柴油发电机组控制系统原理及参数介绍

在完善的UPS供电体系中，除了UPS之外大都配置了柴油发电机组。市电中断瞬间UPS将蓄电池的直流电能逆变为交流电，不间断地供应负载，然后再发动柴油发电机组，将其宣布的电能代替市电供应UPS，使其再转回日常的双改换作业状况并对电池充电。这样，UPS充分发挥了对负载不间断供给优秀电能的特色，柴油发电机组也充分发挥了依托燃油能够长时刻发电，而且能够带动UPS不宜供电的感性负载设备。 
　　 
　　柴油发电机组是由将焚烧柴油发作的热能转化为曲轴、飞轮旋转的机械能的柴油发动机和将机械能转化为电能的同步发电机结合在一起组成的。它们的作业方式、功用及调控特色各不相同，要想使这个组合体各自充分发挥其功用的最佳作业状况，然后形成一个杰出功用的运转全体，则有必要有一个统一的监测、指挥中心——柴油发电机组的操控体系。 
　　 
　　1  操控体系的构成 
　　 
　　尽管柴油发电机组的输出功率、结构方式、工艺技能特色各不相同，但机组的操控体系是大同小异的。操控体系由操控屏(或称操控柜)以及与其相衔接的分布在柴油发动机和同步发电机重要部位的各种传感器构成。 
　　 
　　一般小功率柴油发电机组的操控屏多以电压、电流、频率、油压、油温、液位、水温、转速等模仿指针表和一些操控开关组成，其内部测量及操控电路比较简略。安装在柴油发动机和同步发电机重要部位的传感器，将表征该部位作业状况的模仿电信号传送到操控屏的电子处理电路(有的采用单片机)，经调度、整定后用相应的模仿指针表指示出数值。操控部件一般是用手动开关。 
　　 
　　现代中、大型柴油发电机组的操控屏都是以16位或32位微处理器(也有的用可编程操控器)为中心的数字处理设备，其LCD(液晶显现器)替代了很多的模仿指针表，显现各种参量的实时数字值，然后使得数据剖析、处理及操控完全完成了智能化和遥测、遥信、遥控功用。由操控屏和柴油发电机组每个重要部位的各种传感器构成的操控体系如图1所示。 
　

2  体系的作业原理及示值参数剖析 
　　 
　　从柴油发电机组的操控体系方框图可知:柴油发动机是柴油发电机组的动力源，其作业状况对整个机组的功用起着重要的效果，所以监测的传感器就多些。依据柴油发动机的功率不同，所要监控的项目有多少之分，但基本上有框图中的八个方面的参数需求监控。 
　　 
　　同步发电机是直接给负载供电的设备，因而电能的质量是重视的要点，其电力输出主动操控设备也是个重要的部件，操控屏与其通讯设备也是不行少的。从图中可见，同步发电机一般有五个方面的参数应该监控。 
　　 
　　安装在柴油发电机组各重要部位和组织的传感器，有的在柴油发电机组处于待机状况时就已经在作业，机组发动后则悉数投入运转。这些传感器将其地点部位和组织的作业状况信息实时地、接连地传送到操控体系的中心——操控屏内，屏内的微处理器按着程序对各传感器接口进行扫描并收集数据。这些数据和信息被微处理器按程序运算、比较、判别后将结果送入存储器，一起在LCD显现器和部分模仿指针表上指示出来。此外微处理器还将一些处理结果转化成反应调度量去调控相应部位或组织的作业状况，乃至保护停机。 
　　 
　　操控体系便是这样实时、智能化地检测和操控着柴油发电机组，使其坚持着杰出的作业功用。 
　　 
　　操控屏的各种不值和参数清楚地标明晰柴油及电机组各重要部位和组织的作业状况。因而了解和剖析这些示值参数的含义，对用好和管好柴油发电机组有着重要的效果。 
　　 
　　表征柴油发动机作业状况的首要示值参数有: 
　　 
　　(1)燃油液位参数，它标明燃油箱内柴油的储存量。柴油发动机便是靠焚烧柴油而作业的，因而这是个有必要要知道的示值。一般是用液位传感器监测储油量，它将线性模仿信号送入操控屏，经电子逻辑调度、整定后用指针表将数值指示出来，或者是经A/D(模仿/数字)转化后以实时数字方式在LCD上显现。 
　　 
　　依据各种柴油发动机的机型不同，一般在油箱内的燃油当机组运转10min左右时操控屏就会宣布燃油液位低的报警信号。到燃油快没有时操控屏会主动停机，以保护机器。平常要留意屏上的液位表，常常坚持油箱容积百分之九十以上的柴油为宜。 
