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为您讲解什么是柴油发电机组
柴油发电机组由柴油机、同步发电机、配套电气控制设备及各种辅助部件组成,是将柴油机的机械能转变为电能并通过电力电缆将电能提供给用户的设备。在无法实现正常电力供电或突然断电时,柴油发电机组便能够提供稳定可靠的电力。对一些不允许突然断电的特殊部门或重要场合,柴油发电机组更能发挥备份电力的作用,可有效地保证连续、正常、稳定、的用电。
柴油发电机组所使用的柴油机是动力输出部分,它以柴油为燃料,靠汽缸中压缩后形成的高温高压空气使喷入的雾状柴油燃烧膨胀而做功,把热能转变为机械能。由于柴油是靠被压缩的高温空气而自燃,因此柴油机又称为压缩引燃式内燃机。柴油发电机组所使用的柴油机一般为四冲程水冷式高速柴油机。所谓四冲程柴油机即为进气、压缩、做功(膨胀)、排气4个过程完成一个工作循环。柴油机的种类很多,分类方法多样,按汽缸排列方式一般可分为2、4、6缸直列型和12缸V型柴油机;按进气方式可分为自燃吸气型和增压型柴油机;按活塞冲程可分为140mm和150mm柴油机(135系列);按用途可分为发电用、船用、车用、农业灌溉用、工程机械用及其他工业配套用柴油机。
柴油发电机组中的发电机是将机械能转变为电能的装置,是电力输出部分。发电机的种类也很多,分类方法多样,按输出电流的性质可分为直流发电机和交流发电机;按所用原动机的不同可分为柴油发电机、汽油发电机、水轮发电机和汽轮发电机等多种。
柴油机和发电机为刚性连接,并通过减震器直接安装于挂车车架或固定支架上,其他配套件(如控制箱、油箱和电池箱等)均直接或通过架子固定在车架上(固定式柴油发电机组的油箱一般与固定支架分离,另设支架支撑油箱,电池放置在地面上),由车架直接承受负荷。
发电机组有柴油发电机组和汽油发电机组两种。以柴油机作为发电机动力源的柴油发电机组,与以汽油机作为发电机动力源的汽油发电机组相比有多项优点:
①燃油经济。柴油机的热效率高,燃油消耗率低,而且在工况变化时,燃油消耗率曲线变化比较平坦,这对经常在部分负荷下工作的柴油机来说是非常重要的。
②工作可靠、耐久。柴油机由于没有点火系统,所以故障相对较少,工作可靠。
③使用范围广。现代柴油机采用对空气增压的进气方式来提高功率,如自燃吸气(非增压型)的6135型柴油机的标定功率为88.26kW(120马力),而增压型6135ZD柴油机的标定功率为139.75kW(190马力),6135AZD型则为161.81kW(220马力)。
④有害排放物较少。
⑤防火性好。
由于上述优点,柴油发电机组被广泛地应用于科研、工农业生产、城市建设及生活等诸多领域中的野外供电、应急供电和备份供电等方面。例如,为确保作战指挥连续畅通,各级指挥所必须有稳定、充足和连续的供电电源;在野外条件下,难以实现用电力电缆供电,而体积较小、机动性强的柴油发电机组能够为各种设备提供稳定可靠的充足电力。
目前,柴油发电机组的在用型号较多,功率大小不一,其中发电机组大多以柴油为燃料,功率较小的发电机组所配原动机的个别型号采用汽油为燃料。发电机多为有刷同步发电机和无刷同步发电机。发电机自动调压部分形式较多,目前采用可控硅、相复励和TDI型碳阻式自动调压原理的较多,个别型号的发电机自动调压部分采用大功率管等。不同的供电场所使用的用电设备也不同,发电机也应采用不同的自动调压方式。
随着微电子技术、自动控制技术以及复合材料等技术的不断发展,柴油发电机组正向高度机动化、小型化和智能化方向发展。相关技术的不断进步和更新,使得柴油发电机组的保障能力和技术水平不断得以提高,这必将极大地促进各领域综合供电保障能力的不断提高。
柴油发电机组的电球构成和控制系统
电机按照其发生或需要的电能的性质可分为直流电机和交流电机;交流电机除变压器外,还可分为同步电机和异步电机。异步电机多作为电动机,作发电机用的非常少见。
柴油发电机组中常用的发电机为同步发电机,由定子、转子和电压调节器及辅助装置构成。
1.电枢组件
电枢由电枢铁芯和电枢绕组组成。电枢铁芯由导磁良好且彼此绝缘的薄硅钢片叠压而成,既可构成发电机的部分磁路,又可减小铁芯的涡流损耗、电枢硅钢片的内沿中央制有均匀的开口,许多硅钢片叠压后其内沿形成开口槽,用于安放电枢绕组。电枢绕组是由高强度漆包线统制而成,按照设计规律安放在电枢槽内并正确地连接起来,构成完整的单相或三相电枢绕组,用以产生交流电动势,向负载输出电能。
2.磁极
磁极由磁级铁芯和励磁绕组组成。磁极铁芯由导磁良好且彼此绝缘的薄硅钢片叠压而成、,在励磁电流的作用下产生主磁场、同时减小涡流损耗。励磁绕组由外涂高强度绝缘漆的铜导线集中统制在各个磁促上,然后将其正确地连接起来。当通入直流电流时,磁极被磁化,产生符合要求的主磁通和磁极极。其匝数由所要求的主磁通量和所选用的磁极铁芯的材料与截面积决定,导线的线径由额定励磁电流决定。
3.定子和转子
定子是交流发电机中固定不动的部分,可以是电枢,也可以是磁极。对于旋转磁极式发电机,其定子组件就是电枢组件;而对于旋转电枢式发电机,其定子组件则为磁极及其励磁绕组等组成的磁极组件,
转子是发电阻的旋转部分.可以是发电机的磁极,也可以是发电机的电抠。对于旋转磁极式同步交流发电机,转子部分通常由磁极铁芯、励磁绕组、转轴及附件组成。
