未來發電機新技術應用有哪些？
發布時間：2023-11-14 點擊：185
未來發電機新技術應用
在過去的三十年間，大型旋轉電機的監測系統從無到有，形成了現在的復雜系統，而系統數據并不總是帶來最有價值的信息。從r&d(研究與開發)的觀點看，這種做法是有意義的。另一方面，為了滿足客戶的需求，我們必須注意現實中的日常運行約束條件。本文通過一個案例分析，闡明大多數新技術所不能檢測出的主要問題，可通過相對簡單的監控來避免它的出現。事實上，在操作像發電機這類的機械時，我們需要區分這類設備的保護和維護。用于保護的儀器應能夠找出設備出現的預兆，而健康分析應提供對設備的診斷發電機的新技術和應用包括新型的發電機、勵磁系統、控制技術及應用技術。
一、現代發電機的智能化
發電機技術的升級換代，傳統的有刷勵磁技術已經被無刷勵磁技術取代，avr（analoguevoltage regulator，模擬式自動電壓調節器）也有逐漸被dvr（digital automatic voltage regula-tor，數字式自動電壓調節器）取代的趨勢，像有些廠家已經全系列采用數字式dvr，甚至出現了發電機的數字式自動電壓調節器（dvr）集成了基本的發電機組控制管理功能，形象地說，即發電機的數字式自動電壓調節器（dvr）相當于一個簡單的智能發電機組控制器功能（control-ler）加上固有的電壓調節器功能（regulator）。發電機的核心控制技術向柴油機的ems（elec-tronic management system，電子管理技術）合并，越來越智能，它帶來的好處是顯而易見的，就是發電機組成套廠家goem在發電機組成套時，就好像連接柴油機的ems與智能發電機組控制器樣，只需要簡單地連接少量的通信線，無需再安裝繁雜的電流互感器ct，電壓互感器pt及溫度檢測rtd等信號，無需安裝發電機故障等報警信號，也無需再安裝電壓微調和電壓下垂等控制線，所有的發電機監測控制參數均可共享發電機本身的電壓、電流和溫度采集硬件設備，通過通信線與智能發電機組控制器進行數據交換，由智能發電機組控制器采集顯示，實現人機交互hmi功能，甚至在控制要求不高的通用應用場合，完全可以起到智能發電機組控制器的功能，只需將柴油機的控制及信號線接入數字式自動電壓調節器contreg，即可實現發電機組參數監控的目的，為發電機組成套廠家goem節省大量成本，另外由于元器件更少，整個系統更加簡潔，故障率也大幅下降，可靠性大大提高。
無刷發電機內部結構圖
二、云端大數據的分析和新產品開發中的客戶交互
發電機的數字式自動電壓調節器（dvr）已經普及采用，其本身已經具備rs485 或者j1939智能通信接口，借助于現代化的gps對時、云監控計算技術和大數據分析技術，既可實現發電機實時的云監控功能，也能夠實現客戶實際運行參數的精確采集，為售后服務提供有力工具。另外，通過后臺進行云端數據的采集和分析，現代idc數據中心急需的電源、ups和空調等設備的協同工作問題就解決了。同時，借助云端大數據分析，客戶的使用和個性化需求都能夠在設計階段考慮到，真正做到為各個細分市場客戶量身定制。
1．效率越來越高
發電機作為能量轉換裝置，本身不產生任何能量，因此能量的轉換效率顯得至關重要。在年運行時間200h以下的備用電站應用場合，效率的提升可能不是考慮的首要條件，但在7x24h長行電站應用場合，效率提升即意味著相較于低效率發電機產生同樣的電力時，高效率發電機可以節省大量燃油，即節省較多的發電運營成本，高效率發電機多出來的一次性采購成本很快能夠回本，后期節省的燃油成本就變成了實實在在的利潤。
設計也是從各種方面提高效率：
1）在20kw以下的小功率發電機應用中，一般采用無刷無軸承的外轉子盤式中頻永磁發電機，由于沒有電刷和軸承的機械摩擦的損耗，也不存在非永磁發電機那樣的勵磁能量損耗，因此效率能夠從傳統的80％以下提高到90％以上，另外，由于磁極數從傳統的不超過6個增加到了16個磁極以上，但是中頻輸出電源不能直接接入工頻交流負載或直流負載，需要配合現代pwm 高頻開關整流等電能變換技術，將發電機中頻輸出電源轉換為工頻交流輸出或直流輸出，像最近比較流行的智能數碼發電機、直流發電機所采用的中頻發電機，在發電機和負載之間均采用了此技術。
