柴油发电机与发电机的工况特征曲线

　　摘要：对发电机组而言，柴油发电机作为发电机组心脏，其输出特点直接危害发电机组的运行特点，而发电机的特征会危害其输出电压和电流的稳定性。因此知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征详细通过其动力性指标、经济性指标及排放性能指标等随发电机使用工况的变化特征来描述。

　　于是，研究柴油发电机特征的主要目的在于正确评价柴油发电机和发电机的特征，为发电机组准确选取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细述，为进一步改良柴油发电机的性能使之与整机性能良好匹配供应高效方法。 

　　      对于柴油发电机特性，具体通过柴油发电机各项性能指标随工况的变化特点来探讨，包括柴油发电机的负荷特点、转速特点及万有特点等。于是，要探求柴油发电机特性，首先需要通晓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、柴油发电机的试验程序及柴油发电机特征的概述方式等。

　　柴油发电机的工作机理和构造特性，其工况是限定在最低稳定转速nmin、最高速度nmax及在各工作速度下所能输出的最大容量（外特性容量曲线）所包围的范围内。最低稳定转速又称为怠速转速，此时向气缸供给的混合气量最少，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。于是，若柴油发电机速度低于此转速时，因为飞轮等运动件的储存能量小，致使柴油发电机转速波动过量，不能正常稳定运行。而柴油发电机的最高速度详细受到来自充气效率、机械损失和曲柄连杆机构惯性力的影响。高转速时由于流动损失增加，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工作可靠性。因此，每一台柴油发电机都限定其允许的最高操作速度，即额定转速nn。所以，柴油发电机的实际工作范围就限定在最低速度和额定转速范围内的小于或等于外特性功率曲线的区域内。根据不同工作机械康明斯油机的使用要素不同，将柴油发电机的工况分为三大类厦门康明斯发电机。

　　      恒速工况是指柴油发电机的转速保持不变，而功率随负荷而变化的工况（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，要点柴油发电机转速稳定不变，而容量随发电机负载（用电量）的大小而变化。恒速工况的特例是柴油发电机运行步骤中速度和负载均保持不变移动发电站，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作业时，除启动和过渡工况以外，通常都按点工况运转。

　　      线工况主要指柴油发电机输出功率与转速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容量主要克服来自流体的阻力，即发电机组稳定运转时，柴油发电机输出的容量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，柴油发电机容量与速度的三次方成正比，即Pe＝Kn3。

　　      前两种工况的共同特征是，柴油发电机输出容量和速度有一定的约束关系。而面工况（图1中阴影区域）的特性是柴油发电机输出容量和速度之间没有特定的约束关系。在柴油发电机整个作业区域内，容量P。和速度n都相对独立变化，因此柴油发电机可能运转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。在陆地运行时，柴油发电机的速度取决于发电机组等陆地作业的作业机械的运行速度，而柴油发电机的输出功率则取决于发电机组的运行阻力。发电机组运转阻力不仅与其运行速度有关，而且还取决于道路情形，或发电机组耕地时的土壤要素、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性的重要综合指标。但是由式（公式1）可知，输出功率相同，不等于工况相同。由于工况不同，柴油发电机作业状态，即燃烧放热流程不同。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。于是，正确认识柴油发电机的工况，或在发电机组运行过程中柴油发电机输出功率相同的条件下，如何正确选择其工况，对改善整机性能具有重要目的。

　　因为功率与功率和转速有关，并且同一个速度下可以有不一样的功率，所以同一个速度下肯定也对应不一样的功率。图2为柴油发电机总输出容量的功率变化曲线图。

　　       当发电机转子以同步转速旋转时，输出电压和频率与市电相同。这意味着同步发电机必须在电网频率内运行，并且在负载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)的函数关系发电机，如图3所示。

　　      发电机不接负荷时，电枢电流为零，称为空载运转。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状况，故而两者不成正比。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点。

　　      外特征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)的曲线所示从外特性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行时，突然失去负荷，发电机电压会突然升高，导致发电机及调节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征曲线图

　　      本文章详细探求发电用柴油发电机的特征。由于发电机组使用条件比较复杂，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点。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点曲线。绘制柴油发电机的特点曲线，可以直观地评价与综述柴油发电机的性能及其危害因素，是柴油发电机性能陈说的重要手段。