4.电压调节器AVR
当发电机转速发生变化时,电压调节器可自动改变发电机励磁电流,确保输出电压恒定。常见的电压调节器有SX460型、SA465型、SX440型、SX421型、MX341型、MX321型等。
发电机控制系统
伴随着计算机技术的发展,柴油发电机组自动化技术日臻成熟。专业控制器采用未处理技术,以各种集成电路取代继电器控制及分立电子元器件组成的逻辑电路,直至发展成以专用控制器为核心的自动化系统。其总体来说具有成本低、性能高的特点。
柴油发电机组控制器具有检测和显示发电机各物理量的功能;进行发电机的启动、运行、停机、紧急停机等控制性操作;供电及负载检测与切换;机组保护;故障诊断;远程通信遥测、遥控等作用、增强了柴油发电机组运行的可靠性和人机交流方便性。常见的有DSE55O控制器、ACCESS4000控制器、TA3000控制器等。
介绍柴油发电机组调速方法
1面向Simulink数字调速系统框图
在建立了柴油发电机组调速系统的各模型后,就可用MATLAB的Simulink工具建立基于常规PID控制,变速积分PID控制,不完全微分PID控制和模糊PID控制的调速系统框图。
1.1常规PID控制
首先看常规PID控制,下面是它的系统仿真框图,这是常规采用的PID控制系统图,通过对真实控制系统绘制仿真框图,观察采用常规PID控制效果。
1.2不完全微分PID控制
下面是不完全微分PID控制系统仿真框图,图2不完全微分PID控制系统仿真框图这是在常规PID基础上进行了不完全微分,这是用来改善它的控制功能,取得更好的控制效果。
1.3变速度积分PID控制
下面是变速度积分PID控制系统仿真框图。
1.4模糊PID控制
自适应模糊PID控制是将自适应控制的思想和常规PID控制器结合,吸收了自适应控制和常规PID控制的优点。首先它具备自适应能力,能够自动识辨被控过程参数、自动整定控制参数,能够适应被控过程模型参数的变化;其次它又具有常规PID控制器结构简单、鲁棒性强、可靠性高的优点。这使得自适应PID控制成为过程控制中一种较为理想的控制方法。
如果用模糊控制箱设计出模糊控制器,再在Simulink中建立系统仿真模型,把模糊控制器模块和我们设计的FIS结构连接起来,就可以对它进行仿真研究了,系统仿真框图的建立关键是对PID三个参数Kp,Ki,Kd的整定,这必须考虑到不同时刻三个参数的相互作用和它们之间的关系。
下面从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等各方面来考虑Kp,Ki,Kd的作用,建立模糊规则表。
(1)比例系数Kp的作用是加快系统的响应速度,提高系统的调节精度。Kp越大,系统的响应速度越快,系统的调节精度越高,但容易产生超调,可能会导致系统不稳定。Kp取值过小,会降低调节精度,使响应速度变慢,延长调节时间,使系统动态和静态特征变坏。
(2)积分作用系数Ki的作用是系统的稳态误差。Ki越大,系统的静态误差越快,但Ki过大,在响应过程的初期会产生积分饱和现象,从而引起响应过程的较大超调。但Ki过小会使系统的静态误差难以,影响系统的调节精度。
(3)微分的作用系数Kd的作用是改善系统的动态特征,其主要作用是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化,对偏差变化进行提前预报。但Kd过大,会使响应过程提前制动,延长了调节时间,而且会降低系统的抗干扰性能。下面是进行模糊控制PID控制的系统仿真框图。
2对系统进行仿真研究
建立了系统的仿真框图后,就可以对系统进行仿真研究,就可以比较采用常规PID控制和变积分PID控制,不完全微分PID控制,模糊自适应PID控制的比较,并具体分析我们采用的模糊控制系统仿真框图自适应控制时的仿真效果。对系统进行仿真有助于我们对柴油发电机组调速系统的快速理解,并初步地分析出我们需要的控制参数,对系统的研究有积极作用。
系统仿真图通过MATLAB中的模糊控制箱实现,同时根据自己控制系统的具体特点和要求来建立的,基本可以反应控制系统的基本情况,可以起到很好的仿真模拟作用。
首先,比较常规PID控制和变积分PID控制,变速积分PID通过改变积分项的累加速度,使得它和偏差大小相适应,偏差大的时候,积分慢;偏差小时,积分快,这就可以减少超调,同时更好地静差。
下面比较一下常规PID控制和不完全微分PID控制的区别。不完全微分就是在PID算法中引入了一个一阶惯性环节,使得系统性能得到改善,在改善系统动态特性的时候又尽量减少高频干扰。
介绍模糊自适应控制和常规PID的比较,并对模糊自适应控制的仿真进行分析。这些都是基于前面建立的柴油发电机的系统模型的
可见模糊PID控制器和常规PID控制相比,它使得系统响应的超调时间减小,曲线更平整,反应时间加快了,控制效果明显更好了。同时模糊PID控制器在控制过程前期具有模糊控制器的特点,而在控制过程后期具有PID调节器的所有优势,是一种性能优良的控制器,所以在实际使用中可以选用模糊自适应控制方法。
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