　　 
　　(2)润滑油(俗称机油)是柴油发动机作业必不行少的润滑剂，其效果是减小相对运动部件(曲轴和连杆、活塞与气缸壁、凸轮及推杆等)之间的机械冲突，进步运转效率。柴油发动机的润滑油是活动的，这样就能够带走部件冲突发作的热量和金属粉末。要使润滑油在复杂的各部件之间活动就有必要对它加压，形成一定的活动推力。因而润滑油的油温和油压是应当重视的两个重要参量。 
　　 
　　油温传感器一般安装在柴油发动机的油底壳回油管附近，油压传感器则安装在主路油管中。两个传感器接连不断地将信号送到微处理器接口，操控屏则以油温表、油压表或LCD指示其数值。作业时润滑油的油温、油压示值随着柴油发动机的额外功率巨细而不同;一般中、大型发动机的油温在90℃~120℃之间，而油压则处于150~9OOkPa规模之内。 
　　 
　　润滑油的油温过高应查看机油冷却器。油压过高则要留意压力调度阀，过低时要点查验机油泵和滤清器。润滑油的油温、油压示值超越该柴油发动机的额外规模时，操控屏都会报警提示。特别是油压过低时发动机首要部件之间的机械冲突就会敏捷添加，此时操控屏会指令停机保护柴油发动机。 
　　 
　　(3)冷却液(俗称冷却水)是用来下降柴油发动机汽缸及其相关联组织作业温度的活动液体。机器作业时，由于汽雾状的柴油不断地在汽缸内爆燃，发作的巨大热能除大部分转化为活塞运动的机械能外，另一部分则被汽缸体及其相关联组织吸收。活动的冷却液便是将这些热量吸收带走，然后确保这些部件处于一个适宜的温度环境之中。 
　　 
　　冷却液的液位传感器安装在发动机前部的水箱内，温度传感器则处于冷却液管道的出口处，检测回流冷却液的温度即可知道汽缸及其相关联组织的作业温度是否处于最佳状况。这两个传感器的信号送到操控屏经剖析、处理后也是以指针标明值或以实时数字从LCD上显现出来。 
　　 
　　冷却液的液位应该坚持在水箱容积的90%以上。其作业温度依据柴油发动机的功率巨细有所差异;一般在75℃~100℃之间。液温高需查看离心式水泵及传动部分和电扇的三角带是否松动，液温低应仔细探察水温调度器的作业状况。操控屏会在过高的液温时宣布报警信号以致泊车保护机器。由于液温过高意味着柴油发动机汽缸及相关联组织的部件之间的正常间隙难以坚持，发动机效率会敏捷下降，高温还会使润滑油变稀导致部件之间的冲突力增大，所以有必要加以保护。 
　　 
　　(4)用于柴油发电机组的柴油发动机，作业时曲轴和飞轮的转速一般设定为每分钟1500转。安稳的转速才干确保它所带动的同步发电机的输出频率坚持在50Hz。基于电磁或光电原理的转速传感器一般设置在飞轮侧，它将转速变为电信号传送到操控屏，经处理后在LCD上显现实时数值。发动机的飞轮转速偏高或偏低时操控屏都会通过CAN总线将数据传送给电子调速器，它会依据数据调度电动喷油器，然后使转速坚持在额外值。转速过高而又无法调控说明喷油器总成或电子调速器存在问题，操控屏会指令停机予以保护。 

(5)柴油发动机发动用的蓄电池的电压值，是直接从电池上取样，在操控屏的电压表或经A/D转化后在LCD上指示出来的。柴油发电机组用的发动电池大都是富液铅酸蓄电池，由于它们的瞬间电流冲击特性较好。依据机组对发动电流的要求，以串联或并联的方式构成l2V或24V的电池组。机组待机时，市电通过操控屏内的充电器变成直流电压、电流与蓄电池相适配的方式为其充电，发动机发动后，则由主轴通过齿轮、皮带轮带动充电发电机给电池充电。一般在浮充状况下，电池的电压应光标称值的1.125倍。电压太高或太低于标称值，问题或许出在充电器或蓄电池，要及时替换和保护。由于充电器、蓄电池尽管保护简略，但它们是柴油发电机组发动的关键设备。 
　　 
　　(6)电子调速器与电动喷油器构成的组合是所谓电喷发动机的操控中心。这种柴油发动机的燃油喷射体系的中心是电子调速器，它实际上也是一个以微处理器为主的核算、剖析、调控设备。该设备实时收集润滑油的油温、油压，冷却液的液温，燃油的压力和飞轮的转速等与柴油发动机运转密切相关的重要参数，经程序运算、剖析后得出最佳反应调度量送到电动喷油器，使其依照运算结果调度喷油时刻和喷油量，然后确保柴油发动机处于优秀的作业状况。 
