Αντίστοιχη επιλογή γεννητριών και ηλεκτρικών κινητήρων

Πρόσφατα, ένας πελάτης επισκέφθηκε την εταιρεία μας. Αναλαμβάνει ένα έργο εργοστασίου επεξεργασίας στο εξωτερικό. Η χωρητικότητα του τοπικού δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας δεν είναι επαρκής και η παροχή ρεύματος είναι ασταθής. Χρειάζονται να μεταφέρουν δικό τους συγκρότημα γεννήτριας ως κύρια πηγή ενέργειας. Το μεγαλύτερο πρόβλημα του πελάτη είναι ότι υπάρχουν αρκετοί ηλεκτρικοί κινητήρες στο εργοστάσιο, συμπεριλαμβανομένων θραυστήρων, ανεμιστήρων και ταινιών μεταφοράς. Ανησυχούν ότι, αν η γεννήτρια είναι μικρή, δεν θα μπορεί να καλύψει τις ανάγκες, ενώ αν είναι μεγάλη, θα αποτελέσει σπατάλη χρημάτων. Με ρώτησαν πώς να επιλέξουν την κατάλληλη γεννήτρια για τους ηλεκτρικούς κινητήρες.

Αυτό το πρόβλημα είναι πολύ συνηθισμένο σε βιομηχανικά έργα. Η επιλογή της κατάλληλης γεννήτριας για τους ηλεκτρικούς κινητήρες. Εάν η γεννήτρια επιλεγεί μόνο με βάση την ονομαστική ισχύ των ηλεκτρικών κινητήρων, θα προκύψει πρόβλημα. Ο βασικός λόγος είναι ότι η ριπή ρεύματος κατά τη στιγμή της εκκίνησης του κινητήρα είναι πολύ μεγαλύτερη από το ρεύμα που καταναλώνεται κατά την κανονική λειτουργία.

Όταν ξεκινά ο κινητήρας, είναι απαραίτητο να υπερνικηθεί η περιστροφική αδράνεια του δρομέα και η αντίσταση του φορτίου για να επιταχυνθεί από την ακίνητη ταχύτητα στην ονομαστική ταχύτητα. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, το ρεύμα του στάτορα του κινητήρα αυξάνεται απότομα. Όταν ένας τριφασικός ασύγχρονος κινητήρας ξεκινά απευθείας, το ρεύμα εκκίνησης είναι συνήθως 5 έως 7 φορές το ονομαστικό ρεύμα. Δηλαδή, η απαίτηση ρεύματος από την πηγή τροφοδοσίας ενός κινητήρα 30 kW μπορεί να φτάσει 150 έως 210 αμπέρ τη στιγμή της απευθείας εκκίνησης, ενώ η αντίστοιχη απαίτηση ισχύος είναι πολύ υψηλότερη από την ονομαστική ισχύ του κινητήρα.

Όταν η γεννήτρια όταν το σύνολο υπόκειται σε αυτήν την επίδραση, οι κύριοι δείκτες είναι ο ρυθμός προσαρμογής της μεταβατικής τάσης και ο χρόνος ανάκαμψης. Υπό την επίδραση υψηλού ρεύματος, η τάση στο άκρο της γεννήτριας θα μειωθεί αμέσως. Εάν μειωθεί υπερβολικά ή ανακάμψει πολύ αργά, θα προκαλέσει αστάθεια του επαφέα, λανθασμένη ενεργοποίηση της συσκευής προστασίας και άμεση απενεργοποίηση της γεννήτριας. Ως εκ τούτου, η συμβατότητα μεταξύ γεννητριών και ηλεκτρικών κινητήρων είναι, κατ’ ουσίαν, μια ισορροπία μεταξύ της ικανότητας μεταβατικής παροχής ισχύος της γεννήτριας και της απαίτησης κρούσης του κινητήρα.

Η μέθοδος εκκίνησης του ηλεκτρικού κινητήρα επηρεάζει κατά τον μεγαλύτερο βαθμό την επιλογή της γεννήτριας.

Η εκκίνηση με άμεση σύνδεση προκαλεί τη μεγαλύτερη κρούση και το πολλαπλάσιο του ρεύματος εκκίνησης είναι υψηλό, γεγονός που την καθιστά κατάλληλη για κινητήρες μικρής ισχύος ή για εξοπλισμό με υψηλές απαιτήσεις όσον αφορά τη ροπή εκκίνησης. Χρησιμοποιώντας άμεση εκκίνηση, το γεννήτρια η ισχύς είναι συνήθως 2,5 έως 3,5 φορές μεγαλύτερη από την ισχύ του κινητήρα. Το συγκεκριμένο πολλαπλάσιο εξαρτάται από την απόδοση του συστήματος διέγερσης της γεννήτριας. Η μεταβατική απόκριση της μονάδας με διέγερση μόνιμου μαγνήτη ή ψηφιακή ρύθμιση διέγερσης είναι καλύτερη, και το πολλαπλάσιο μπορεί να μειωθεί κατάλληλα.