2）在大功率發電機應用中，由于機械極限限制，在小功率發電機上常見的外轉子、無軸承和永磁勵磁的設計均無法再采用，轉而采用優化的電路設計、磁路設計和冷卻通風設計等方面來提升效率，例如某品牌發電機通過精確計算定子繞組全工況下所需的散熱量，利用現代先進的溫度監控技術，采用隨定子繞組溫度變化，實時調節冷卻風扇轉速的新穎冷卻通風設計，將大功率發電機的效率提升到98％以上，比傳統發電機效率高2％左右，節能效果顯著。
下面以k公司的超高效率（laminar cross flow lcf）層流橫流技術的高效率發電機為例說明：功率在1500kw及以上時效率可高達98％以上，是該功率段發電機世界的最高水平。
創新之處包括取消發電機軸帶的機械式冷卻風扇，取而代之的是由一組電子風扇組成的冷卻風扇模組，能夠降低50％的發電機冷卻風扇消耗功率。
k公司的lcf高效率發電機在繞組中產生的熱量其實和kato公司的傳統發電機產生的熱量差不多，但是新型的流線型的轉子設計，改善了繞組中的冷卻空氣流體學路徑，避免了空氣擾流產生的額外功率損耗，保證了發電機繞組中熱量聚集區的熱量及時散熱，因此發電機繞組工作溫較低，保證了繞組的運行壽命。
lcf高效率發電機目前可提供1000～4000kw，1500～1800r/min。另外，高達15000kw，750r/min的低轉速高效率發電機也在開發過程中。
lcf 高效率發電機特別適合燃氣發電機和分布式能源等長行或連續運行工況。
2．功率體積比越來越大
隨著非晶等新材料技術和多極永磁中頻發電機技術的成熟應用，現代發電機在同等功率輸出下，已經可以做到體積更小，重量更輕，更加適用于方艙電站、超級靜音發電機組和便攜等安裝空間受限的應用場合。
3．與風能、太陽能、儲能等綠色新能源技術和柴油機的隨輸出功率變化的無級變速節能等新技術的配合
風能、太陽能等綠色新能源技術的快速發展，發電機和儲能的工作需要配合風能、太陽能的輸出，采用先進控制策略，以實現風能、太陽能的最大綜合利用，降低能耗，實現tco（total cost of operation，總運行成本）的降低。這些應用特別在偏遠的無人值守基站更加具備優勢，采用傳統的發電機方式，一方面是巨額的燃油成本，另一方面由于勞動力成本不斷上漲，運行維護成本也越來越高，通過多種能源綜合利用的系統化的能量轉換和控制邏輯，總體上減少發電機的運行時間，優化發電機的帶載性能，能夠大大降低油耗和運行維護成本。
（1）康明斯發電技術有限公司（cgt）vsig稀土永磁發電機（后節中詳述）
（2）l公司的lsavs dc48v可變轉速發電機
l公司的lsavs dc48v 可變轉速發電機的外形如圖3-1所示，主要技術參數見表3-1。
dc48v可變轉速發電機能夠在一臺發電機組上同時實現以下功能：
1）作為備用電源，直接向基站直流設備供電。
2）在混合能源供電基站，向dc48v通信用蓄電池充電，該技術比較傳統的僅僅由柴油發電機組供電的應用場合，最高能夠降低油耗達36％。
lsavs dc48v可變轉速發電機集成了以下兩個定制元件：
1）定制的r220-vsg型avr和ac-dc整流電路，確保發電機在低速和高速兩種運行轉速工況下，均可輸出穩定的直流電壓。
2）集成的ccm充電控制模塊負責管理電池充電功能，借助于emerson網絡能源在電池管理技術方面的豐富經驗積累，ccm支持市面上主流的蓄電池型號，如opzv、sbs eon、exide、a600和evolion等。
其性能參數見表3-2。
圖3-1 可變轉速發電機外形圖
表3-1 可變速發電機主要技術參數
項目
參數
額定功率
5.3kw~15.8kw
額定電壓
dc 48v
磁極極數
4
轉速范圍
