柴油發電機

柴油發電機是一種小型發電設備，系指以柴油等為燃料，以柴油機為原動機帶動發電機發電的動力機械。整套機組一般由柴油機、發電機、控制箱、燃油箱、起動和控制用蓄電瓶、保護裝置、應急櫃等部件組成。

可用於各種家庭、辦公室、大中小型企業日常發電以及應急發電。

基本介紹

• 中文名：柴油發電機
• 外文名：Tengdao power
• 發明人：Rudolf Diesel 
• 套用：日常、應急用電
• 基本結構：發電機、柴油機

定義

發電機是將其他形式的能源轉換成電能的機械設備。

柴油發電機是柴油發動機與發電機（通常是交流發電機）的組合以產生電能。 柴油壓燃式發動機通常設計成在燃油上運行，但是有一些類型適用於其他液體燃料或天然氣。

發展歷史

1897年全世界第一台柴油機誕生於德國的奧格斯堡（Augsburg），是由MAN公司的創始人Rudolf Diesel 發明的。柴油機的英文名字即為創始人的姓名 Diesel。

MAN公司乃當今世界上最為專業的柴油機製造公司，單機容量最大可達到15000kW。是海洋船運業的主要動力供應商。中國的大型柴油機發電廠亦依賴MAN公司，如廣東惠州東江電廠（10萬kW）。佛山電廠（8萬kW）均為MAN公司提供的機組。

世界上最早的柴油機被存放在德國國家博物館的展廳里。

基本結構

柴油發電機的基本結構是由柴油機和發電機組成，柴油機作動力帶動發電機發電。

柴油機的基本結構：由氣缸、活塞、氣缸蓋、進氣門、排氣門、活塞銷、連桿、曲軸、軸承和飛輪等構件構成。柴油發電機的柴油機一般是單缸或多缸四行程的柴油機，下面我只說說單缸四行程柴油機的工作基本原理：柴油機起動是通過人力或其它動力轉動柴油機曲軸使活塞在頂部密閉的氣缸中作上下往復運動。活塞在運動中完成四個行程：進氣行程、壓縮行程、燃燒和作功（膨脹）行程及排氣行程。當活塞由上向下運動時進氣門打開，經空氣濾清器過濾的新鮮空氣進入氣缸完成進氣行程。活塞由下向上運動，進排氣門都關閉，空氣被壓縮，溫度和壓力增高，完成壓縮過程。活塞將要到達最頂點時，噴油器把經過濾的燃油以霧狀噴入燃燒室中與高溫高壓的空氣混合立即自行著火燃燒，形成的高壓推動活塞向下作功，推動曲軸旋轉，完成作功行程。作功行程完了後，活塞由下向上移動，排氣門打開排氣，完成排氣行程。每個行程曲軸旋轉半圈。經若干工作循環後，柴油機在飛輪的慣性下逐漸加速進入工作。

柴油機曲軸旋轉便帶動發電機轉動發電，發電機有直流發電機和交流發電機。

直流發電機主要由發電機殼、磁極鐵芯、磁場線圈、電樞和炭刷等組成。工作發電原理：當柴油機帶動發電機電樞旋轉時，由於發電機的磁極鐵芯存在剩磁，所以電樞線圈便在磁場中切割磁力線，根據電磁感應原理，由磁感應產生電流並經炭刷輸出電流。

交流發電機主要由磁性材料製造多個南北極交替排列的永磁鐵（稱為轉子）和矽鑄鐵製造並繞有多組串聯線圈的電樞線圈（稱為定子）組成。工作發電原理：轉子由柴油機帶動軸向切割磁力線，定子中交替排列的磁極線上圈鐵芯中形成交替的磁場，轉子旋轉一圈，磁通的方向和大小變換多次，由於磁場的變換作用，線上圈中將產生大小和方向都變化的感應電流並由定子線圈輸送出電流。

