметь низкие показатели выбросов. Генераторы с двигателями на тяжелом топливе имеют более медленную реакцию и поэтому не подходят для использования в режиме ожидания.При выборе двигателя-генератора и типа топлива, которое он будет сжигать, следует учитывать капитальные вложения, затраты на топливо, затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание, требования к характеристикам выбросов и доступность топлива для конкретного местоположения проекта.

Courtemanche: Я считаю, что использование дизельного топлива, отличного от обычного, в дизельном двигателе повлияет на его характеристики, обычно снижая мощность и реакцию двигателя. Это не означает, что вам не следует рассматривать более экологически чистые биотоплива или смеси.Вам просто нужно проконсультироваться с производителями о том, как использование этих видов топлива повлияет на производительность двигателя и, следовательно, на размер агрегата для нагрузки.

Исторически сложилось так, что для использования двигателей, работающих на природном газе, требуется двигатель с более высокой номинальной мощностью, чем дизельный двигатель, чтобы обеспечить необходимую реакцию генератора для надлежащего обслуживания нагрузки.

¹ Публикация Caterpillar: LEBX0026 (05-00) — Электроэнергетика и руководство по установке — Определение размеров двигателя и генератора.

Как впускной коллектор влияет на ваш двигатель?

Утечки во впускном коллекторе встречаются нечасто, но случаются. Вы можете подумать, что в результате утечки во впускном коллекторе будет выходить воздух и меньше воздуха попадет в цилиндры вашего автомобиля. На самом деле происходит прямо противоположное. Поскольку давление воздуха внутри коллектора ниже, чем в атмосферном воздухе, окружающем двигатель, коллектор фактически будет всасывать дополнительный воздух через утечку.Это приведет к попаданию слишком большого количества воздуха в цилиндры и уменьшит количество бензина, которое может быть вдавлено вместе с ним, что приведет к менее эффективному сгоранию. Помните, что каждый раз, когда один из этих небольших взрывов происходит внутри одного из цилиндров вашего автомобиля, он поворачивает коленчатый вал. Так что, если для процесса сгорания слишком много воздуха и недостаточно бензина, взрывы станут слабее, и вашему двигателю придется больше работать, чтобы провернуть коленчатый вал. Так что, если вы заметили, что ваш автомобиль реагирует все более вяло каждый раз, когда вы нажимаете на педаль акселератора, причиной может быть утечка во впускном коллекторе.

Но есть и множество других возможных причин медленного разгона автомобиля. Так как же узнать, вызвано ли нежелание вашего автомобиля ускоряться, когда вы ему говорите, негерметичный впускной коллектор? Один из способов — просто слушать свой двигатель. Возможно, ваша машина пытается сказать вам, что у нее есть проблема, поэтому сделайте паузу и постарайтесь понять, о чем она вам говорит. Фактически, вам буквально нужно сделать паузу, потому что обычно вы можете услышать проблему только тогда, когда двигатель работает на холостом ходу.То, что вы услышите, можно описать по-разному как шипение, свист, сосание, глотание или даже хлюпанье. Автомобиль также может казаться грубым на холостом ходу, а двигатель может даже полностью заглохнуть на малых оборотах. Или, когда вы выключаете зажигание автомобиля, он может продолжать работать некоторое время дольше, чем следовало бы. Все это может быть признаком утечки во впускном коллекторе. Некоторые специалисты даже предлагают распылить небольшое количество стартерной жидкости на уплотнения впускного коллектора при работе двигателя на холостом ходу. Если двигатель каким-либо образом отреагирует на это — например, кратковременно увеличив скорость, — жидкость будет просачиваться через утечки.Все эти признаки предупреждают о том, что вам следует посетить местного автомеханика для окончательной проверки на утечки.

Объявление

Есть второй способ утечки во впускных коллекторах. В некоторых моделях автомобилей впускной коллектор служит двойному каналу для охлаждающей жидкости. Если утечка находится в уплотнении охлаждающей жидкости, вы можете начать замечать потерю охлаждающей жидкости и заметные лужи охлаждающей жидкости под автомобилем после того, как он простоял в одном месте в течение нескольких минут.Еще раз, это знак того, что вы должны показать свою машину кому-нибудь в любимом автомагазине.

