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一起回望廣東潮州柴油發(fā)電機組的發(fā)展史
現(xiàn)代柴油機是在德國機械工程師狄塞爾發(fā)明的柴油機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，1892年，德國機械工程師狄塞爾取得了廣東潮州柴油發(fā)電機壓縮點火的 。他的做法是以提高發(fā)動機的壓縮比來提高熱效率，利用壓縮氣體的高溫來點燃進入汽缸的燃料，這樣做的好處是不但省去了點火裝置和汽化器，而且可以使用比柴油價格更低的柴油做燃料。
狄塞爾經(jīng)過了5年的實驗，在1897年制成了 臺具有實用價值的壓縮點火廣東潮州柴油發(fā)電機，即壓燃式柴油機。與以前的廣東潮州柴油發(fā)電機相比，它延長了汽缸內(nèi)氣體的壓縮過程，大大提高了壓縮終了時氣體的壓力和溫度，實現(xiàn)了不用點火系統(tǒng)而使柴油自動點火燃燒的功能。狄塞爾發(fā)明的柴油發(fā)動機能將35％的燃料潛能轉(zhuǎn)變成動力而當時有效的柴油發(fā)動機也只能將28％的燃料潛能轉(zhuǎn)變成動力，這是廣東潮州柴油發(fā)電機技術(shù)第二次革命性的突破。但是，當時狄塞爾發(fā)明的柴油發(fā)動機存在著很多的缺點，比如重量重、噪聲大、冒黑煙，排出的大量廢氣會對環(huán)境影響很大，而且噴油泵還不完善，從而嚴重限制和影響了柴油機的衄?？梢哉f，狄塞爾先生生前只看到發(fā)動機的成功的開端，卻沒有看到柴油機技術(shù)的飛躍發(fā)展，沒有看到柴油機的廣泛應(yīng)用。
據(jù)資料記載，柴油機技術(shù)在1914年以前發(fā)展比緩慢，在 次世界期間，由于戰(zhàn)爭的需要柴油發(fā)動機開始大量生產(chǎn)，用于軍事目的。柴油發(fā)動機柴油發(fā)電的發(fā)展史真正得到廣泛應(yīng)用是在1950年左右。早期的柴油機都是四沖程的，1899年德國工程師雨果．古爾德納制造出了二沖程柴油發(fā)動機，他把當時采用相同缸徑的四沖程柴油機的功率提高了60％~80％。二沖程柴油機的結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，但其燃油和潤滑油的消耗量較高、冷卻比較困難、耐用性較差，而且很難制造出功率較大的發(fā)動機，所以至今實際使用的功率比較大的柴油機都是四沖程的。
世界上 臺發(fā)電機是1831年由英國的物理學家邁克爾·法拉第發(fā)明的。當時法拉第在試驗中發(fā)現(xiàn)，當磁鐵在線圈中移動時，線圈會產(chǎn)生電流，即今天我們大家所熟知的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象之后不久，便利用電磁感應(yīng)原理發(fā)明了世界上 臺發(fā)電機，即法拉第圓盤發(fā)電機。這臺發(fā)電機的構(gòu)造與現(xiàn)代的發(fā)電機不同，在磁場中轉(zhuǎn)動的不是線圈，而是一個用紫銅做的圓盤。圓心處固定一個搖柄，圓盤的邊緣和圓心處各與一個黃銅電刷緊貼，用導線把電刷與電流表連接起來；紫銅圓盤放置在馬蹄形磁鐵的磁場中。當法拉第轉(zhuǎn)動搖柄使紫銅圓盤旋轉(zhuǎn)起來的時候，電流表的指針偏向一邊，這說明電路中產(chǎn)生了持續(xù)的電流。這就是法拉第試制出的世界上 臺發(fā)電機。當年法拉第曾在英國皇家學會上表演他的發(fā)電機。當時，有一位貴夫人問法拉第：“這玩藝兒有什么用呢？”法拉第非常有禮貌地回答道：“夫人，新生的嬰兒又有什么用處呢？”這一絕妙的回答受到大家的交口稱贊。
當拉第發(fā)明的圓盤發(fā)電機雖然非常簡單，它產(chǎn)生的電流甚至不能讓一只小燈泡發(fā)光，但是，這是世界上 臺發(fā)電機，是它首先向人類揭開了機械能轉(zhuǎn)化為電能的序幕。后來，人們在此基礎(chǔ)上將馬蹄形 磁鐵改為能產(chǎn)生強大磁場的電磁鐵，用多股導線繞制的線框代替紫銅圓盤，對電刷也進行了改進，終于制成了功率的可供實用的發(fā)電機。目前，即使功率為IGW、10GW的特大型發(fā)電機，也是根據(jù)法拉第圓盤發(fā)電機的基本原理一電磁感應(yīng)原理制成的。
