關(guān)注：
這兩種機(jī)器安裝在同一底座上,二者結(jié)合在一起共同工作的關(guān)鍵是兩機(jī)之間的連接。發(fā)動機(jī)的曲軸與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸是它們唯一的連接部分,這也是安裝技術(shù)的難點(diǎn)。為了盡量減少由于連接成一體而增加的摩擦損耗,提高能量的傳輸效率�，F(xiàn)代柴油發(fā)電機(jī)組普遍是把同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸通過法蘭、端蓋,與柴油發(fā)動機(jī)曲軸端頭的飛輪上的罩殼定位止口直接相連，以保證兩軸的同心度。同時，這兩個部件之間還采用圓柱型的彈性聯(lián)軸器傳動機(jī)械能，帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)。 為使組合在同一底盤上的這兩臺工作原理和性能截然不同的機(jī)器,協(xié)調(diào)一致地高效率工作,必須有一個指揮中心。這就是柴油發(fā)電機(jī)組的控制柜(屏)。它通過電纜將二者聯(lián)系起來形成一個信息統(tǒng)一體。不僅控制它們的工作狀態(tài),而且實(shí)時監(jiān)測它們的工作參數(shù),給出各種指揮它們工作的指令。同時,還可與外界的相關(guān)設(shè)備、負(fù)荷,甚至管理人員建立起交互界面�？刂乒窬褪沁@樣成為柴油發(fā)電機(jī)組的指揮中心。 1 控制裝置的特點(diǎn) 柴油發(fā)電機(jī)組隨著其輸出功率的由小到大,控制柜也由簡單到復(fù)雜。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,為控制柜不斷地采用新技術(shù)改進(jìn)其性能和品質(zhì)提供了有利的條件�，F(xiàn)代柴油發(fā)電機(jī)組的控制柜,除功率很小的機(jī)組外,基本上都是以微處理器或可編程控制器(PLC)為核心構(gòu)成的智能化控制設(shè)備。因此也就實(shí)現(xiàn)了對柴油發(fā)電機(jī)組各種運(yùn)行數(shù)據(jù)的智能化、數(shù)字化處理。這就比從前的柴油發(fā)電機(jī)組靠模擬量指示儀表和繼電器控制方式,要自動、快捷、精確得多。其更為突出的特點(diǎn)是:以脈沖編碼為基礎(chǔ)的數(shù)字化信息流,要比連續(xù)的模擬量有更強(qiáng)的抗干擾能力。再加之利用軟件進(jìn)一步提升信息流的純正性。從而使控制柜即使安裝在發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)的附近,也能經(jīng)受電磁場和高溫的干擾而穩(wěn)定可靠地工作。 以16位或32位微處理器為核心的控制柜,可實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組的全自動運(yùn)行,并實(shí)時顯示各種運(yùn)行參數(shù)。還可上互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控或進(jìn)行無線遙控。人機(jī)交互也是它的一個特點(diǎn);用戶可根據(jù)需要設(shè)置一些指令,讓柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行更符合自己的愿望�？刂乒駜�(nèi)采用的CAN總線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),符合ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)標(biāo)準(zhǔn),它是一組有較高安全性的有效支持實(shí)時分配命令的通訊協(xié)議。其優(yōu)點(diǎn)在于高速度的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、高可靠性的信息傳遞和低成本的接線。