柴油发电机组(简称发电机组)是由柴油发动机(简称发动机,因为比汽油发动机劲大,中、大型发电机组都用柴油发动机)的曲轴(主轴)刚性连接着同步发电机(简称发电机)的转轴(转子轴)同速、同步转动发电的机器。为了有足够大的力量带动发电机发电,发动机的输出功率比发电机的输出功率大1.6～2倍。这称为匹配比。
根据技术及构造的需要,专用于发电机组的发动机若无特殊要求,其主轴的转速都是1500r/min(25r/s)。这是因为发电机定子三相绕组和中间的转子励磁绕组的构造特点,当发动机带着转子轴转动时,转子上励磁绕组的电磁场扫过三相绕组,绕组所产生的电压频率正好是50Hz。符合国家电力标准。
这就是说,发电机的输出频率是由发动机转速决定的。要想发电机组在额定输出功率范围内,无论负载如何变化都能保持输出频率稳定,那就必须用稳频装置实时调控发动机的转速。
2 频率波动的成因与影响
与市电相比,再大输出功率的发电机组都是微不足道的。由于其输出功率容量有限,所以它对负载的输入功率、输入电流高次谐波分量、输入功率因数等都有适应性要求。否则就会使用电设备和发电机组都处于不良的工作状态之中。
(1)电压和频率波动的成因
发动机带着发电机发电时,其定子内的三相绕组以120°电角度顺序向负载输出电压和电流。一般情况下,输入功率相当于发电机组输出功率60%左右的用电设备接入发电机组输出端时,就会引起频率和电压明显甚至强烈的波动。这是因为负载此刻要输入很大的电流,从而导致三相绕组内电流猛增,此电流产生的强大电磁力吸引发电机转子,使其转速随之变慢,频率和电压瞬间低落。可见用电设备接入时需要输入多大的电流,是它和发电机组能否处于正常工作状态的关键因素。
(2)测试曲线分析
在某国外知名品牌柴油发电机组上做过接入重负载试验,测试曲线如图1所示。