非線性負載機組選型

1、關(guān)于非線性負載機組選型問題注意對于非線性負載對油機的帶載性能影響問題在有關(guān)技術(shù)文件上已有了不同層次的闡述，因不同的負載影響程度不同，也不能采用一個統(tǒng)一的公式進行計算來解決，因此本文就一些原則作一些說明：1、 負載性質(zhì)根據(jù)負載的特性可分為線性負載和非線性負載。線性負載：電壓和電流之間是線性關(guān)系的負載。常見的線性負載有加熱器、白熾照明燈、變壓器、直接啟動或傳統(tǒng)降壓啟動方式的電動機等。線性負載根據(jù)電壓和電流的相位關(guān)系又可分為電阻性（如電阻、電爐、白幟燈等）、電感性（如感應(yīng)電動機、變壓器等）、電容性（如電容器等）負載。非線性負載：電壓和電流之間是非線性關(guān)系的負載。在負載投入、運行過程中，電壓、電流的關(guān)

2、系是經(jīng)常變化的，其波形也不是我們常說的正弦交流波，而是含有不光滑的畸變成分，根據(jù)數(shù)學的方法可分解為基波和一系列的高次諧波，主要是5次、7次等奇次諧波。2、 常見非線性負載的類型典型的非線性負載：（1） 軟起動器（可控硅電動機啟動器）.（2） 開關(guān)電源、UPS - ( 逆變元件,電池充電器).（3） 變頻控制的電動機、起重機、電梯、泵等制造過程控制 (如溫控箱、爐、加熱器).（4） 電子數(shù)據(jù)圖象設(shè)備 電視、電影等無線電發(fā)射設(shè)備，可控燈光設(shè)備（5） 電信通信設(shè)備（6） 整流器、熒光燈等3、 現(xiàn)代負載的概念隨著電子技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用，從我們?nèi)粘Ｉ钏玫降碾姎庠O(shè)備（如熒光燈、電視機、變頻空調(diào)）到工

3、業(yè)生產(chǎn)常用的設(shè)備（如變頻電機、軟啟動電動機、高溫爐），再到我們公司最重要的行業(yè)市場（如通信行業(yè)設(shè)備、機場無線電發(fā)射設(shè)備、機場跑道調(diào)光燈、油田鉆機等），已不再是傳統(tǒng)的感性負載為主的線性，而是以非線性負載特性為主或多多少少都含有非性成分的負載。因此有專家提出了現(xiàn)代負載的概念來統(tǒng)稱這類負載。提出現(xiàn)代負載概念對整個供電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、電氣制造行業(yè)都有了更新的要求。一方面是要求生產(chǎn)這類負載設(shè)備的廠家要從自己生產(chǎn)的設(shè)備上進行技術(shù)改進，以減少對電網(wǎng)的影響，另一方面也對整個供配電系統(tǒng)有更高的要求。作為我們公司這樣的柴油發(fā)電機組制造商更是要充分考慮到這一新的變化趨勢，因為發(fā)電機組是一個容量相對很小的電源設(shè)備，更

4、容易受到非線性負載的干擾而無法正常工作，尤其是用戶對這些方面不能充分認識時更可能會對我們的設(shè)備產(chǎn)生誤會。4、 非線性負載的影響柴油發(fā)電機組在帶動非線性負載時如果選型匹配不當會產(chǎn)生如下不正?，F(xiàn)象：（1）發(fā)電機組的輸出電壓突然增高到440V以上，而且極不穩(wěn)定。（2）發(fā)電機組測量儀表或控制器檢測到的輸出頻率在40-60Hz之間波動，極不穩(wěn)定。（3）發(fā)電機組在出現(xiàn)頻率或電壓異常的同時出現(xiàn)嚴重的機械共振現(xiàn)象，柴油機出現(xiàn)有節(jié)奏的搖擺和聲音起伏，迫使柴油發(fā)電機組的保護裝置動作或必須人工保護停機。（4）非線性負載的高次諧波導致反常的導體發(fā)熱，損壞發(fā)電機的繞組、勵磁回路和AVR。下圖顯示的是正常的正弦電壓波形和

5、畸變的電壓波形。（5）負載設(shè)備因檢測到電壓或頻率的異常而自動切斷電源開關(guān)，如果是UPS負載，將由后備電池組向負載放電或從旁路直接向負載供電。5、 解決問題的方法（1）選擇發(fā)電機的勵磁方式新型發(fā)電機由于多采用無刷勵磁方式，分為自勵式和他勵式，以我司標配的STAMFORD發(fā)電機為例，其勵磁方式如下表： 型號KJ44E及以下； 其他出口機型備用功率44kVA及以下KJ44E（不含）-KM750E UC2、HC4、HC5，可加裝PMG無刷自勵KM825E及以上LV6、HC7、P7，PMG盡可能采用無刷永磁式勵磁交流發(fā)電機是提高發(fā)電機組帶非線性負載最經(jīng)濟方便的方法。永磁勵磁系統(tǒng)由五部分組成：發(fā)電機主勵磁