Η εκκίνηση με μειωμένη τάση είναι μια συνηθισμένη μέθοδος μείωσης της επιβάρυνσης, η οποία περιλαμβάνει την εκκίνηση σε αστέρα-τρίγωνο και την εκκίνηση με μειωμένη τάση μέσω αυτομετασχηματιστή. Η εκκίνηση σε αστέρα-τρίγωνο μπορεί να μειώσει το ρεύμα εκκίνησης σε περίπου το ένα τρίτο του ρεύματος ευθείας εκκίνησης, αλλά και η ροπή εκκίνησης μειώνεται αναλόγως, γεγονός που την καθιστά κατάλληλη για συσκευές εκκίνησης χωρίς φορτίο ή με ελαφρύ φορτίο. Με αυτόν τον τρόπο, η ισχύς της γεννήτριας διαμορφώνεται συνήθως σε 1,5 έως 2 φορές την ισχύ του κινητήρα.

Σήμερα, οι μαλακοί εκκινητές χρησιμοποιούνται ευρέως. Μέσω ρύθμισης της τάσης με ελεγχόμενα θυρίστορ, η τάση αυξάνεται ομαλά. Το ρεύμα εκκίνησης μπορεί να ελεγχθεί σε 2 έως 3 φορές το ονομαστικό ρεύμα. Η διαδικασία εκκίνησης είναι σταθερή και η επίδρασή της στον γεννήτρια είναι μικρή. Όταν είναι εφοδιασμένη με μαλακό εκκινητή, η ισχύς της γεννήτριας είναι 1,2 έως 1,5 φορές η ισχύς του κινητήρα.

Ο κινητήριος μετατροπέας συχνότητας αποτελεί τον τρόπο εκκίνησης με την ελάχιστη επίδραση. Το ρεύμα εκκίνησης δεν υπερβαίνει κατά βάση το ονομαστικό ρεύμα του κινητήρα και η επίδρασή του στη γεννήτρια είναι σχεδόν μηδενική. Ωστόσο, ως μη γραμμικό φορτίο, ο μετατροπέας συχνότητας παράγει αρμονικές συνιστώσες. Κατά την επιλογή του, πρέπει να δοθεί προσοχή στην απόδοση του ρυθμιστή τάσης (AVR) της γεννήτριας και, εφόσον απαιτείται, να εγκατασταθεί φίλτρο αρμονικών.

Εκτός από τη μέθοδο εκκίνησης, κρίσιμη είναι επίσης η φύση του φορτίου. Οι συσκευές εκκίνησης υψηλού φορτίου, όπως οι συμπιεστές αέρα, οι θραυστήρες και οι αντλίες νερού, λειτουργούν υπό φορτίο κατά τη διάρκεια της εκκίνησης, γεγονός που έχει μεγαλύτερη επίδραση σε σύγκριση με την εκκίνηση χωρίς φορτίο. Στην περίπτωση πολλαπλών κινητήρων που λειτουργούν ταυτόχρονα, η ισχύς κάθε κινητήρα δεν μπορεί να προστεθεί απλώς αλγεβρικά. Είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ο συντελεστής ταυτόχρονης λειτουργίας και να ελεγχθούν οι πιο αντίξοες συνθήκες λειτουργίας — για παράδειγμα, η κατάσταση όπου πολλοί κινητήρες εκκινούν ταυτόχρονα.

Πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη και οι περιβαλλοντικοί παράγοντες. Για κάθε 1.000 μέτρα υψομέτρου, η έξοδος ισχύος της γεννήτριας μειώνεται κατά περίπου 10%, καθώς η αραίωση του αέρα επηρεάζει την αποβολή θερμότητας και την καύση. Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος υπερβαίνει τους 40 ℃, απαιτείται επίσης μείωση της ισχύος. Σε ειδικά περιβάλλοντα, όπως η παραθαλάσσια ζώνη και η έρημος, πρέπει επίσης να αυξηθεί ανάλογα ο βαθμός προστασίας και ο βαθμός αντιδιάβρωσης.

Επιστρέφοντας στο εργοστάσιο επεξεργασίας του πελάτη, τον βοηθήσαμε να ταξινομήσει: έναν θραυστήρα 45 kW, με εκκίνηση υπό βαρέως φορτίου, εξοπλισμένο με μετατροπέα συχνότητας· έναν ανεμιστήρα 22 kW, με εκκίνηση χωρίς φορτίο, που χρησιμοποιεί μαλακό εκκινητή· και διάφορους μικρής ισχύος κινητήρες μεταφοράς, οι οποίοι εκκινούν απευθείας. Ταυτόχρονα, ο συντελεστής λειτουργίας είναι 0,8, λαμβάνοντας υπόψη τη σειρά εκκίνησης υπό τις δυσμενέστερες συνθήκες λειτουργίας, και τελικά εγκαταστάθηκε γεννήτρια 120 kW με μόνιμους μαγνήτες για τη δημιουργία του πεδίου και ψηφιακή ρύθμιση τάσης. Η ανάδραση του πελάτη μετά τη διαμόρφωση ήταν ότι ο εξοπλισμός εκκινεί ομαλά, η διακύμανση της τάσης βρίσκεται εντός του αποδεκτού εύρους και η λειτουργία είναι σταθερή.

Γενικά, το κλειδί για την επιλογή του κατάλληλου γεννήτρια και ο κινητήρας είναι η ακριβής αξιολόγηση της επίδρασης εκκίνησης του κινητήρα και η λογική εναρμόνιση της ικανότητας παροδικής απόκρισης της γεννήτριας. Ο τρόπος εκκίνησης, η φύση του φορτίου, οι συνθήκες περιβάλλοντος και η συνεργασία πολλών μηχανών είναι απαραίτητες. Εάν η επιλογή είναι σωστή, θα προκύψουν λιγότερα προβλήματα επιτόπου.