900~2000r/min
軸中心高
160mm
最高效率
89%
勵磁方式
自勵
電壓調節器型號
r220vsg
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一、現代發電機的智能化
發電機技術的升級換代，傳統的有刷勵磁技術已經被無刷勵磁技術取代，avr（analoguevoltage regulator，模擬式自動電壓調節器）也有逐漸被dvr（digital automatic voltage regula-tor，數字式自動電壓調節器）取代的趨勢，像有些廠家已經全系列采用數字式dvr，甚至出現了發電機的數字式自動電壓調節器（dvr）集成了基本的發電機組控制管理功能，形象地說，即發電機的數字式自動電壓調節器（dvr）相當于一個簡單的智能發電機組控制器功能（control-ler）加上固有的電壓調節器功能（regulator）。發電機的核心控制技術向柴油機的ems（elec-tronic management system，電子管理技術）合并，越來越智能，它帶來的好處是顯而易見的，就是發電機組成套廠家goem在發電機組成套時，就好像連接柴油機的ems與智能發電機組控制器樣，只需要簡單地連接少量的通信線，無需再安裝繁雜的電流互感器ct，電壓互感器pt及溫度檢測rtd等信號，無需安裝發電機故障等報警信號，也無需再安裝電壓微調和電壓下垂等控制線，所有的發電機監測控制參數均可共享發電機本身的電壓、電流和溫度采集硬件設備，通過通信線與智能發電機組控制器進行數據交換，由智能發電機組控制器采集顯示，實現人機交互hmi功能，甚至在控制要求不高的通用應用場合，完全可以起到智能發電機組控制器的功能，只需將柴油機的控制及信號線接入數字式自動電壓調節器contreg，即可實現發電機組參數監控的目的，為發電機組成套廠家goem節省大量成本，另外由于元器件更少，整個系統更加簡潔，故障率也大幅下降，可靠性大大提高。
無刷發電機內部結構圖
二、云端大數據的分析和新產品開發中的客戶交互
發電機的數字式自動電壓調節器（dvr）已經普及采用，其本身已經具備rs485 或者j1939智能通信接口，借助于現代化的gps對時、云監控計算技術和大數據分析技術，既可實現發電機實時的云監控功能，也能夠實現客戶實際運行參數的精確采集，為售后服務提供有力工具。另外，通過后臺進行云端數據的采集和分析，現代idc數據中心急需的電源、ups和空調等設備的協同工作問題就解決了。同時，借助云端大數據分析，客戶的使用和個性化需求都能夠在設計階段考慮到，真正做到為各個細分市場客戶量身定制。
1．效率越來越高
發電機作為能量轉換裝置，本身不產生任何能量，因此能量的轉換效率顯得至關重要。在年運行時間200h以下的備用電站應用場合，效率的提升可能不是考慮的首要條件，但在7x24h長行電站應用場合，效率提升即意味著相較于低效率發電機產生同樣的電力時，高效率發電機可以節省大量燃油，即節省較多的發電運營成本，高效率發電機多出來的一次性采購成本很快能夠回本，后期節省的燃油成本就變成了實實在在的利潤。
設計也是從各種方面提高效率：
1）在20kw以下的小功率發電機應用中，一般采用無刷無軸承的外轉子盤式中頻永磁發電機，由于沒有電刷和軸承的機械摩擦的損耗，也不存在非永磁發電機那樣的勵磁能量損耗，因此效率能夠從傳統的80％以下提高到90％以上，另外，由于磁極數從傳統的不超過6個增加到了16個磁極以上，但是中頻輸出電源不能直接接入工頻交流負載或直流負載，需要配合現代pwm 高頻開關整流等電能變換技術，將發電機中頻輸出電源轉換為工頻交流輸出或直流輸出，像最近比較流行的智能數碼發電機、直流發電機所采用的中頻發電機，在發電機和負載之間均采用了此技術。
