Selección coincidente de generadores y motores eléctricos

Recientemente, un cliente acudió a nosotros. Están llevando a cabo un proyecto de fábrica de procesamiento en el extranjero. La capacidad de la red eléctrica local es insuficiente y el suministro de energía es inestable. Necesitan llevar su propio grupo electrógeno como fuente principal de alimentación. El mayor problema del cliente es que hay varios motores eléctricos en la fábrica, incluidos trituradores, ventiladores y cintas transportadoras. Les preocupa que, si el grupo electrógeno es pequeño, no pueda suministrar la potencia requerida, y que, si es grande, suponga un derroche de dinero. Me preguntaron cómo seleccionar adecuadamente el grupo electrógeno en función de los motores eléctricos.

Este problema es muy frecuente en proyectos industriales: la adecuación entre grupos electrógenos y motores eléctricos. Si el grupo electrógeno se dimensiona únicamente según la potencia nominal de los motores eléctricos, surgirán problemas. La razón fundamental es que la corriente de pico en el momento del arranque del motor es mucho mayor que la corriente durante su funcionamiento normal.

Cuando el motor arranca, es necesario superar la inercia rotacional del rotor y la resistencia de la carga para acelerar desde la velocidad de reposo hasta la velocidad nominal. En este proceso, la corriente del estator del motor aumentará bruscamente. Cuando un motor asíncrono trifásico se pone en marcha directamente, la corriente de arranque suele ser de 5 a 7 veces la corriente nominal. Es decir, el requisito de corriente para la fuente de alimentación de un motor de 30 kW puede alcanzar entre 150 y 210 amperios en el instante del arranque directo, y el requisito de potencia correspondiente es mucho mayor que la potencia nominal del motor.

Cuando el generador Cuando el conjunto se somete a este impacto, los indicadores clave son la tasa de ajuste transitoria de la tensión y el tiempo de recuperación. Bajo el impacto de una corriente elevada, la tensión en el extremo del generador caerá instantáneamente. Si dicha caída es excesiva o la recuperación resulta demasiado lenta, provocará inestabilidad en el contactor, actuaciones erróneas del dispositivo de protección y apagado directo del generador. Por lo tanto, la compatibilidad entre generadores y motores eléctricos es, en esencia, un equilibrio entre la capacidad de salida de potencia transitoria del generador y la demanda de sobrecarga del motor.

El método de arranque del motor eléctrico tiene el mayor impacto en la selección del generador.

El arranque directo genera la mayor sobrecarga y presenta un múltiplo elevado de corriente de arranque, lo que lo hace adecuado para motores de baja potencia o equipos con altos requisitos de par de arranque. Al utilizar el arranque directo, el generador La potencia suele ser de 2,5 a 3,5 veces la potencia del motor. El múltiplo específico depende del rendimiento del sistema de excitación del generador. La respuesta transitoria de la unidad con excitación por imanes permanentes o con regulación digital de la excitación es mejor, por lo que dicho múltiplo puede reducirse adecuadamente.

El arranque con reducción de tensión es un método comúnmente utilizado para reducir el impacto, que incluye el arranque estrella-triángulo y el arranque con reducción de tensión mediante transformador autocompensador, entre otros. El arranque estrella-triángulo reduce la corriente de arranque a aproximadamente un tercio de la del arranque directo, aunque también se reduce proporcionalmente el par de arranque; por ello, resulta adecuado para dispositivos cuyo arranque se realiza en vacío o bajo carga ligera. De este modo, la potencia del generador se configura generalmente entre 1,5 y 2 veces la potencia del motor.

Actualmente, los arrancadores suaves se utilizan ampliamente. Mediante la regulación de voltaje con tiristores controlables, el voltaje puede aumentar de forma progresiva. La corriente de arranque puede controlarse entre 2 y 3 veces la corriente nominal. El proceso de arranque es estable y el impacto sobre el generador es reducido. Cuando se equipa con un arrancador suave, la potencia del generador debe ser de 1,2 a 1,5 veces la potencia del motor.

El accionamiento mediante convertidor de frecuencia es el método de arranque que produce menos impacto. La corriente de arranque prácticamente no supera la corriente nominal del motor y casi no afecta al generador. Sin embargo, al tratarse de una carga no lineal, el convertidor de frecuencia genera armónicos. Al seleccionarlo, es necesario prestar atención al rendimiento del regulador automático de voltaje (AVR) del generador e instalar, si es necesario, un filtro de armónicos.

Además del método de arranque, la naturaleza de la carga también es crucial. Los equipos de arranque con carga pesada, como compresores de aire, trituradoras y bombas de agua, soportan una carga durante el proceso de arranque, lo que provoca un impacto mayor que el arranque en vacío. En el caso de varios motores funcionando simultáneamente, la potencia de cada motor no puede sumarse simplemente. Es necesario considerar el coeficiente de operación simultánea y verificar las condiciones de trabajo más desfavorables, por ejemplo, la situación en la que varios motores arrancan al mismo tiempo.

También deben tenerse en cuenta los factores ambientales. Por cada 1.000 metros de altitud, la potencia de salida del generador disminuye aproximadamente un 10 %, ya que la menor densidad del aire afecta la disipación térmica y la combustión. Cuando la temperatura ambiente supera los 40 ℃, también es necesario reducir la potencia. En entornos especiales, como zonas costeras y desiertos, el grado de protección y el nivel de resistencia a la corrosión también deben mejorarse adecuadamente.

De vuelta a la fábrica de procesamiento del cliente, le ayudamos a seleccionar: una trituradora de 45 kW, arranque bajo carga pesada, equipada con un variador de frecuencia; un ventilador de 22 kW, arranque en vacío, utilizando un arrancador suave; y varios motores de cinta transportadora de baja potencia, con arranque directo. Al mismo tiempo, el coeficiente de funcionamiento es de 0,8; considerando el orden de arranque en las condiciones de trabajo más desfavorables, se instaló finalmente un grupo electrógeno de 120 kW con excitación por imanes permanentes y regulación digital de tensión. La retroalimentación del cliente tras la puesta en marcha indicó que el equipo arranca sin problemas, las fluctuaciones de tensión están dentro del rango aceptable y el funcionamiento es estable.

En general, la clave para la adecuación del generador y el motor es la evaluación precisa del impacto de arranque del motor y la combinación adecuada de la capacidad de respuesta transitoria del generador. El modo de arranque, la naturaleza de la carga, las condiciones ambientales y la coordinación entre múltiples máquinas son factores indispensables. Si la selección es sólida, habrá menos problemas in situ.