柴油發(fā)電機(jī)組通過它,將許多部位的傳感器送來的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)送入微處理器。再將其分析、處理結(jié)果,以指令形式送達(dá)相應(yīng)的調(diào)節(jié)部件進(jìn)行調(diào)控。使柴油發(fā)電機(jī)組處于最佳的工作狀態(tài)之中。 2 控制柜的功能 雖然各廠家出品的柴油發(fā)電機(jī)組控制柜(屏)形式各不相同,但其功能都大同小異;一般20kVA以下的機(jī)組因其輸出功率小、結(jié)構(gòu)簡單�？刂乒竦墓δ芤蚕鄳�(yīng)簡單實(shí)用,多以指示儀表和手動按鈕為主,發(fā)電機(jī)的輸出控制開關(guān)也在柜上。30kVA以上的機(jī)組普遍采用的是以數(shù)字化、智能化為核心的控制柜。 2.1 普通控制柜 這種控制柜用于不并聯(lián)運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)組, 常安裝在30～2500kVA各種容量的柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組上,控制面板(屏)一般的樣式如圖1所示。 (1)控制面板(屏)介紹 面板可分為左、中、右三部分: �、僮笊辖鞘强刂乒竦拈_啟鍵ON。其下面15個鍵作為編程用:其中0～9這10個鍵可輸入數(shù)字。 M鍵選擇模式,ESC鍵用于換碼,←→兩個鍵是瀏覽主頁或根據(jù)選擇的模式左右移動鍵入的數(shù)字,V鍵做確認(rèn)。 �、谥虚g部分上面的LCD顯示屏,可顯示8行21個字符。它可實(shí)時指示柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的許多參數(shù)。 以下是各種操作鍵:AUTO是機(jī)組自動運(yùn)行鍵,當(dāng)控制柜與市電/發(fā)電機(jī)組自動切換柜(ATS)連接以后,柴油發(fā)電機(jī)組即根據(jù)ATS的指令動作:市電正常,機(jī)組不工作;市電中斷，機(jī)組即刻起動。STOP停機(jī)鍵，可手動停機(jī)。TEST試驗、測試鍵,按動它以后，就可以用MANU手動鍵起動柴油發(fā)電機(jī)組，對其運(yùn)行狀況進(jìn)行測試。RESET是機(jī)組排除故障以后的復(fù)位鍵。它的右邊就是面板上的所有LED小指示燈的測試鍵。按一下它，所有的小燈會依次亮一下，以此測試指示燈是否工作正常。 ③面板右邊部分的上面,是實(shí)時運(yùn)行參數(shù)的測量功能區(qū):它的U/V鍵,用作查看同步發(fā)電機(jī)的輸出電壓。按動它,LCD顯示屏即刻指示線電壓U及相電壓V的實(shí)時測量值。觸動I鍵,則顯示同步發(fā)電機(jī)A、B、C三相各自輸出的相電流。F鍵是選擇在LCD屏上查看輸出頻率的。它旁邊的柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)測量鍵,可看到柴油發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、運(yùn)行時間和機(jī)組起動用蓄電池組的電壓。這四個測量按鍵下面的8個小指示燈,從它們各自右邊的示意圖就得知是一些運(yùn)行/安全指示燈。按照縱向排列的順序,從上到下,先左排后右排,它們的功能分別是:A.油壓(機(jī)油)異常;B.水溫(冷卻液)異常;C.不能起動(柴油發(fā)電機(jī)組);D.超速(機(jī)組轉(zhuǎn)速);E.加載準(zhǔn)備(可接入負(fù)荷);F.充電失效(對啟動用蓄電池);G.一般報警;H.一般故障。在柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中,只要出現(xiàn)這8種情況則相應(yīng)的指示燈就會亮起或閃爍。這8個運(yùn)行/安全指示燈下面的兩個鍵，是控制同步發(fā)電機(jī)輸出端的空氣斷路器用的，按I鍵使空氣斷路器閉合，O鍵使其分開。 (2)控制柜的功能 控制面板(屏)是個人機(jī)交互界面:界面上的這些功能,其實(shí)是由控制柜內(nèi)安裝的以16位微處理器或可編程控制器為核心的控制板所提供的。信息分析、處理迅速精確的控制板,其功能除了面板上的這些按鍵和指示燈已經(jīng)提供的以外,還有: �、倏刂乒δ� ·機(jī)組手動或自動起動不成功控制;機(jī)組第一次起動不成功,可隔30s左右再起動一次,若仍不成還可以第三次起動。三次起動均失敗,控制電路禁止再起動柴油機(jī)機(jī)組。 ·機(jī)組起動成功,發(fā)電機(jī)正常發(fā)電,控制主開關(guān)合閘向負(fù)載送電。市電恢復(fù)后,控制主開關(guān)分閘脫離負(fù)載。 �、诒Ｗo(hù)功能 ·過流保護(hù):當(dāng)負(fù)載電路出現(xiàn)過流現(xiàn)象時,主開關(guān)分閘。 ·短路保護(hù):出現(xiàn)短路時,主開關(guān)即刻分閘,切斷回路。 ·過壓/欠壓保護(hù):發(fā)電機(jī)輸出電壓高于或低于標(biāo)準(zhǔn)值范圍時,主開關(guān)自動分閘;電壓恢復(fù)正常后,主開關(guān)自動合閘。 ·當(dāng)柴油機(jī)出現(xiàn)低油壓、高水溫、超速等異常時自動停機(jī)。 ·當(dāng)啟動用蓄電池電壓達(dá)到最低值時，自動停機(jī)。 �、燮渌δ� ·按日期存儲機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)記錄。 ·與柴油發(fā)動機(jī)電子調(diào)速器和同步發(fā)電機(jī)的AVR的CAN總線連接。 ·RS232或RS485通訊接口。 2.2 并聯(lián)機(jī)組用控制柜 普通控制柜具有多項測控功能,完全滿足柴油發(fā)電機(jī)組單機(jī)運(yùn)行的需要。這歸功于作為核心的16位微處理器。 對于需要兩臺或多臺同時并聯(lián)運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)組，則是以32位微處理器為核心構(gòu)成的控制柜。它除了包含普通控制柜的全部功能外，還增加了更為完備的測控內(nèi)容。突出特點(diǎn)是：它以最快的速度在并聯(lián)運(yùn)行的各機(jī)組之間精確地傳遞著相關(guān)參數(shù)和指令。以確保最多8臺機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行或與市電并網(wǎng)。并聯(lián)機(jī)組用的一種控制柜面板如圖2所示。 (1) 面板的各項功能 �、僮筮叺腇1～F6六個帶有LED小指示燈的按鍵,可根據(jù)用戶的需要編程后設(shè)定其功能。例如F1、F2分別設(shè)定為發(fā)動機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)上升、下降。F6設(shè)定為強(qiáng)制試機(jī)。為了方便操作,每個鍵的功能標(biāo)簽置于它的旁邊。需要時按下鍵,機(jī)組即可響應(yīng)。 �、诿姘宓挠疫吺�12個LED小指示燈,同樣可根據(jù)需要,對每個燈閃亮所代表的現(xiàn)象進(jìn)行定義和編程。例如:最上面的第1個燈定義為并聯(lián)機(jī)組之間協(xié)議停機(jī)。最下面的第12個燈定義為控制柜接通電源。為了清楚，每個燈的右邊用標(biāo)簽表明其指示的現(xiàn)象。機(jī)組出現(xiàn)了情況，則相應(yīng)的小燈就會亮起來。 ③面板中間部分:上面是LCD顯示屏,可查看幾臺柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)下,本機(jī)的實(shí)時工作參數(shù)。通過四向鍵可選擇所關(guān)注的數(shù)據(jù)。除此而外,還可用數(shù)字鍵、字母鍵對F1～F6按鍵和12個LED指示燈的功能進(jìn)行編程和定義。 (2)并機(jī)控制柜的特點(diǎn) �、貱AN1總線連接數(shù)字輸入和模擬/數(shù)字(A/D)輸入模塊。