2）在大功率發電機應用中，由于機械極限限制，在小功率發電機上常見的外轉子、無軸承和永磁勵磁的設計均無法再采用，轉而采用優化的電路設計、磁路設計和冷卻通風設計等方面來提升效率，例如某品牌發電機通過精確計算定子繞組全工況下所需的散熱量，利用現代先進的溫度監控技術，采用隨定子繞組溫度變化，實時調節冷卻風扇轉速的新穎冷卻通風設計，將大功率發電機的效率提升到98％以上，比傳統發電機效率高2％左右，節能效果顯著。
下面以k公司的超高效率（laminar cross flow lcf）層流橫流技術的高效率發電機為例說明：功率在1500kw及以上時效率可高達98％以上，是該功率段發電機世界的最高水平。
創新之處包括取消發電機軸帶的機械式冷卻風扇，取而代之的是由一組電子風扇組成的冷卻風扇模組，能夠降低50％的發電機冷卻風扇消耗功率。
k公司的lcf高效率發電機在繞組中產生的熱量其實和kato公司的傳統發電機產生的熱量差不多，但是新型的流線型的轉子設計，改善了繞組中的冷卻空氣流體學路徑，避免了空氣擾流產生的額外功率損耗，保證了發電機繞組中熱量聚集區的熱量及時散熱，因此發電機繞組工作溫較低，保證了繞組的運行壽命。
lcf高效率發電機目前可提供1000～4000kw，1500～1800r/min。另外，高達15000kw，750r/min的低轉速高效率發電機也在開發過程中。
lcf 高效率發電機特別適合燃氣發電機和分布式能源等長行或連續運行工況。
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3．與風能、太陽能、儲能等綠色新能源技術和柴油機的隨輸出功率變化的無級變速節能等新技術的配合
風能、太陽能等綠色新能源技術的快速發展，發電機和儲能的工作需要配合風能、太陽能的輸出，采用先進控制策略，以實現風能、太陽能的最大綜合利用，降低能耗，實現tco（total cost of operation，總運行成本）的降低。這些應用特別在偏遠的無人值守基站更加具備優勢，采用傳統的發電機方式，一方面是巨額的燃油成本，另一方面由于勞動力成本不斷上漲，運行維護成本也越來越高，通過多種能源綜合利用的系統化的能量轉換和控制邏輯，總體上減少發電機的運行時間，優化發電機的帶載性能，能夠大大降低油耗和運行維護成本。
（1）康明斯發電技術有限公司（cgt）vsig稀土永磁發電機（后節中詳述）
（2）l公司的lsavs dc48v可變轉速發電機
l公司的lsavs dc48v 可變轉速發電機的外形如圖3-1所示，主要技術參數見表3-1。
dc48v可變轉速發電機能夠在一臺發電機組上同時實現以下功能：
1）作為備用電源，直接向基站直流設備供電。
2）在混合能源供電基站，向dc48v通信用蓄電池充電，該技術比較傳統的僅僅由柴油發電機組供電的應用場合，最高能夠降低油耗達36％。
lsavs dc48v可變轉速發電機集成了以下兩個定制元件：
1）定制的r220-vsg型avr和ac-dc整流電路，確保發電機在低速和高速兩種運行轉速工況下，均可輸出穩定的直流電壓。
2）集成的ccm充電控制模塊負責管理電池充電功能，借助于emerson網絡能源在電池管理技術方面的豐富經驗積累，ccm支持市面上主流的蓄電池型號，如opzv、sbs eon、exide、a600和evolion等。
其性能參數見表3-2。
圖3-1 可變轉速發電機外形圖
表3-1 可變速發電機主要技術參數
項目
參數
額定功率
5.3kw~15.8kw
額定電壓
dc 48v
磁極極數
4
轉速范圍
900~2000r/min
軸中心高
160mm
最高效率
89%
勵磁方式
自勵
電壓調節器型號
r220vsg
柴油發電機冷卻水有什么使用要求：冷卻水應該要保持低度的堿性，PH值大概在8.5～10.5左右正常情況下，可以直接使用飲用水，
柴油發電機機油壓力過低是機油冷卻器堵塞造成的嗎
柴油發電機組四沖程柴油機的工作原理是什么？
康明斯發電機廠家總結的PT燃油系統故障案例
柴油發電機廠家解析如何保存放置不用的康明斯發電機組？
190B型柴油發電機組用噴油泵的構造及工作原理
100千瓦申動柴油發電機組多少錢？
柴油發電機久置難啟動怎么解決