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信息技術(shù)行業(yè)所用發(fā)電機的基本原理

原動機：內(nèi)燃機

　　什么是內(nèi)燃機？比如，內(nèi)燃機可為您的汽車提供動力。內(nèi)燃機是 20 世紀后期發(fā)明的一種得力負載工具，在新的千年它也發(fā)揮著同樣重要的作用。通俗地講，內(nèi)燃機是通過其內(nèi)部的運動部件將燃料蘊含的能量轉(zhuǎn)換為機械運動的動能。外部空氣與引擎內(nèi)部的燃料混合后，這些運動部件會點燃空氣和燃料的混合物，在名為氣缸的腔體內(nèi)發(fā)生一個受控的內(nèi)部爆炸（燃燒）。盡管內(nèi)燃機引擎千差萬別，但備用發(fā)電機系統(tǒng)最常用的是 4 沖程發(fā)動機。之所以稱為 4 沖程，是因為每個燃燒循環(huán)都要經(jīng)過四個不同的階段。這些階段包括吸入空氣/燃料混合氣體，壓縮混合氣體，燃燒或爆炸，以及排氣。在談到發(fā)電機時，發(fā)動機通常被稱為原動機。下面介紹與原動 機相關(guān)聯(lián)的核心屬性。

　　燃料

　　內(nèi)燃機有以下四種常用燃料：柴油、天然氣、液體石油 (LP) 和汽油?？梢砸罁?jù)存儲條件、成本和可用性等不同的條件來選擇使用的燃料類型。

　　廢氣、尾氣排放和噪聲

　　發(fā)電機系統(tǒng)排放是空氣和噪音污染方面不可忽視的問題。盡管降低噪音、減少廢氣排放的概念很容易理解，但涉及到環(huán)境和監(jiān)管問題時卻不是這么簡單。EGSA（發(fā)電系統(tǒng)協(xié)會）是一個全球性組織，為成員提供有關(guān)備用 發(fā)電機排放及其他注意事項的大量信息。不同地區(qū)適用的環(huán)境法、建設(shè)工程規(guī)劃許可證以及發(fā)電機使用年限都不盡相同。例如，美國聯(lián)邦環(huán)保總署 (EPA) 為每個州指定了監(jiān)管機構(gòu)并賦予執(zhí)行權(quán)力，目的是為了達到國家 級空氣質(zhì)量標準。其他國家/地區(qū)也都有類似的訂立發(fā)電機排放標準的監(jiān)管機構(gòu)。例如，英國環(huán)境食品與農(nóng)村 事務(wù)部 (DEFRA) 制訂英國的環(huán)境保護政策。在印度執(zhí)行此項職能的是森林和環(huán)境(MoEF)。如果要在管制 嚴格的地區(qū)安裝發(fā)電設(shè)備，在申請許可證的時候，可能要求您提供發(fā)電機系統(tǒng)的排放聲明。行業(yè)專家通常非常熟悉他們所在地區(qū)的審批過程。

　　另一個需要得到監(jiān)管機構(gòu)許可的方面是噪聲污染。通常是按 24 小時內(nèi)監(jiān)測到的可錄制最高背景噪聲訂立本地噪聲法規(guī)。排氣消聲器通?？梢苑譃楣I(yè)、民用或強力幾種類型。強力型降噪效果最明顯。為了節(jié)省技術(shù)改造費用，您應(yīng)該在購買系統(tǒng)前就考慮其噪聲級別，以便在設(shè)備規(guī)劃階段噪聲就能滿足當?shù)乇O(jiān)管機構(gòu)的要求。另外，機械振動也會導(dǎo)致噪聲增大，并使附近居民承受更嚴重的噪聲污染?，F(xiàn)有安裝和絕緣技術(shù)可以將這種影響降到最低。

　　第三個要討論的重要問題是關(guān)于外觀美感，因為安裝發(fā)電機可能要經(jīng)過當?shù)卣脑S可。某些地區(qū)對發(fā)電機的 安放位置有要求，包括要求將發(fā)電機安置在與主體建筑外觀相協(xié)調(diào)的混凝土/磚結(jié)構(gòu)建筑中。這樣可以避免發(fā) 電機露天放置，并使其與鄰近建筑物在外觀上相匹配。

　　燃燒空氣進氣口 發(fā)動機氣流的冷卻和清潔裝置要與設(shè)備房的設(shè)計相融合，這一點非常重要。另外，我們還建議室內(nèi)要有充分的 新鮮冷空氣，以達到一定的人員舒適度。這通常需要大的通風口，可能需要額外的風扇。另外，還要有一定的 預(yù)防及過濾措施，防止雨、雪和碎屑雜物進入系統(tǒng)。