以取得電壓(U為線電壓,V為相電壓)、電流(I為相電流,In為零線電流)、頻率(F)、溫度(機(jī)油、冷卻液溫度)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等同步發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)的實(shí)時工作參數(shù)。這些在LCD顯示屏上也都可以看到。這些參數(shù)經(jīng)32位微處理器分析、運(yùn)算后，以數(shù)字指令形式通過數(shù)字輸出模塊調(diào)控相應(yīng)機(jī)構(gòu)，使機(jī)組保持在預(yù)設(shè)定的工作狀態(tài)中。 CAN2總線專門用于與柴油發(fā)動機(jī)的電子調(diào)速器進(jìn)行信息交換。因為在并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組中,實(shí)時調(diào)控發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速有著重要的作用。 R485串行通訊口用在與其并聯(lián)的機(jī)組之間通信,使每臺柴油發(fā)電機(jī)組都運(yùn)行在預(yù)置好的各項參數(shù)之中。 �、跓o論幾臺柴油發(fā)電機(jī)組構(gòu)成并聯(lián)運(yùn)行體制,前提條件是它們各自的輸出電壓瞬時值、頻率和瞬時相位都必須相同,并與控制柜預(yù)置好的相應(yīng)數(shù)據(jù)一致。 并聯(lián)工作的柴油發(fā)電機(jī)組無論是作為冗余還是增容應(yīng)用,在其額定的負(fù)荷范圍內(nèi),允許帶動電阻性、電容性、電感性或兼而有之被稱作電抗性的負(fù)荷。但是,負(fù)荷必須平均分配到每一臺機(jī)組上,這是并聯(lián)工作體系能否成功運(yùn)行的關(guān)鍵。 純電阻性負(fù)荷消耗了發(fā)電機(jī)輸出的電流,將其轉(zhuǎn)化為熱能,所以稱為有功功率(P)。在這里電壓和電流是同相的,相角φ=0。而純電容性或純電感性的負(fù)荷,發(fā)電機(jī)輸出的電能在這種負(fù)荷上并不消耗,而是隨著輸出電壓變化一周的同時,上半周轉(zhuǎn)換成電場或磁場能量,下半周再以電流的形式向電路釋放,所以稱這時發(fā)電機(jī)輸出的是無功功率。這類負(fù)荷上的電流和電壓并不同相,而是超前(電容)或滯后(電感)90°。 在大多數(shù)情況下,并聯(lián)運(yùn)行的柴油發(fā)電機(jī)組帶的都是電抗性負(fù)荷。這就要求并聯(lián)中的每臺機(jī)組不僅要均分有功功率,也必須均分無功功率。 并機(jī)控制柜,將采集到的瞬時電壓、電流、頻率等信號,經(jīng)過32位微處理器的分析和運(yùn)算,求出功率因數(shù)cosφ、有功功率P、無功功率Q(這些都可以在LCD屏上看到)。進(jìn)而判斷P和Q在各機(jī)組之間是否均分;哪一臺P得不到均分,則控制柜就對發(fā)動機(jī)的電子調(diào)速器發(fā)出指令,調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速,改變發(fā)電機(jī)的輸出頻率,以達(dá)到P的均分。若某臺機(jī)組Q得不到均分,那么控制柜發(fā)出指令,變化同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)器的輸出電流,使發(fā)電機(jī)輸出電壓的幅值變化,以獲得對Q的均分。這就是所謂的“有功調(diào)頻,無功調(diào)幅”。當(dāng)然,這種調(diào)節(jié)和并聯(lián)機(jī)組中各機(jī)的瞬時電壓、頻率和相位實(shí)時保持一致,是相輔相成的。 3 柴油發(fā)電機(jī)組的電氣裝置 柴油發(fā)電機(jī)組除了控制柜外,還安裝有一些附屬電氣裝置,對保障機(jī)組的隨時起動、安全運(yùn)行起著重要的作用。 3.1 空氣斷路器 柴油發(fā)電機(jī)組的同步發(fā)電機(jī)輸出的電能,需要有一個控制裝置,來管理它是否向負(fù)荷送電。