未來發(fā)電機新技術應用有哪些？
發(fā)布時間：2023-11-14 點擊：198
未來發(fā)電機新技術應用
在過去的三十年間，大型旋轉電機的監(jiān)測系統(tǒng)從無到有，形成了現(xiàn)在的復雜系統(tǒng)，而系統(tǒng)數(shù)據(jù)并不總是帶來最有價值的信息。從r&d(研究與開發(fā))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(xiàn)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(shù)新技術所不能檢測出的主要問題，可通過相對簡單的監(jiān)控來避免它的出現(xiàn)。事實上，在操作像發(fā)電機這類的機械時，我們需要區(qū)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(xiàn)的預兆，而健康分析應提供對設備的診斷發(fā)電機的新技術和應用包括新型的發(fā)電機、勵磁系統(tǒng)、控制技術及應用技術。
一、現(xiàn)代發(fā)電機的智能化
發(fā)電機技術的升級換代，傳統(tǒng)的有刷勵磁技術已經(jīng)被無刷勵磁技術取代，avr（analoguevoltage regulator，模擬式自動電壓調節(jié)器）也有逐漸被dvr（digital automatic voltage regula-tor，數(shù)字式自動電壓調節(jié)器）取代的趨勢，像有些廠家已經(jīng)全系列采用數(shù)字式dvr，甚至出現(xiàn)了發(fā)電機的數(shù)字式自動電壓調節(jié)器（dvr）集成了基本的發(fā)電機組控制管理功能，形象地說，即發(fā)電機的數(shù)字式自動電壓調節(jié)器（dvr）相當于一個簡單的智能發(fā)電機組控制器功能（control-ler）加上固有的電壓調節(jié)器功能（regulator）。發(fā)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(fā)電機組成套廠家goem在發(fā)電機組成套時，就好像連接柴油機的ems與智能發(fā)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(fā)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(fā)電機監(jiān)測控制參數(shù)均可共享發(fā)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(fā)電機組控制器進行數(shù)據(jù)交換，由智能發(fā)電機組控制器采集顯示，實現(xiàn)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(fā)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(shù)字式自動電壓調節(jié)器contreg，即可實現(xiàn)發(fā)電機組參數(shù)監(jiān)控的目的，為發(fā)電機組成套廠家goem節(jié)省大量成本，另外由于元器件更少，整個系統(tǒng)更加簡潔，故障率也大幅下降，可靠性大大提高。
無刷發(fā)電機內(nèi)部結構圖
二、云端大數(shù)據(jù)的分析和新產(chǎn)品開發(fā)中的客戶交互
發(fā)電機的數(shù)字式自動電壓調節(jié)器（dvr）已經(jīng)普及采用，其本身已經(jīng)具備rs485 或者j1939智能通信接口，借助于現(xiàn)代化的gps對時、云監(jiān)控計算技術和大數(shù)據(jù)分析技術，既可實現(xiàn)發(fā)電機實時的云監(jiān)控功能，也能夠實現(xiàn)客戶實際運行參數(shù)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(shù)據(jù)的采集和分析，現(xiàn)代idc數(shù)據(jù)中心急需的電源、ups和空調等設備的協(xié)同工作問題就解決了。同時，借助云端大數(shù)據(jù)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(fā)電機作為能量轉換裝置，本身不產(chǎn)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(fā)電機產(chǎn)生同樣的電力時，高效率發(fā)電機可以節(jié)省大量燃油，即節(jié)省較多的發(fā)電運營成本，高效率發(fā)電機多出來的一次性采購成本很快能夠回本，后期節(jié)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(fā)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(fā)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(fā)電機那樣的勵磁能量損耗，因此效率能夠從傳統(tǒng)的80％以下提高到90％以上，另外，由于磁極數(shù)從傳統(tǒng)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(xiàn)代pwm 高頻開關整流等電能變換技術，將發(fā)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(shù)碼發(fā)電機、直流發(fā)電機所采用的中頻發(fā)電機，在發(fā)電機和負載之間均采用了此技術。
2）在大功率發(fā)電機應用中，由于機械極限限制，在小功率發(fā)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(yōu)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(fā)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(xiàn)代先進的溫度監(jiān)控技術，采用隨定子繞組溫度變化，實時調節(jié)冷卻風扇轉速的新穎冷卻通風設計，將大功率發(fā)電機的效率提升到98％以上，比傳統(tǒng)發(fā)電機效率高2％左右，節(jié)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(fā)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(fā)電機世界的最高水平。
創(chuàng)新之處包括取消發(fā)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(fā)電機冷卻風扇消耗功率。
k公司的lcf高效率發(fā)電機在繞組中產(chǎn)生的熱量其實和kato公司的傳統(tǒng)發(fā)電機產(chǎn)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(chǎn)生的額外功率損耗，保證了發(fā)電機繞組中熱量聚集區(qū)的熱量及時散熱，因此發(fā)電機繞組工作溫較低，保證了繞組的運行壽命。