為了保護用電設備，並維持其正常工作，發電機發出的電流還需要調節器進行調節控制等等。

原理

簡而言之，就是柴油發電機驅動發電機運轉。
在汽缸內，經過空氣濾清器過濾後的潔淨空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油充分混合，在活塞上行的擠壓下，體積縮小，溫度迅速升高，達到柴油的燃點。柴油被點燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動活塞下行，稱為‘作功’。各汽缸按一定順序依次作功，作用在活塞上的推力經過連桿變成了推動曲軸轉動的力量，從而帶動曲軸旋轉。將無刷同步交流發電機與柴油發電機曲軸同軸安裝，就可以利用柴油發電機的旋轉帶動發電機的轉子，利用‘電磁感應’原理，發電機就會輸出感應電動勢，經閉合的負載迴路就能產生電流。
這裡只描述發電機組最基本的工作原理。要想得到可使用的、穩定的電力輸出，還需要一系列的柴油發電機和發電機控制、保護器件和迴路。

孤島操作模式

在沒有連線到電網的情況下操作的一個或多個柴油發電機被稱為孤島操作模式。並聯的工作發電機可以在部分負載下獲得更好的效率。用於孤立社區的主電源的孤島電廠通常將具有至少三個柴油發電機，其中任意兩個均被額定承載所需的負載。

發電機可以通過同步過程電連線在一起。同步涉及在將發電機連線到系統之前匹配電壓，頻率和相位。在連線之前無法同步可能會導致高短路電流或發電機或其開關設備的磨損。同步過程可以由自動同步模組自動完成，或由指導的操作員手動完成。自動同步器將從發電機和母線電壓讀取電壓，頻率和相位參數，同時通過發動機調速器或ECM（發動機控制模組）調節速度。

負載可以通過負載共享在並聯運行的發電機之間共享。負載共享可以通過使用由發電機頻率控制的下降速度控制來實現，同時其不斷地調節發動機燃料控制以將負載轉移到剩餘電源或從剩餘電源轉移負載。當向其燃燒系統的燃料供應增加時，柴油發電機將承擔更多的負載，而如果燃料供應減少，則釋放負載。

機組型號

柴油發動機，發電機和各種輔助裝置（例如基座，頂蓋，聲衰減，控制系統，斷路器，夾套熱水器和起動系統）的封裝組合被稱為“發電機組”。

標準機組

標準機組廣泛套用於機房內安裝的一般場所。機組主要由柴油機、發電機、控制系統、機座、減震裝置、冷卻系統、供油系統、和輸出保護開關等部分組成。

防護型機組

防護型機組套用於對噪聲沒有特殊要求的戶外場所。主要由標準機組、防護罩殼、排煙系統等組成。由於防護罩殼沒有設定降噪裝置，只要滿足通風和防雨雪條件即可，故其外形體積較小，成本較低。機組運行時開門開窗通風。防護型電站可以單台，也可以多台並聯使用，多台並聯使用特別適用於負載變化較大、連續運行可靠性要求較高及低成本經濟使用的場合，如配套油田鑽機等。

防音型機組

防音型機組廣泛套用於對環境保護有特殊要求的戶外或室內需要防護降噪的場所，主要由標準機組、防音罩殼、進排風降噪裝置和排氣降噪裝置等組成，其主要特徵是防音罩殼設定隔音和吸音層、進排風通道做降噪處理、排氣採用工業型和住宅型消聲器的組合，分別降低其高頻和低頻段的噪聲。標準防音型機組噪聲一般在78～85dB（A），超級防音型機組噪聲一般在70～78dB（A）。超級防音型機組是在標準防音型機組的基礎上對噪聲排放採取更加嚴格的控制措施，如採用迷宮式進排風通道設計等來實現的。

斯特朗動力

超級防音型機組一般外型尺寸都較大，製造成本也比標準防音型機組要高得多。防音型機組和超級防音型機組通常在防音罩殼外操作、保養和檢修。

露天電站

低噪聲方艙電站和貨櫃電站一般套用於對環境保護有特殊要求的戶外使用場所，可以直接放置在戶外露天使用，省去建造機房，同時具有機動性強和投入使用周期短等特點。低噪聲方艙電站和貨櫃電站的噪聲一般在75～85dB（A），可以在方艙和機廂內進行操作、保養和檢修。

車載移動電站

車載電站廣泛套用於通信、電視轉播、高速公路、搶險、供電和軍隊等對於快速、機動性和可靠性要求較高的電源應急場合。主要將機組安裝在汽車的車廂內，並可以配備電動電纜絞盤、多路輸出插座和機械（或液壓）支腿，也可以很方便的實現多輛車載移動電站並聯使用。車載移動電站一般噪聲在70～80dB（A）。

