柴油发电机与发电机的工况特性曲线

摘要：对发电机组而言，柴油发电机作为发电机组心脏，其输出特征直接影响发电机组的运行特性，而发电机的特征会危害其输出电压和电流的稳定性。因此通晓和掌握柴油发电机的性能，对高效利用动力源，以及提升整机性能具有重要的意义。因柴油发电机的输出特性具体通过其动力性指标、经济性指标及排放性能指标等随发电机操作工况的变化特征来描述。

所以，探讨柴油发电机特点的具体目的在于正确评价柴油发电机和发电机的特点，为发电机组准确选定动力源和电气装置供应依据。同时，通过对柴油发电机和发电机特征的评价与叙说，为进一步改善柴油发电机的性能使之与整机性能良好匹配供应高效手段。 

      对于柴油发电机特点，具体通过柴油发电机各项性能指标随工况的变化特征来研究，包括柴油发电机的负荷特征、转速特征及万有特性等。于是，要探讨柴油发电机特点，首先需要了解或具备以下几个概念，即柴油发电机的工况、柴油发电机的试验台架、柴油发电机的试验方式及柴油发电机特征的解析方法等。

柴油发电机的作业机理和结构特点，其工况是限定在较低稳定转速nmin、较高转速nmax及在各作业转速下所能输出的最大功率（外特点功率曲线）所包围的范围内。较低稳定转速又称为怠速速度，此时向汽缸供给的混合气量较少，只供克服柴油发电机内部摩擦损失和驱动附件等用所必要的燃料，而对外输出功等于零。所以，若柴油发电机速度低于此转速时，由于飞轮等运动件的储存能量小，导致柴油发电机转速波动过大，无法正常稳定运转。而柴油发电机的较高速度具体受到来自充气效率、机械损失和曲柄连杆系统惯性力的影响。高转速时因为流动损失增加，充气效率迅速下降，同时活塞组的往复惯性力和主轴的旋转惯性力增加，摩擦损失增加，直接危及柴油发电机的作业可靠性。因此，每一台柴油发电机都限定其允许的较高使用速度，即额定转速nn。故而，柴油发电机的实际作业范围就限定在较低转速和额定速度范围内的小于或等于外特点容量曲线的区域内。根据不一样作业机械康明斯油机的操作条件不一样，将柴油发电机的工况分为三大类。

      恒速工况是指柴油发电机的速度保持不变，而功率随负载而变化的工况（图1中曲线）。例如发电用柴油发电机的工况，为了保证发电机作业频率稳定，要求柴油发电机速度稳定不变康明斯发电机配件厂家，而容量随发电机负载（用电量）的大小而变化康明斯中国官网。恒速工况的特例是柴油发电机运转过程中转速和负荷均保持不变，这种工况称为点工况（图公式1中的A点）。如柴油发电机带动排灌用水泵工作时，除启动和过渡工况以外，一般都按点工况运转。

      线工况主要指柴油发电机输出容量与速度成一定函数关系的工况（图1中曲线）。比较典型的就是船用柴油发电机的螺旋桨工况。此时柴油发电机的输出功率详细克服来自流体的阻力，即发电机组稳定运转时，柴油发电机输出的功率必须与螺旋桨消耗的容量相等。在螺旋桨节距一定的要素下，柴油发电机功率与转速的三次方成正比康明斯发电机官网，即Pe＝Kn3。

      前两种工况的共同优点是，柴油发电机输出容量和转速有一定的约束关系。而面工况（图1中阴影区域）的特征是柴油发电机输出容量和速度之间没有特定的约束关系。在柴油发电机整个工作区域内，容量P。和速度n都相对独立变化，因此柴油发电机可能运行的范围就是其实际工况变化的范围，称之为面工况。如发电用柴油发电机的工况，或其他陆地运输和作业的工作机械用柴油发电机的工况，就属于这种工况。在陆地运转时，柴油发电机的转速取决于发电机组等陆地作业的工作机械的运转转速，而柴油发电机的输出容量则取决于发电机组的运转阻力。发电机组运行阻力不仅与其运转速度有关，而且还取决于道路状况，或发电机组耕地时的土壤条件、推土时的推土载荷量等。

      柴油发电机的输出容量，是表征柴油发电机工况特征的重要综合指标。但是由式（公式1）可知，输出容量相同，不等于工况相同。由于工况不同，柴油发电机作业状态，即燃烧放热过程不同。因此，在相同功率下，柴油发电机的经济性和排放特点不一样。故而，准确认识柴油发电机的工况，或在发电机组运转流程中柴油发电机输出功率相同的条件下，怎么样准确购买其工况，对改良整机性能具有重要意义。

由于容量与功率和速度有关，并且同一个转速下可以有不一样的功率，所以同一个转速下肯定也对应不一样的容量。图2为柴油发电机总输出功率的功率变化曲线图。

       当发电机转子以同步速度旋转时，输出电压和频率与电网相同。这意味着同步发电机必须在电网频率内运行，并且在负荷变化时必须按需调节输出电压和频率。输出特性也就是指交流发电机输出电流与频率（速度）之间的关系，即U=常数时，I=f(n)的函数关系，如图3所示。

      发电机不接负荷时，电枢电流为零，称为空载运行。此时电机定子的三相绕组只有励磁电流感生出的空载电动势（三相对称），其大小随的增大而增加。但是，由于电机磁路铁心有饱和情形，于是两者不成正比。反映空载电动势与励磁电流关系的曲线称为同步发电机的空载特征。

      外特性研究的是当发电机速度一定期，其端电压与输出电流的关系，即n=常数时，U=f(I)的曲线所示从外特点曲线可以看出发电机电压受负荷影响的程度：如果发电机在高速运转时，突然失去负荷，发电机电压会突然升高，导致发电机及调整器等内部电子元件有被击穿的危险。

图3  交流同步发电机输出特征曲线  交流同步发电机外特性曲线图

      本文章具体讨论发电用柴油发电机的特性。因为发电机组操作要素比较复杂，柴油发电机运转工况不断发生变化。故而对发电用柴油发电机的性能评价，只考虑额定工况点的性能指标是不够的，还需要研讨不同工况下柴油发电机性能指标的变化特性。柴油发电机的性能指标有动力性指标（Pe、T1g、Pme）、经济性指标（燃油消耗率b。等）及排放性指标（如NO，、CO、HC、PM等排放量），这些指标随柴油发电机工况的变化规律称为柴油发电机的操作特点，而这些性能指标随工况的变化曲线称为特性曲线。绘制柴油发电机的特点曲线，可以直观地评价与陈述柴油发电机的性能及其危害条件，是柴油发电机性能阐明的重要办法。