1866年，德國的電工學家、實業(yè)家恩斯脫．韋爾納·馮·西門子在法拉第圓盤發(fā)電機的基礎(chǔ)上研制出自激勵式發(fā)電機，1870年，比利時的Z·T·克拉姆又研制出了自激勵式直流發(fā)電機。在經(jīng)過不斷改進之后，電機技術(shù)已經(jīng)走向成熟，1877年真正實用的發(fā)電機開始進入商業(yè)化生產(chǎn)階段。
100多年過去了，正是這簡陋、不成熟、像初生嬰兒一樣的圓盤發(fā)電機人類帶入了電氣時代，為人類利用電能做出了重大貢獻。
21世紀是科學技術(shù)飛躍發(fā)展的時代，特別是電腦技術(shù)等高科技成果在柴發(fā)電機組上的應(yīng)用，使廣東潮州柴油發(fā)電機組有了更廣闊的發(fā)展前景。以柴油機為動力用的廣東潮州柴油發(fā)電機組己經(jīng)是通信等企業(yè)必不可少的重要設(shè)備。
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不同類型的發(fā)電機噴射系統(tǒng)的控制功能布置不完全一樣
控制裝置主要構(gòu)成與工作原理
電控柴油噴射系統(tǒng)中的控制裝置由電控單元、各種傳感器、執(zhí)行器以及連接它們的控制電路所組成。不同類型的電控廣東潮州柴油發(fā)電機噴射系統(tǒng)的控制功能、控制方式和控制電路的布置不完全一樣，但基本原理相似。
傳感器
①溫度傳感器為掌握柴油機的熱狀態(tài)，計算進氣量及進行排氣凈化處理，需要有能夠連續(xù)、地測量冷卻水溫度、進氣溫度與排氣溫度的傳感器。溫度傳感器種類很多，如熱敏電阻式、半導體二極管式、熱電偶式等。目前，柴油機常用熱敏電阻傳感器作為溫度傳感器，其利用對溫度敏感的電阻，阻值隨溫度變化的原理而工作。熱敏電阻溫度傳感器的測量電路比較簡單，只要把傳感器與一個精密電阻串聯(lián)連接到一個穩(wěn)定的電源上，就可利用串聯(lián)電阻上的分壓值反映溫度的變化。
②節(jié)氣門位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門軸上，與節(jié)氣門聯(lián)動。其功用是將節(jié)氣門的位置或開度轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給電控單元(ECU)，作為電控單元判定柴油機運行工況的依據(jù)。
節(jié)氣門位置傳感器有開關(guān)型和線性輸出型兩種。開關(guān)型節(jié)氣門位置傳感器的內(nèi)部有兩個觸點，分別為怠速觸點和全負荷觸點。與節(jié)氣門同軸的接觸凸輪控制兩個觸點的閉合或斷開。當柴油機在怠速時，節(jié)氣門接近關(guān)閉，怠速觸點閉合，這時電控單元將指令電磁噴油器增加噴油量以加濃混合氣。全負荷時，節(jié)氣門全開，使全負荷觸點閉合，這時電控單元將輸出脈沖寬度長的電脈沖，以實現(xiàn)全負荷加濃。線性輸出型節(jié)氣門位置傳感器是一個線性電位計，由節(jié)氣門軸帶動電位計的滑動觸點。當節(jié)氣門的開度不同時，電位計輸出的電壓也不同，從而將節(jié)氣門由全閉到全開的各種開度轉(zhuǎn)換為大小不等的電壓信號傳輸給電控單元，使其地判定柴油機的運行工況。
③曲軸位置傳感器曲軸位置傳感器通常安裝在分電器內(nèi)，用來檢測柴油機轉(zhuǎn)速、曲軸轉(zhuǎn)角以及作為控制點火和噴射信號源的 缸和各缸壓縮行程上止點信號。按照信號產(chǎn)生原理有光電式曲軸位置傳感器、傳感器。
④氧傳感器氧傳感器安裝在排氣管內(nèi)。因排氣中氧的濃度可以反映混合氣空燃比的情況，所以在電控燃油噴射系統(tǒng)中可用于空燃比校正的反饋信號。目前，常用二氧化鈦(Ti02)和二氧化鋯(Zr02)兩種材料。
二氧化鋯氧傳感器的基本元件是專用陶瓷體，即二氧化鋯固體電解質(zhì)管，亦稱鋯管：管固定在帶有安裝螺紋的固定套內(nèi)，鋯管內(nèi)表面與大氣相通，外表面與排氣相通，其內(nèi)外表面都覆蓋著一層多孔性的薄膜作為電極。氧傳感器安裝在排氣管上，為了防止排氣管內(nèi)廢氣中的雜質(zhì)腐蝕鉑膜，在鋯管外表的鉑膜上覆蓋一層多孔的陶瓷層，并加有帶槽口的防護套管。在其接線端有一個金屬護套上開有一孔，使鋯管內(nèi)表面與大氣相通。當鋯管接觸氧氣時，氧氣透過多孔鉑膜電極，吸附于二氧化鋯，并經(jīng)電子交換成為負離子。由于鋯管內(nèi)表面通大氣，外表面通排氣，其內(nèi)、外表面的氧分子分壓不同，則負離子濃度也不同，從而形成負離子由高濃度側(cè)向低濃度側(cè)的擴散。當擴散處于平衡狀態(tài)時，兩電極間便形成電動勢，所以二氧化鋯傳感器的本質(zhì)是化學電池，亦稱氧濃差電池。其輸出特性是，在過量空氣系數(shù)。