6、繞組（轉(zhuǎn)子），永磁發(fā)電機（PMG），自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR），勵磁機和旋轉(zhuǎn)二極管。下圖是無刷永磁式勵磁交流發(fā)電機的工作原理圖，在這個系統(tǒng)中有以下幾個特點：（A）由于PMG系統(tǒng)提供一個與定子輸出電壓波形畸變及大小無關(guān)的恒定的勵磁電源，因而能提供較高的電動機起動承受能力，并對非線性負載產(chǎn)生的主機定子輸出電壓的波形畸變具有抗干擾性，可提高發(fā)電機帶非線性負載能力。（B）AVR檢測三相輸出電壓（三相方均根檢測），具有精度極高的穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率（通?？蛇_±0.5%）。無需另外加裝標配發(fā)電機 BC系列，無刷自勵可加裝PMG 不能加裝備注KJ44E以前是用UCI224C發(fā)電機，06年可改型BC184J

7、（C）更強的抗無線電干擾能力。（D）更強的承受短路電流能力（通?？蛇_3倍額定電流，持續(xù)10S）。（2）在不增加柴油機功率的條件下配置一臺較大容量的發(fā)電機，以提高機組帶非線性負載的能力。通常柴油機和發(fā)電機的功率匹配關(guān)系是柴油機凈輸出機械功率略大于發(fā)電機功率（在此不詳細論述），發(fā)電機輸出功率一般可以按照下表的參考值進行選擇：發(fā)電機和非線性負載功率匹配關(guān)系 整流技術(shù)采用6脈沖整流技術(shù)采用12脈沖整流技術(shù)采用單相整流技術(shù)采用高頻脈寬調(diào)制技術(shù) Sg=3-3.5Su Sg=2.5-3Su Sg=4-5Su Sg=2-3Su 功率匹配關(guān)系注：（A）Sg表示發(fā)電機的標稱功率（kVA），Su表示負載的標稱功率（

8、kVA）：（B）發(fā)電機采用永磁他勵式（PMG）發(fā)電機、AVR三相電壓檢測并采取隔離變壓器將發(fā)電機組輸出電壓經(jīng)過隔離后再輸送到AVR。（3）選型前需了解的設(shè)備資料由于非線性負載選型是一個比較復雜的過程，只應(yīng)用上面的方法可能很難準確進行選用，有時甚至根本無從識別負載的類型，所以最好的辦法是能夠向用戶說明非線性負載選型的重要性，并盡可能要求提供以下資料：（A） 基本負載的容量（B） 負載投入的順序（C） 非線性負載是采用單相整流技術(shù)還是三相6脈沖或12脈沖整流技術(shù)（D） UPS的后備電池充電電流為多大，并計算充電容量（E） 設(shè)備所允許的電壓畸變量是多少根據(jù)以上資料一般可以比較準確的進行選型。確保用戶

9、的投資最優(yōu)。6、 我司在實踐過程中碰到的一些案例（1） 深圳有線電視臺KJ44ECV車載電站帶15kVA UPS的案例。我們通過試驗的方式確定選用了4039DF008柴油機和UCI224F柴油機并加裝PMG（2） 海航樂東機場KJ80E機組帶跑道調(diào)光燈。實際負載總量大約在50kW左右，但用KJ80E機組帶載時電壓、頻率都波動非常大，通過選用6068TF258+UCI274D并加裝PMG（功率為125kVA）來解決。（3） 某通信用戶UPS負載容量大約在10kVA左右，標準KJ44E無法帶動，通過加裝PMG解決。（4） 某通信用戶UPS負載容量大約在40kVA左右，標準KJ110E無法帶動，通過加裝PMG解決。7、 對電動機負載的說明（1） 電動機雖然不是非線性負載，但是由于控制方式上常用了軟啟動器、變頻控制的手段，也屬于非線性負載考慮的范疇。（2） 電動機由于啟動時電流會比正常電流大若干倍，功率因數(shù)又非常低，所以會造成發(fā)電機端電壓下降，可能會造成配電設(shè)備保護動作，同時頻繁起動可能造成發(fā)電機轉(zhuǎn)子燒壞。當電動機容量較大時也要進行發(fā)電機的特殊選型。這類情況主要是工廠用戶、大樓的消防水泵、消防電