lcf高效率發(fā)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(fā)電機也在開發(fā)過程中。
lcf 高效率發(fā)電機特別適合燃氣發(fā)電機和分布式能源等長行或連續(xù)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(fā)電機技術的成熟應用，現(xiàn)代發(fā)電機在同等功率輸出下，已經(jīng)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(fā)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(jié)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(fā)展，發(fā)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(xiàn)風能、太陽能的最大綜合利用，降低能耗，實現(xiàn)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(yōu)勢，采用傳統(tǒng)的發(fā)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(tǒng)化的能量轉換和控制邏輯，總體上減少發(fā)電機的運行時間，優(yōu)化發(fā)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(fā)電技術有限公司（cgt）vsig稀土永磁發(fā)電機（后節(jié)中詳述）
（2）l公司的lsavs dc48v可變轉速發(fā)電機
l公司的lsavs dc48v 可變轉速發(fā)電機的外形如圖3-1所示，主要技術參數(shù)見表3-1。
dc48v可變轉速發(fā)電機能夠在一臺發(fā)電機組上同時實現(xiàn)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(tǒng)的僅僅由柴油發(fā)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(fā)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(fā)電機在低速和高速兩種運行轉速工況下，均可輸出穩(wěn)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(wǎng)絡能源在電池管理技術方面的豐富經(jīng)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(shù)見表3-2。
圖3-1 可變轉速發(fā)電機外形圖
表3-1 可變速發(fā)電機主要技術參數(shù)
項目
參數(shù)
額定功率
5.3kw~15.8kw
額定電壓
dc 48v
磁極極數(shù)
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(jié)器型號
r220vsg
柴油發(fā)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(fā)電機機油壓力過低是機油冷卻器堵塞造成的嗎
柴油發(fā)電機組四沖程柴油機的工作原理是什么？
康明斯發(fā)電機廠家總結的PT燃油系統(tǒng)故障案例
柴油發(fā)電機廠家解析如何保存放置不用的康明斯發(fā)電機組？
190B型柴油發(fā)電機組用噴油泵的構造及工作原理
100千瓦申動柴油發(fā)電機組多少錢？
柴油發(fā)電機久置難啟動怎么解決
在過去的三十年間，大型旋轉電機的監(jiān)測系統(tǒng)從無到有，形成了現(xiàn)在的復雜系統(tǒng)，而系統(tǒng)數(shù)據(jù)并不總是帶來最有價值的信息。從r&d(研究與開發(fā))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(xiàn)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(shù)新技術所不能檢測出的主要問題，可通過相對簡單的監(jiān)控來避免它的出現(xiàn)。事實上，在操作像發(fā)電機這類的機械時，我們需要區(qū)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(xiàn)的預兆，而健康分析應提供對設備的診斷發(fā)電機的新技術和應用包括新型的發(fā)電機、勵磁系統(tǒng)、控制技術及應用技術。
一、現(xiàn)代發(fā)電機的智能化
發(fā)電機技術的升級換代，傳統(tǒng)的有刷勵磁技術已經(jīng)被無刷勵磁技術取代，avr（analoguevoltage regulator，模擬式自動電壓調節(jié)器）也有逐漸被dvr（digital automatic voltage regula-tor，數(shù)字式自動電壓調節(jié)器）取代的趨勢，像有些廠家已經(jīng)全系列采用數(shù)字式dvr，甚至出現(xiàn)了發(fā)電機的數(shù)字式自動電壓調節(jié)器（dvr）集成了基本的發(fā)電機組控制管理功能，形象地說，即發(fā)電機的數(shù)字式自動電壓調節(jié)器（dvr）相當于一個簡單的智能發(fā)電機組控制器功能（control-ler）加上固有的電壓調節(jié)器功能（regulator）。發(fā)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(fā)電機組成套廠家goem在發(fā)電機組成套時，就好像連接柴油機的ems與智能發(fā)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(fā)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(fā)電機監(jiān)測控制參數(shù)均可共享發(fā)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(fā)電機組控制器進行數(shù)據(jù)交換，由智能發(fā)電機組控制器采集顯示，實現(xiàn)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(fā)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(shù)字式自動電壓調節(jié)器contreg，即可實現(xiàn)發(fā)電機組參數(shù)監(jiān)控的目的，為發(fā)電機組成套廠家goem節(jié)省大量成本，另外由于元器件更少，整個系統(tǒng)更加簡潔，故障率也大幅下降，可靠性大大提高。
無刷發(fā)電機內(nèi)部結構圖
二、云端大數(shù)據(jù)的分析和新產(chǎn)品開發(fā)中的客戶交互