冷卻

　　大多數(shù)發(fā)電用原動機的散熱器冷卻系統(tǒng)與汽車冷卻系統(tǒng)非常相似。風扇用于使足夠多的空氣在冷卻系統(tǒng)中流 通，以維持適中的發(fā)動機溫度。多余的熱量通過散熱器向外界排放，所用導(dǎo)氣系統(tǒng)的截面積與散熱器截面積相同。進氣口（房屋天窗）面積通常要比此管道面積大 25-50%。必須對冷卻系統(tǒng)進行認真維護才能確保設(shè)備的 可靠運轉(zhuǎn)。必須經(jīng)常仔細檢查冷卻軟管、冷卻液量、水泵運轉(zhuǎn)以及防凍保護措施，確保達到合格性能。

　　潤滑

　　如今的 4 沖程發(fā)動機使用的是全流式過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)從安裝在發(fā)動機外部的過濾器泵入潤滑油，以防止有害微粒以及雜質(zhì)損傷軸承的運動部件。潤滑油補充罐用于維持合適的油量，外部潤滑油冷卻器有助于防止因高 溫造成的潤滑油故障。

　　過濾器：空氣和燃料 空氣和燃料是原動機可靠運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵要素。遵循適當?shù)木S護計劃非常必要。對于必須支持長時間運轉(zhuǎn)的任務(wù)關(guān)鍵應(yīng)用，使用帶有雙油管和過濾器的系統(tǒng)將具有很大優(yōu)勢。因為您可以在發(fā)動機維持運轉(zhuǎn)的情況下隔離并更換 油管和過濾器。如果過濾器和其他"消耗性部件"沒有備用部件，可能會導(dǎo)致停機。

　　可以使用"差壓指示計"主動監(jiān)測這些過濾器。差壓指示計可以顯示發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中過濾器進出口之間或兩 條油管之間的壓力差。當用于空氣過濾器時，這些主動監(jiān)測設(shè)備也稱為"限壓指示計"。此類指示計可以在發(fā) 電機引擎運轉(zhuǎn)時顯示是否需要更換干式進氣過濾器。

　　啟動電機 啟動系統(tǒng)是發(fā)電機成功運轉(zhuǎn)的最關(guān)鍵因素之一。任務(wù)關(guān)鍵負載通常附帶的是只有幾分鐘電池運行時間的 UPS 系統(tǒng)，所以能夠快速啟動非常重要。檢查電源問題、啟動原動機、設(shè)置穩(wěn)定的輸出頻率和電壓并連接到負載， 一般最少需要 10-15 秒鐘時間。不過，由于諸如電池未充電或被竊等因素，許多在用系統(tǒng)無法可靠地完成這 樣快速的部署任務(wù)。還包括維護不當以及人為失誤等其他因素。要達到一個令人滿意的發(fā)電機系統(tǒng)啟動成功 率，認真設(shè)計和維護至關(guān)重要。

　　大部分發(fā)電機系統(tǒng)使用類似于汽車上用的由電池驅(qū)動的啟動電機，不過有些大功率的原動機可能使用氣動或液 壓發(fā)動機。毫無疑問，電池系統(tǒng)是傳統(tǒng)啟動電機的關(guān)鍵組件。例如，某些發(fā)動機上給蓄電池充電的發(fā)電機無法阻止電池閑置期間的放電。使用帶遠程警報的獨立自動充電系統(tǒng)將是"最佳方案"。另外，為電池保溫以及免受腐蝕也是非常必要的。

　　電池保溫是通過一個維持鉛酸蓄電池電解液溫度的加熱器來實現(xiàn)的。在寒冷天氣條件下，這將會大大增加啟動 電機的啟動電流。電池是以 CCA（冷啟動電流）為額定值標準，該電流值表示在 0°F (-17.8°C) 的溫度下 30 秒鐘可用的安培數(shù)。如果溫度低于 0°F (-17.8°C) 或高于 80°F (26.7°C)，可靠性將會很差。

　　另外，發(fā)動機保溫加熱器可以通過降低啟動電機在點火時必須克服的摩擦力，來提高啟動成功率。大量研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)啟動故障是導(dǎo)致發(fā)電機系統(tǒng)故障的最主要原因。

交流發(fā)電機：發(fā)電組件 交流發(fā)電機的功能就是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為電能。這與汽車的交流發(fā)電機類似，不過汽車中的發(fā)電機通常 由皮帶驅(qū)動，而發(fā)電機是由原動機的主驅(qū)動軸驅(qū)動。一個金屬線圈和一塊磁鐵可以構(gòu)成一個非常簡單的交流發(fā)電機。當金屬線圈通過磁鐵正負極形成的磁場時，就會產(chǎn)生電流。線圈保持靜止而磁場移動也可以產(chǎn)生電流。

　　這種類型的交流發(fā)電機產(chǎn)生的電流量顯然非常小，不過其發(fā)電原理與大型交流發(fā)電機的發(fā)電原理相同。經(jīng)過多年努力，交流發(fā)電機組件的某些特性已經(jīng)得到改善，交流發(fā)電機的效率、功率和可靠性得以增強。下面逐一說 明每種特性。圖 2 說明發(fā)電機系統(tǒng)中的典型交流發(fā)電機的主要組件。