　　 
　　作为柴油发电机组整机操控中心的操控屏和柴油发动机调度中心的电子调速器之间通过CAN总线不断地进行着数据通讯。操控屏从整个机组的要求对电子调速器进行着指挥，例如同步发电机的输出电压和频率因巨大负载的接入或脱离会发作忽然改变，操控屏就会将参数实时传给电子调速器，电子调速器依据这些参数和从转速传感器来的参数一起核算、剖析，以最佳反应值去调度电动喷油器，然后使同步发电机的输出电压和频率康复到额外值。 
　　 
　　柴油发电机组内的同步发电机是向负载供应电能的重要设备，操控屏对其监测和操控直接关系到电能的质量，也是非常重要的。从方框图可知，同步发电机基本上有五个方面的参量与操控屏密切联络。 
　　 
　　(1)同步发电机输出电压的巨细是以线电压值标明的。取样变压器从输出相线之间取出线电压信号输入操控屏，经调度、整定后以模仿指针表或经A/D转化后从LCD指示出实时线电压值。 
　　 
　　柴油发电机组出厂时同步发电机的输出线电压一般额外值为400V，也有的是380V。在接入负载特别是超越额外功率一半以上的负载时，同步发电机的输出电压会有显着的下降，这个改变信号会一起被操控屏和发电机的励磁电路收到，操控屏的操控及励磁电路的反应调度功用会以最快的时刻极力进步输出电压，使其康复或挨近额外值。电压安稳时刻和稳态电压调整率便是表征同步发电机这方面功用的两个重要参数，电压安稳时刻指的是从负载骤变到发电机输出电压开端安稳所需求的时刻。一般同步发电机的这个参数为0.5~1s。稳态电压调整率用符号δu标明，它的界说是:负载改变后输出安稳电压的最大值或最小值(用U1标明)与发电机空载时的额外电压值(用U标明)之间改变量比率的百分数，即: 
　　 
　　δu=(U1-U)/U×l00% 
　　 
　　一般同步发电机的稳态电压调整率δu值在±(1%~3%)之间。 
　　 
　　操控屏对电压参数监控的目的是使同步发电机在额外负载规模内坚持输出电压安稳。一般机组输出电压的规模可在额外值的±10%左右。超越这个规模操控屏会宣布报警，还会指令输出操控开关跳闸，既保护发电机又保护了用电设备。这时要要点查看和保护同步发电机的励磁电路和同步整流器等部件。 
　　 
　　(2)同步发电机三相输出电流的取样是在每相输出线的电流互感器上得到的，这里取到的是相电流。依照电力、电工标准操控屏一般是用相电流表征发电机的输出电流的。取样信号在操控屏经调度、整定后将各相负载电流的实时值显现在指针表或LCD上。 
　　 
　　依据同步发电机额外输出功率的不同，它们的输出电流规模也各异。操控屏依据本机的额外电流规模对实时取样数值按程序进行运算、判别，并将结果传送给励磁电路，调度、坚持输出电流的安稳。假如负载电流大大超出额外值或负载端短路，操控屏会立即报警并宣布指令让操控电路输出的主动空气断路器跳闸堵截负载，然后起到保护效果。引起输出电流过大的原因往往是负载造成的，要着重查测用电设备及其电源衔接线，保护发电机输出配电体系。 
　　 
　　(3)同步发电机的输出频率是项重要的参数，它若不安稳就会影响很多与频率直接相关的用电设备的作业，例如UPS的旁路频率跟踪电路。操控屏大都是从相线上取样，然后对信号进行剖析、整定并从LCD上指示出实时频率值，与此一起它还将数据传送给柴油发动机的电子调速器，以操控发动机的转速来安稳发电机的输出频率。发电机技能指标中的频率安稳时刻和稳态频率调整率这两个参数就标明柴油发电机组的这种调控功用。 
　　 
　　从负载骤变时起算到发电机输出频率开端安稳，所经过的时刻便是频率安稳时刻。一般同步发电机的频率安稳时刻应该在2~5s规模内。稳态频率调整率(用δf标明)的含义是:负载改变后的稳态频率的最大值或最小值(用f1标明)与额外负载时的频率(用f2标明)之间的改变量同额外频率(用f标明)比率的百分数。其公式为: 