發(fā)電機的數(shù)字式自動電壓調節(jié)器（dvr）已經(jīng)普及采用，其本身已經(jīng)具備rs485 或者j1939智能通信接口，借助于現(xiàn)代化的gps對時、云監(jiān)控計算技術和大數(shù)據(jù)分析技術，既可實現(xiàn)發(fā)電機實時的云監(jiān)控功能，也能夠實現(xiàn)客戶實際運行參數(shù)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(shù)據(jù)的采集和分析，現(xiàn)代idc數(shù)據(jù)中心急需的電源、ups和空調等設備的協(xié)同工作問題就解決了。同時，借助云端大數(shù)據(jù)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(fā)電機作為能量轉換裝置，本身不產(chǎn)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(fā)電機產(chǎn)生同樣的電力時，高效率發(fā)電機可以節(jié)省大量燃油，即節(jié)省較多的發(fā)電運營成本，高效率發(fā)電機多出來的一次性采購成本很快能夠回本，后期節(jié)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(fā)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(fā)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(fā)電機那樣的勵磁能量損耗，因此效率能夠從傳統(tǒng)的80％以下提高到90％以上，另外，由于磁極數(shù)從傳統(tǒng)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(xiàn)代pwm 高頻開關整流等電能變換技術，將發(fā)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(shù)碼發(fā)電機、直流發(fā)電機所采用的中頻發(fā)電機，在發(fā)電機和負載之間均采用了此技術。
2）在大功率發(fā)電機應用中，由于機械極限限制，在小功率發(fā)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(yōu)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(fā)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(xiàn)代先進的溫度監(jiān)控技術，采用隨定子繞組溫度變化，實時調節(jié)冷卻風扇轉速的新穎冷卻通風設計，將大功率發(fā)電機的效率提升到98％以上，比傳統(tǒng)發(fā)電機效率高2％左右，節(jié)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(fā)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(fā)電機世界的最高水平。
創(chuàng)新之處包括取消發(fā)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(fā)電機冷卻風扇消耗功率。
k公司的lcf高效率發(fā)電機在繞組中產(chǎn)生的熱量其實和kato公司的傳統(tǒng)發(fā)電機產(chǎn)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(chǎn)生的額外功率損耗，保證了發(fā)電機繞組中熱量聚集區(qū)的熱量及時散熱，因此發(fā)電機繞組工作溫較低，保證了繞組的運行壽命。
lcf高效率發(fā)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(fā)電機也在開發(fā)過程中。
lcf 高效率發(fā)電機特別適合燃氣發(fā)電機和分布式能源等長行或連續(xù)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(fā)電機技術的成熟應用，現(xiàn)代發(fā)電機在同等功率輸出下，已經(jīng)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(fā)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(jié)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(fā)展，發(fā)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(xiàn)風能、太陽能的最大綜合利用，降低能耗，實現(xiàn)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(yōu)勢，采用傳統(tǒng)的發(fā)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(tǒng)化的能量轉換和控制邏輯，總體上減少發(fā)電機的運行時間，優(yōu)化發(fā)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(fā)電技術有限公司（cgt）vsig稀土永磁發(fā)電機（后節(jié)中詳述）
（2）l公司的lsavs dc48v可變轉速發(fā)電機
l公司的lsavs dc48v 可變轉速發(fā)電機的外形如圖3-1所示，主要技術參數(shù)見表3-1。
dc48v可變轉速發(fā)電機能夠在一臺發(fā)電機組上同時實現(xiàn)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(tǒng)的僅僅由柴油發(fā)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(fā)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(fā)電機在低速和高速兩種運行轉速工況下，均可輸出穩(wěn)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(wǎng)絡能源在電池管理技術方面的豐富經(jīng)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(shù)見表3-2。
圖3-1 可變轉速發(fā)電機外形圖
表3-1 可變速發(fā)電機主要技術參數(shù)
項目
參數(shù)
額定功率
5.3kw~15.8kw
額定電壓
dc 48v
磁極極數(shù)
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(jié)器型號
r220vsg
柴油發(fā)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(fā)電機機油壓力過低是機油冷卻器堵塞造成的嗎
柴油發(fā)電機組四沖程柴油機的工作原理是什么？
康明斯發(fā)電機廠家總結的PT燃油系統(tǒng)故障案例
柴油發(fā)電機廠家解析如何保存放置不用的康明斯發(fā)電機組？
190B型柴油發(fā)電機組用噴油泵的構造及工作原理
100千瓦申動柴油發(fā)電機組多少錢？
柴油發(fā)電機久置難啟動怎么解決