⑤爆振傳感器爆振傳感器用于檢測柴油機有無爆振發(fā)生，它是柴油機集中控制系統(tǒng)中的重要部件。爆振檢測可以有三種途徑：一是檢測汽缸壓力；二是檢測柴油機振動；三是檢測燃燒噪聲。目前較為常用的為振動檢測。例如，磁滯伸縮式爆振傳感器主要用于振動檢測，它是一種電感式傳感器。當傳感器的固有振蕩頻率與柴油機爆振時的振動頻率相同時，傳感器輸出 信號。
發(fā)電機容易產(chǎn)生的問題
該系統(tǒng)不但要求發(fā)電機組自動化程度高，更要求發(fā)電機必須適應(yīng)UPS這一非線性負載的特性,使其在無市電的情況下保障UPS對負載的可靠供電。
但在實際選配和使用發(fā)電機過程中,經(jīng)常出現(xiàn)由于發(fā)電機容量不足或維護不當?shù)仍?，造成市電停電時發(fā)電機不能正常工作的情況。如何正確選配金融業(yè)機房供電系統(tǒng)中發(fā)電機組，如何做好發(fā)電機組與UPS的匹配及發(fā)電機的使用維護等工作是機房管理人員要特別重視的問題。
一、發(fā)電機使用中容易產(chǎn)生的問題
金融業(yè)機房一般采用“市電——發(fā)電機——UPS”并機系統(tǒng)組成的供電系統(tǒng)。系統(tǒng)中,發(fā)電機的負載主要包括UPS、機房專用空調(diào)、應(yīng)急照明、消防電梯等,這些負載啟動或運行時都會對發(fā)電機產(chǎn)生振蕩和干擾。盡管在組成“市電——發(fā)電機——UPS”供電系統(tǒng)時,發(fā)電機的負載量在其額定輸出容量范圍內(nèi)，但在實際情況中，市電中斷而發(fā)電機投人運行過程中卻經(jīng)常發(fā)生工作不穩(wěn)定，產(chǎn)生多種使“發(fā)電機——UPS”系統(tǒng)不能正常工作的現(xiàn)象。
1、負載反饋的波動電壓造成發(fā)電機輸出電壓穩(wěn)定度較差，常出現(xiàn)發(fā)電機組輸出電壓振蕩現(xiàn)象。UPS整流器允許的輸人電壓范圍一般在±15％巧或更寬,發(fā)電機的輸出電壓不穩(wěn)定對其影響較小。
2、UPS整流器的輸人諧波造成多個過零點。
3、發(fā)電機的頻率（轉(zhuǎn)速）振蕩一般情況下，頻率振蕩比電壓、電流振蕩范圍小，但影響比較大，導致UPS處于頻繁切換及非正常工作狀態(tài)。頻率振蕩一般在±5％以內(nèi)，由于負載有規(guī)律地忽大忽小，造成發(fā)電機組工作也忽強忽弱，加劇機組振動，加速機械磨損,甚至引起機件嚴重損壞。頻率振蕩明顯的特征之一，即柴油機工作噪聲有規(guī)律地忽大忽小，因此必須引起高度重視。
4、工作不正?？照{(diào)壓縮機啟動和電梯升降的瞬間會導致發(fā)電機發(fā)生±Hz頻率漂移,造成UPS頻繁切換。當頻率、電壓振蕩變化超出UPS輸入工作范圍時，UPS由蓄電池供電,而發(fā)電機在無UPS負載時恢復(fù)正常，隨即UPS又自動投人，這樣交錯進行。頻率漂移會對UPS正常運行產(chǎn)生兩方面影響。
①不能旁路。在旁路電源的頻率和電壓處于允許的范圍內(nèi)，UPS的逆變器輸出跟蹤旁路電源，逆變電源與旁路電源鎖相、同步。當旁路電源由發(fā)電機提供時，頻率會發(fā)生快速的變化。當頻率變化超出預(yù)先設(shè)定的極限值時,逆變器頻率變化就跟不上旁路電源的頻率變化。這時靜態(tài)旁路開關(guān)將禁止切換到旁路在這種情況下切換，有可能造成逆變器過流、短路。在這種旁路電源頻率無法跟蹤的狀況下，UPS只會發(fā)出警示性告警，逆變器仍繼續(xù)提供電源給負載。
?、陔姵貕勖s短。瞬間的大負載波動可能導致發(fā)電機頻率產(chǎn)生±5Hz的漂移，這將導致可控硅整流器的驅(qū)動信號與輸入交流電失去同步，造成整流器關(guān)閉。在整流器重新啟動進人正常工作期間，UPS轉(zhuǎn)為電池供電，這樣過分的放電循環(huán)將明顯縮短電池壽命，更嚴重的情形是會將電池能量全部放光，中斷輸出。
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