參數

製造商提供詳細的安裝指南，以確保正確的功能，可靠性和低維護成本。線上購買發電機時，必須確保產品附帶安裝指南和產品描述。指南涵蓋以下內容：

尺寸和選型 - 電氣設備的典型負載，套用的預期負載

電氣因素 - 峰值負載與穩定，允許的套用

冷卻 - 發電過程中的發動機冷卻

通風 - 冷卻過程中允許氣流（設計）

燃料儲存 - 發電機以特定的使用率運行多長時間

特定型號的噪聲 - dB水平

排氣量 - ppm（百萬分之幾）的某些元素，考慮環境和發電機周圍的環境

啟動系統 - 鑰匙啟動，拉動啟動，按鈕啟動等等

機組尺寸

家庭、商店、辦公室

對於家庭，小商店和辦公室，設備尺寸範圍從8到30千瓦（也是8到30千伏安單相）

工廠

大型工業發電機從8千瓦（11千伏安）到2,000千瓦（2,500千伏安三相）複合體。 2,000 kW裝置可以安裝在12米的ISO貨櫃中，燃油箱，控制器，配電設備和作為獨立電站運行所需的所有其他設備或作為電網電力的備用。

小型發電站

這些模組的組合用於小型發電站，並且每個模組使用1到20個單元，並且可以組合成數百個功率模組。在這些較大的尺寸中，功率模組（發動機和發電機）被單獨帶到拖車上，並且用大電纜和控制電纜連線在一起以形成完全同步的發電設備。還有許多選擇來滿足特定的需求，包括用於自動啟動和電源並聯的控制臺，用於固定或移動套用的通風設備，燃料供應系統，排氣系統等。

主要用途

日常使用供電

儘管柴油發電機組的功率較低，但由於其體積小、靈活、輕便、配套齊全，便於操作和維護，所以廣泛套用於礦山、鐵路、野外工地、道路交通維護、以及工廠、企業、醫院等部門。

應急電源

柴油發電機組用於沒有連線到電網的地方，或者在電網故障時用作應急電源，以及用於更複雜的套用，例如峰值跳閘，電網支持和電網輸出。

發展方向

發電機組肩負著為國民經濟以及人民生活用電提供發電成套設備的重任，所以它在很長一段時間內還會占據著很重要的位置。而伴隨著時代的進步社會的發展，原有的那種發電機組笨重、耗油高、噪音大、尾氣污染嚴重，顯然已經不適合社會的需要。所以未來發電機組的發展方向應該是節能、環保、輕型化、小型化、美觀大方。這樣才能發揮出發電機組的潛在優勢。

前沿套用

1、獨立交流微網中電池儲能與柴油發電機的協調控制

在獨立交流微網系統內,柴油發電機和電池儲能之間的協調控制是保證系統穩定運行的關鍵。利用電池儲能的快速回響特性,提出了柴油發電機和儲能電池的協調控制方法。柴油發電機作為主電源時,通過在儲能系統傳統下垂控制中引入輔助功率控制信號,防止柴油機長時過流引起的系統崩潰,提高了系統穩定性。針對微網內主電源從儲能系統轉為柴油發電機或者從柴油發電機轉為儲能系統時的短時停電問題,提出了柴油發電機和儲能電池雙主電源的無縫切換控制策略。

2、船舶柴油發電機組的建模與運行仿真研究

船舶柴油發電機組的運行過程是電站運行的重要組成部分。並聯運行的柴油發電機組數量決定了船舶電站的容量。並聯運行的穩定性與船舶電站的穩定性密切相關。建立能準確反映柴油發電機組運行的數學模型對電站的運行控制、仿真和性能分析都具有重要意義。柴油發電機組並聯運行過程的研究涉及到柴油發電機的模型、並聯運行控制模型、電力負荷模型等的建立。其中,柴油發電機模型儘管存在一些不同的建模方法,但大多數僅限於單台模型仿真。以柴油發電機模型為核心,建立多台柴油發電機組並聯運行的數學模型。以“育鯤”輪的船舶電站為參考對象,分別建立了柴油發電機模型、電力負荷模型,並聯運行控制系統模型。