除此而外,該裝置還能對負(fù)荷電路上出現(xiàn)的過載(負(fù)荷電流超過發(fā)電機(jī)的額定電流)、短路和欠壓(負(fù)荷引起輸出電壓低過額定電壓)等現(xiàn)象執(zhí)行自動切斷電路,以保護(hù)發(fā)電機(jī)組。 這個裝置就是比僅有對電路接通(開)和關(guān)斷作用的普通電氣開關(guān)多出了對電源自動保護(hù)功能的空氣斷路器。這種斷路器用于低壓電路。它的接通和斷開電路的兩個觸頭(動觸頭與靜觸頭),就是在空氣中接觸或分開動作的,動作中產(chǎn)生的電弧由滅弧柵消除。而不像用于高壓電路的斷路器要用油、惰性氣體或真空來滅弧,所以叫做空氣(中工作的)斷路器俗稱“空開”。 它們的結(jié)構(gòu)形式和對電路過流、欠壓的響應(yīng)范圍,因要適應(yīng)各種場合中電路的需要,而種類繁多。但其工作原理都大同小異。在柴油發(fā)電機(jī)組這個領(lǐng)域,常用塑殼式(也稱裝置式)和框架式(也稱萬能式)空氣斷路器作為同步發(fā)電機(jī)電能輸出的開關(guān)。一般550kVA以下的機(jī)組采用塑殼式空氣斷路器,這種斷路器每種規(guī)格的產(chǎn)品對欠壓、過載和短路電流的響應(yīng)值是固定的,它們通常安裝在柴油發(fā)電機(jī)組的控制柜下面。而650kVA以上的機(jī)組則常用框架式空氣斷路器,它們是由幾個功能模塊在框架內(nèi)裝配而成的,每個模塊對過載、短路和欠壓的響應(yīng)范圍不同,這樣就可以根據(jù)對電路保護(hù)的需要,靈活組合模塊,使用方便。因為它們控制的電路電流都在630A以上,所以體積和重量都較大,當(dāng)然其性能也更為優(yōu)越,為此,被安裝在一個單獨(dú)的柜子里,稱為電力控制柜。 空氣斷路器主要由可以儲能的開關(guān)和與其有牽連的脫扣器構(gòu)成。所謂儲能開關(guān),就是它的接通和分?jǐn)嚯娐返膭佑|頭,是由與脫扣器有連帶關(guān)系的可以儲能(即彈簧的壓縮或拉伸)的彈簧機(jī)構(gòu)驅(qū)動的。靠彈簧的彈性能量動作的觸頭動作迅速,接觸可靠。脫扣器則是可以立即改變彈簧的壓縮或拉伸狀態(tài),使其帶動觸頭動作的機(jī)構(gòu)。其核心是電磁線圈及銜鐵連桿。負(fù)荷電路中的過載、短路和欠壓都會使電路的電流發(fā)生突變,其結(jié)果必然是電磁線圈及銜鐵連桿強(qiáng)力動作,牽動開關(guān)的彈簧機(jī)構(gòu)使觸頭跳閘,起到保護(hù)柴油發(fā)電機(jī)組的作用。這個工作過程可用圖3的示意圖表示。 發(fā)電機(jī)工作后,電磁線圈A得電,吸住銜鐵并將彈簧壓縮儲能。合閘時,電動或手動使線圈A斷電,彈簧即刻彈起,帶著動觸頭壓住靜觸頭。電磁線圈B取電于負(fù)荷電路,過載、短路和欠壓都會使線圈B通過超大的電流并產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力吸住銜鐵。從而使彈簧再次被壓縮,動觸頭與靜觸頭分離,保護(hù)柴油發(fā)電機(jī)組。 3.2 電起動裝置 柴油發(fā)電機(jī)組通常采用由蓄電池供電的直流電動機(jī)起動。工作原理如圖4所示。 起動時,用鑰匙將3、2兩點(diǎn)接通。蓄電池組(一般200kVA以下的機(jī)組,用兩塊12V、100Ah或150Ah串聯(lián)成一組。也有的進(jìn)口機(jī)組用的是12V起動電機(jī),只用一塊電池。200kVA以上機(jī)組,則常用一組12V、200Ah電池或兩組12V、150Ah電池并聯(lián))正極經(jīng)過按鈕開關(guān)和電磁鐵線圈接向起動電機(jī)(一般是24V、5～10kW串激直流電機(jī)),負(fù)極則直接連到電機(jī)的負(fù)極。按下按鈕開關(guān),電磁鐵得電吸合銜鐵,推出起動電機(jī)齒輪與柴油發(fā)動機(jī)飛輪齒圈相嚙合,帶動飛輪旋轉(zhuǎn),使柴油發(fā)電機(jī)組起動。然后將鑰匙回位,3、1兩點(diǎn)接通。電磁鐵失電放開銜鐵,起動電機(jī)齒輪隨之脫開飛輪齒圈。 
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