Узнайте об объемном КПД и о том, как он влияет на производительность двигателя

Объемный КПД — это термин, который довольно часто используют, когда говорят о двигателях внутреннего сгорания. Однако на удивление мало людей понимают, что такое объемный КПД и как он на самом деле влияет на производительность двигателя.

В этой публикации мы обсудим объемный КПД, предоставим формулу объемного КПД и покажем несколько примеров того, как это применимо к конкретным примерам двигателей.

Что такое объемный КПД?

Объемный КПД (VE) — это фактическое количество воздуха, проходящего через двигатель, по сравнению с его теоретическим максимумом. По сути, это мера того, насколько полны цилиндры.

VE выражается в процентах. Двигатель, работающий на 100% VE, означает, что мы захватили 100% воздуха, который теоретически может удерживать цилиндр по массе . Объем всегда измеряется одинаково, но ограничения уменьшают массу воздуха / топлива по сравнению с тем, что теоретически удерживает цилиндр.Инерционная настройка впуска, головок, кулачка и выпуска может утяжелить объем. Чем он тяжелее, тем больше в нем воздуха / топлива, которые можно сжечь для получения энергии.

Как рассчитывается?

Формула объемного КПД:

VE = (CFM X 3,456) / (CID X RPM)

В этой формуле CFM — это количество воздуха (в кубических футах в минуту), прокачиваемое через двигатель. Это НЕ показатель CFM карбюратора. Это может быть трудно измерить и требует специального испытательного оборудования.

Как объемный КПД влияет на производительность?

Объемная эффективность может быть сложной задачей. Плотность воздуха меняется с температурой и высотой. Следовательно, VE может изменяться в зависимости от среды.

На уровне моря воздух более плотный. Это означает, что внутри цилиндра больше молекул воздуха. В горах все наоборот. Тот же двигатель будет работать с более высоким VE на уровне моря, чем в горах.

Вы можете улучшить VE, облегчив прохождение воздуха.Это идея, лежащая в основе послепродажных впускных коллекторов, комплектов холодного воздуха, перфорации и полировки головок цилиндров и коллекторов. Нагнетание большего количества воздуха также является идеей нагнетателей , турбин и азота . Эти сумматоры нагнетают больше воздуха в цилиндр. Когда топливная система и система зажигания настроены должным образом, это может поднять VE более чем на 100 процентов и создать массу мощности.

В таблице ниже приведены некоторые общие рейтинги VE для различных типов двигателей:

* Слегка изменено = кулачок рабочих характеристик , стандартные головки блока цилиндров перенесены, впускной коллектор , коллекторы , модернизация системы зажигания

** Сильно модифицированный = агрессивный кулачок, производительный впускной коллектор, коллекторы, модернизация системы зажигания , гоночная конфигурация головки цилиндров , степень сжатия 14: 1 или выше

Как объемный КПД соотносится с динамической кривой вашего двигателя

VE основан на динамометрической кривой мощности двигателя.Пример на графике ниже — это атмосферный двигатель объемом 440 кубических дюймов. Мы знаем, что он вырабатывает 592 лошадиных силы, и мы знаем, что он развивает его при 6700 оборотах в минуту.

Формула для оценки VE при различных оборотах на основе динамометрической кривой двигателя:

л.с. x 4235 / CID x об / мин = VE

592 x 4235 = 2,507,120

440 x 6700 = 2,948,000

2 507 120/2 948 000 = 0,85 процента VE

Обратите внимание, что двигатель достиг максимального значения 92% VE между 5 500 и 5 800 об / мин — после того, как максимальный крутящий момент начал падать.Это число не помогает в калькуляторе кубических футов в минуту, но является хорошим показателем эффективности. Однако, поскольку теперь мы знаем, что у этого двигателя коэффициент полезного действия 85% немного ниже красной черты, мы могли бы использовать его для определения рейтинга кубических футов в минуту по стандартной формуле кубических футов в минуту:

CID x redline об / мин x VE / 3,456

440 x 7 000 x 0,85 = 2 681 000

2,681,000 / 3456 = 757 куб. Футов в минуту

Карбюратор 750 кубических футов в минуту будет самым маленьким и, как правило, наиболее быстрым, который отвечает требованиям к пиковому потоку воздуха в лошадиных силах.Двигатель расходует увеличивающееся количество воздуха за пределами пиковой мощности, поэтому немного больший карбюратор может быть преимуществом для чисто гоночного двигателя.