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交流發(fā)電機和發(fā)電機組額定值的定義
交流發(fā)電機上的kVA額定值主要受繞組絕緣系統(tǒng)的熱能力控制
交流發(fā)電機的額定值定義了其向連接負載提供電力的能力。額定值以kVA為單位,并且是在發(fā)電機組應用中交流發(fā)電機選型的起點。雖然在選型和選擇過程中還必須考慮其他因素,但本文討論的主題包括額定值和占空比的定義、四川自貢行業(yè)中使用的術語以及這如何為協(xié)助GOEM為其發(fā)電機組選擇合適的交流發(fā)電機提供信息。
交流發(fā)電機額定值
交流發(fā)電機的kVA額定值主要取決于繞組絕緣系統(tǒng)的熱容量和所需的預期使用壽命。對于給定的使用壽命,絕緣等級越高,交流發(fā)電機運行時的熱量越高。
下表列出了用于對絕緣系統(tǒng)的性能進行分類的字母和相應的標稱工作溫度。
現(xiàn)代繞組絕緣的行業(yè)標準是低壓系統(tǒng)為H級(<1kV),中壓和高壓系統(tǒng)為F級(>1kV)。
然而,應該注意的是,分配給絕緣系統(tǒng)等級的字母不一定與交流發(fā)電機額定的溫升等級相同。如果交流發(fā)電機上的kVA額定值導致運行溫度低于絕緣系統(tǒng)的標稱容量,則運行壽命會延長。相反,如果kVA額定值導致高于絕緣系統(tǒng)標稱能力的工作溫度,則工作壽命會縮短。
這兩種情況都是可接受的運行條件,但是在為特定應用選擇交流發(fā)電機時,必須考慮交流發(fā)電機繞組的預期壽命。
示例:備用電源與主電源應用
在典型的備用電源應用(例如醫(yī)院)中,每年的運行時間很可能少于200小時。在安裝的整個生命周期內(nèi),例如15年,這相當于總共多3000小時運行時間。鑒于運行時間相對較低,交流發(fā)電機可以在更高的溫度下運行,因此額定值相對較高。
出于這個原因,客戶將在備用應用的交流發(fā)電機上達到kVA額定值峰值。
然而,在連續(xù)運行的應用中,例如嵌入式發(fā)電方案,運行時間可能高達每年8000小時。這相當于在同樣的15年期間運行超過120000小時。在這種情況下,繞組的溫度必須使用相對較低的kVA額定值來降低。
因此,客戶的交流發(fā)電機將達到F級甚至B級kVA額定值。
熱損傷曲線說明絕緣壽命隨工作溫度的變化,并與其他工具結合使用,以便在為特定發(fā)電應用的交流發(fā)電機指定額定值時做出選型和選擇決定。
發(fā)電機組額定值
發(fā)電機組額定值原理引入了備用和主電源應用的概念。在ISO8528-1的指導下,發(fā)電機組額定值的定義按應用分為四個類別。
■ 應急備用電源,(ESP額定值)
■ 限時主電源,(LTP額定值)
■ 主要額定功率,(PRP額定值)
■ 連續(xù)運行功率,(COP額定值)
每個定義都規(guī)定了以下標準:
■ 負載類型
其中包括可變負載,即負載循環(huán)的幅度和持續(xù)時間不同,另外還有恒定負載,即負載保持恒定水平,但負載循環(huán)的持續(xù)時間可能會有所不同。
■ 每年運行小時數(shù)
將平均負載水平與發(fā)電機組的指定額定值進行比較,并表示為額定kVA的百分比。發(fā)電機組必須能夠在規(guī)定的小時數(shù)中在平均負載水平運行。
■ 過載要求
過載能力表示可在指定的持續(xù)時間內(nèi)高于指定kVA額定值的百分比。
交流發(fā)電機額定值的術語和定義因行業(yè)而異,與發(fā)電機組使用的術語和定義不一致。交流發(fā)電機的定義以國際標準ISO 8528-3、四川自貢IEC 60034-1和一些全國標準(如NEMA MG 1-32(北美))為指導,這些標準本身引入了進一步的變化。
下表總結了根據(jù)ISO 8528-1對發(fā)電機組的定義以及ISO 8528-3和IEC 60034-1對交流發(fā)電機的定義。盡管存在差異,但該表顯示了如何匹配交流發(fā)電機與發(fā)電機組的額定值和運行負荷。
需要注意的是,與標準相比,GOEM可能決定提供更高水平的性能,例如更高的平均負載或更長的運行時間。
在將交流發(fā)電機與發(fā)電機組額定值和應用相匹配時,需要考慮到這一點。
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同步發(fā)電機的工作原理
在設計同步發(fā)電機時,若適當選擇磁極的形狀,使得勵磁繞組通直流電后,定子、四川自貢轉(zhuǎn)子之間的磁感應強度近似于按正弦規(guī)律分布。同步發(fā)電機所謂“同步”,就是說發(fā)電機的轉(zhuǎn)子由發(fā)動機拖動旋轉(zhuǎn)后,在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙里便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場,這個旋轉(zhuǎn)磁場是發(fā)電機的主磁場又稱為轉(zhuǎn)子磁場。當主磁場切割定子三相電樞繞組的線圈時,就會產(chǎn)生三相感應電勢,接通負載后,在電樞繞組中流過感應電流,這個交變電流也在發(fā)電機的氣隙中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。這個旋轉(zhuǎn)稱為電樞磁場,又稱為定子磁場。根據(jù)右手螺旋定則,電樞磁場的等效磁極NS。當主磁場由發(fā)動機拖動旋轉(zhuǎn)到一個新的位置時,電樞磁場的等效磁極NS也隨之旋轉(zhuǎn)到另一位置。
由圖可知,主磁場被發(fā)動機拖動旋轉(zhuǎn)時,它拉著電樞旋轉(zhuǎn),就象兩塊磁鐵之間有相互吸引力一樣。就是說發(fā)電機的轉(zhuǎn)子帶動電樞磁場以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),二者之間保持同步,故稱為同步發(fā)電機。電樞磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速。
由于定子三相繞組在空間的位置是對稱的,彼此相差120°電角,因此,定子繞組切割磁力線時,將產(chǎn)生對稱三相感應電勢,定子每相繞組感應電勢的有效值。
如果將電樞繞組接成星形,并且接上三相對稱負載后,在感應電勢的作用下,電路中產(chǎn)生對稱的
三相電流,向負載輸出交流電能。
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