Съвместим подбор от генератори и електродвигатели

Наскоро клиент дойде при нас. Те реализират проект за обработваща фабрика в чужбина. Местната електрическа мрежа няма достатъчна мощност и доставката на електроенергия е нестабилна. Те се нуждаят от собствен генераторен агрегат като основен източник на електрозахранване. Най-голямата главоболия на клиента е, че във фабриката има няколко електрически мотора, включително дробилки, вентилатори и транспортни ленти. Те се безпокоят, че ако генераторът е малък, няма да може да осигури необходимата мощност, а ако е голям — ще има финансови загуби поради излишна мощност. Питат ме как да се подберат правилно генераторът и електрическият мотор.

Този проблем е много разпространен в индустриалните проекти — съгласуването на генератори и електрически мотори. Ако генераторът се подбира само според номиналната мощност на електрическия мотор, възниква проблем. Основната причина е, че пусковият ток в момента на стартиране на мотора е значително по-висок от тока при нормална експлоатация.

Когато двигателят започне работа, е необходимо да се преодолее ротационната инерция на ротора и съпротивлението на натоварването, за да се ускори от неподвижно състояние до номиналната скорост. В този процес статорният ток на двигателя рязко нараства. При директно пускане на трите фази асинхронен двигател пусковият ток обикновено е 5 до 7 пъти по-голям от номиналния ток. Това означава, че токовата консумация от електрозахранването на двигател с мощност 30 kW може да достигне 150–210 ампера в момента на директно пускане, а съответната мощност, необходима за захранване, е значително по-висока от номиналната мощност на двигателя.

Когато генератор когато този набор е подложен на такъв удар, ключовите показатели са скоростта на преходната регулация на напрежението и времето за възстановяване. При въздействието на висок ток напрежението в края на генератора моментално спада. Ако спадът е прекалено голям или възстановяването е твърде бавно, това води до нестабилност на контактора, неправилно задействане на защитното устройство и директно изключване на генератора. Следователно, съгласуването между генератори и електродвигатели по същество представлява баланс между преходната мощностна изходна способност на генератора и ударната мощностна потребност на двигателя.

Начинът на стартиране на електродвигателя оказва най-голямо влияние върху избора на генератор.

Ударът при директно стартиране е най-голям, а кратността на пусковия ток е висока; той е подходящ за маломощни двигатели или оборудване с високи изисквания към пусковия въртящ момент. При използване на директно стартиране генератор мощността обикновено е 2,5 до 3,5 пъти по-голяма от мощността на двигателя. Конкретният коефициент зависи от характеристиките на възбуждащата система на генератора. Преходната реакция на агрегата с постояннотокови магнити или цифрова регулация на възбуждането е по-добра и коефициентът може да бъде подходящо намален.

Пускането с понижено напрежение е често използван метод за намаляване на удара, включващ пускане в звезда-триъгълник, пускане с автотрансформатор за понижаване на напрежението и др. Пускането в звезда-триъгълник намалява пусковия ток приблизително на една трета от тока при директно пускане, но пусковият момент също се намалява съответно, което го прави подходящо за устройства, които стартират без натоварване или при леко натоварване. По този начин мощността на генератора обикновено се проектира на 1,5 до 2 пъти мощността на двигателя.

В момента меките стартери се използват широко. Чрез регулиране на напрежението чрез управляем кремний напрежението може да нараства плавно. Пусковият ток може да се контролира на 2–3 пъти номиналния ток. Процесът на пускане е стабилен, а въздействието върху генератора е малко. При монтиране на мек стартер мощността на генератора трябва да е 1,2–1,5 пъти по-голяма от мощността на двигателя.

Честотният преобразувател е начинът за пускане с най-малко въздействие. Пусковият ток практически не надвишава номиналния ток на двигателя и почти не оказва въздействие върху генератора. Обаче като нелинеен товар честотният преобразувател поражда хармоници. При избора му е необходимо да се обърне внимание на характеристиките на автоматичния регулатор на напрежението (AVR) на генератора и при нужда да се инсталира филтър за хармоници.

Освен метода на стартиране, също така от решаващо значение е и характерът на натоварването. Оборудването за стартиране под тежко натоварване, като въздушни компресори, дробилки и водни помпи, работи под натоварване по време на процеса на стартиране, което оказва по-голямо въздействие в сравнение със стартирането без натоварване. При едновременната работа на няколко двигателя мощността на всеки двигател не може просто да се събере. Необходимо е да се вземе предвид коефициентът на едновременна работа и да се проверят най-неблагоприятните работни условия – например ситуацията, при която няколко двигателя стартират едновременно.

Трябва да се вземат предвид и екологичните фактори. При всяки 1000 метра надморска височина изходната мощност на генератора намалява с около 10 %, тъй като разредеността на въздуха влияе върху отвеждането на топлината и горенето. Когато температурата на околната среда надвишава 40 °C, мощността също трябва да бъде намалена. В специални среди, като крайбрежни райони и пустини, нивото на защита и антикорозионното ниво също трябва да бъдат съответно повишени.

Обратно в обработващата фабрика на клиента, ние му помогнахме да подреди: дробилка с мощност 45 kW, стартиране под тежък товар, оборудвана с честотен преобразувател; вентилатор с мощност 22 kW, стартиране без товар, използващ мек старт; и няколко конвейерни двигателя с малка мощност, които стартират директно. Едновременно с това коефициентът на работа е 0,8; при избора на генераторната установка е взето предвид стартирането в най-неблагоприятните работни условия и окончателно е инсталирана генераторна установка с мощност 120 kW с постояннотокови магнити и цифрова регулация на напрежението. След дебъгването клиентът потвърди, че оборудването стартира плавно, колебанията на напрежението са в допустимия диапазон и работата е стабилна.

В общ план ключът към съчетаването на генератор а двигателят е точната оценка на пусковото въздействие върху двигателя и разумното съчетаване на способността за преходен отговор на генератора. Режимът на стартиране, характерът на натоварването, екологичните условия и координацията между множество машини са незаменими. Ако изборът е правилен, на място ще възникнат по-малко проблеми.