　　 
　　δf=(f1-f2)/f×100% 
　　 
　　同步发电机的这个参数处在0.5%~3%的规模内。 
　　 
　　发电机输出频率超出额外规模，操控屏会立即报警乃至停机予以保护。这其间的原因有频率传感器或转速传感器或许呈现的故障，但首要仍是柴油发动机转速失控的间题。需着重检测电子调速器和电子燃油喷射体系。 
　　 
　　(4)操控屏与同步发电机励磁组织之间的信息通讯，对发电机输出电能的质量有很大的效果;在接入重负载后输出电流要增大，输出电压也随之下降。尽管同步发电机的励磁电路自身对此会发作负反应调度，但其精确性、快速性是离不开操控屏的配合的。不仅如此，操控屏还会依据本机额外负载规模判断负载量是否适宜，关于负载电流大于额外值115%以上特别超重的负载，操控屏会指令发动机泊车保护发电机，这也弥补了励磁组织的功用。 
　　 
　　(5)从方框图可知，操控屏与操控发电机电能输出的主动空气断路器也有着紧密的联络。尽管主动空气断路器自身具有欠压、过流(过载)、短路等主动保护能力，但由于操控的接入就进一步加强了它对输出电能这几方面的监控力度。当由于负载原因发电机输出电流过大(过流)、输出电压过低(欠压)或短路时，操控屏会马上报警并将信息传给断路器，断路器综合本机的检测和操控屏的指令敏捷跳闸，堵截负载供电。既保护发电机也保护负载。 
　　 
　　在负载量契合发电机的额外规模机器正常作业时，操控屏也能够依据需求智能化地操控主动空气断路器的分断和投入。完成对负载的主动定时供电。 
　　 
　　操控屏除了对柴油发动机和同步发电机进行监测、操控以外，作为智能化的操控中心，它还有其它方面的许多功用:例如ATS(电力主动转化器)接口，能够接入ATS设备(也有的型将ATS功用集成在操控屏内)，这样就能够完成市电忽然中断时，ATS主动将电力开关从衔接市电的一侧投到衔接柴油发电机组的一侧，并一起宣布发动柴油发电机组的信号。然后使用电设备由市电供电转为发电机供电。 
　　 
　　3  操控体系的保护技能 
　　 
　　操控体系是柴油发电机组的中枢和指挥部，因而也就成为日常保护的首选项目。传感器是操控体系的前沿，由于它们直接与被监测物质接触，长期作业在高温、高压以及活动物质的冲击下，易呈现灵敏度下降、失效乃至损坏。这时它们所连带的操控屏上的外表或LCD显现数值就会失常。这种现象还很容易和柴油发电组相关部位的机械故障混杂，到底是传感器的问题仍是机械部分的问题要仔细观察，进行综合剖析。一般情况下柴油发动机运转声响、节奏、排烟正常，同步发电机输出电压、电流、频率正常，应考虑或许是传感器或操控屏电子电路的问题。这时能够运转操控屏的自检、测试程序或者用替换传感器对比法进行排查。 
　　 
　　传感器的日常保护很重要，关于可看到可摸到的传感器要仔细观察其安装是否松动、离位，引出电缆及接头是否杰出。那些被其它部件挡住的传感器，则要在柴油发电机组二级技能保养时要点查看。 
　　 
　　操控屏是操控体系的中心，即便柴油发电机组没有发动它也在依托蓄电池作业。日常保护时应留意电压标明值是否正常，再仔细查看各个电缆接口、插接件是否牢靠。特别是关于安装在湿度较大或灰尘较多地点的柴油发电机组，还要常常打开操控屏的侧板或上盖，察看机箱内各电路板上有无水露、灰尘。若有，应及时铲除。操控屏作为以微处理器为中心的智能化设备，都具有测试、自检功用，有的还带仿真实验软件，这些都为保护操控屏供给了便当条件。柴油发电机组应至少半个月人为地主动(堵截市电由ATS驱动)或手动发动一次，并运转20min左右，这时要仔细观察各表头的示值并用操控屏上的按键挑选所有的参数在LCD上显现，看是否都处于正常状况。这也是全面查看柴油发电机组和操控屏功用的有效而有用的好办法。 
　　 
　　操控体系是将柴油发动机和同步发电机这两种作业原理和作业方式截然不同的设备智能化地统为一体，并使其联合作业出优秀功用的总指挥。体系、深化地了解其作业原理，掌握各项运转参数的含义及额外规模，做好技能保护作业，即可坚持柴油发电机组总是处于杰出的作业状况。