Sovitettu generaattorien ja sähkömoottorien valikoima

Äskettäin asiakas tuli meidän luo. He tekevät käsittelytehdasprojektia ulkomailla. Paikallisen sähköverkon kapasiteetti ei riitä, ja sähköntoiminta on epävakaa. Heidän on tuotava oma generaattorijärjestelmänsä pääsähkönlähteeksi. Asiakkaan suurin huolenaihe on se, että tehtaassa on useita sähkömoottoreita, mukaan lukien murskauslaitteet, tuuletimet ja kuljetusnauhat. He ovat huolissaan siitä, että jos generaattori on liian pieni, se ei pysty toimittamaan tarvittavaa tehoa, ja jos se on liian suuri, se johtaa rahojen hukkaan. He kysyivät minulta, kuinka generaattori ja sähkömoottorit voidaan sovittaa yhteen.

Tämä ongelma on erittäin yleinen teollisuusprojekteissa. Generaattoreiden ja sähkömoottorien sovittaminen. Jos generaattori valitaan ainoastaan sähkömoottorin nimellistehon perusteella, syntyy ongelma. Ydinongelmana on se, että moottorin käynnistysvaiheessa syntyvä virranpiikki on huomattavasti suurempi kuin virran arvo normaalissa käytössä.

Moottorin käynnistyessä on voitava voittaa roottorin pyörivä hitaus ja kuorman vastus, jotta nopeus kiihtyy paikallaan olevasta nopeudesta nimellisnopeuteen. Tässä prosessissa moottorin staattorivirta nousee voimakkaasti. Kun kolmivaiheinen epäsynkronimoottori käynnistetään suoraan, käynnistysvirta on yleensä 5–7-kertainen nimellisvirtaan verrattuna. Toisin sanoen 30 kW:n moottorin virransyötön vaatima virta voi suorassa käynnistyksessä saavuttaa 150–210 ampeeria, ja vastaava teho vaatimus on huomattavasti suurempi kuin moottorin nimellisteho.

Kun generaattori kun joukko altistetaan tälle iskulle, keskeisimmät mittarit ovat hetkellisen jännitteen säätönopeus ja palautumisaika. Korkean virran vaikutuksesta generaattorin päässä oleva jännite laskee välittömästi. Jos jännite laskee liikaa tai palautuu liian hitaasti, kontaktori muuttuu epävakaaksi, suojalaitteet toimivat virheellisesti ja generaattori sammutetaan suoraan. Siksi generaattoreiden ja sähkömoottoreiden yhdistäminen on periaatteessa tasapainoa generaattorin hetkellisen tehon tuotantokyvyn ja moottorin iskukysynnän välillä.

Sähkömoottorin käynnistystapa vaikuttaa eniten generaattorin valintaan.

Suora käynnistys aiheuttaa suurimman iskun, ja käynnistysvirran moninkertainen arvo on korkea; se soveltuu pienitehoisille moottoreille tai laitteille, joissa vaaditaan korkeaa käynnistysmomenttia. Suoraa käynnistystä käytettäessä generaattori teho on yleensä 2,5–3,5-kertainen moottorin tehoon verrattuna. Tarkka kerroin riippuu generaattorin tällä hetkellä käytetyn herätysjärjestelmän suorituskyvystä. Yksikön transienttivaste on parempi pysyvämagneettisella herätyksellä tai digitaalisella herätys säädöllä varustettuna, jolloin kerrointa voidaan vähentää asianmukaisesti.

Jännitteen alentaminen käynnistyksen aikana on yleisesti käytetty menetelmä iskun vähentämiseksi, ja siihen kuuluvat esimerkiksi tähtikolmiokäynnistys ja itsekuplingsmuuntajan avulla tapahtuva jännitteen alentaminen. Tähtikolmiokäynnistyksessä käynnistysvirta pienenee noin kolmannekseen suorasta käynnistyksestä, mutta myös käynnistysmomentti pienenee vastaavasti, mikä tekee menetelmästä sopivan tyhjäkäynnistä tai kevytkuormituksessa käytettäviä laitteita varten. Tällöin generaattorin teho on yleensä mitoitettu 1,5–2-kertaiseksi moottorin tehoon verrattuna.

Tällä hetkellä pehmeät käynnistimet ovat laajalti käytössä. Säädettävän piirin jännitteen säädön avulla jännite nousee tasaisesti. Käynnistysvirta voidaan rajoittaa 2–3-kertaiseksi nimellisvirraksi. Käynnistysprosessi on vakaa, ja sen vaikutus generaattoriin on pieni. Kun käytetään pehmeää käynnistintä, generaattorin teho on 1,2–1,5-kertainen moottorin tehoon verrattuna.

Taajuusmuuttajakäyttö on tapa, jolla käynnistys aiheuttaa vähiten vaikutusta. Käynnistysvirta ei juurikaan ylitä moottorin nimellisvirtaa, eikä sillä ole melkein mitään vaikutusta generaattoriin. Taajuusmuuttaja on kuitenkin epälineaarinen kuorma, joka tuottaa ylätaajuuksia. Valinnassa on kiinnitettävä huomiota generaattorin automaattisen jännitteen säädin (AVR) -suorituskykyyn, ja tarvittaessa on asennettava ylätaajuus-suodatin.

Lisäksi käynnistysmenetelmän lisäksi kuorman luonne on myös ratkaisevan tärkeä. Suurikuormaisia käynnistyslaitteita, kuten ilmanpuristimia, murskauslaitteita ja vesipumppuja, kuormitetaan käynnistysprosessin aikana, mikä vaikuttaa enemmän kuin tyhjäkuormainen käynnistys. Kun useita moottoreita käytetään samanaikaisesti, niiden tehoja ei voida yksinkertaisesti laskea yhteen. On otettava huomioon samanaikaisen toiminnan kerroin ja tarkistettava epäsuotuisimmat käyttöolosuhteet – esimerkiksi tilanne, jossa useat moottorit käynnistyvät samanaikaisesti.

Myös ympäristötekijät on otettava huomioon. Jokaista 1 000 metriä korkeutta kohti generaattorin teho vähenee noin 10 %, koska ohuempi ilmakehä vaikuttaa lämmön poistoon ja polttoaineen palamiseen. Kun ympäröivä lämpötila ylittää 40 °C, tehoa on myös alennettava. Erityisympäristöissä, kuten rannikolla ja aavikolla, suojatasoa ja korrosiosuojaa on myös vastaavasti parannettava.

Palasimme asiakkaan käsittelytehtaalle ja autoimme häntä järjestämään: 45 kW:n murskaimen, joka vaatii raskasta käynnistystä ja johon on asennettu taajuusmuuttaja; 22 kW:n tuuletimen, joka käynnistyy tyhjäkäynnillä ja jossa käytetään pehmeää käynnistintä; sekä useita pienitehoisia kuljetinmoottoreita, jotka käynnistetään suoraan. Samalla käyttökerroin on 0,8, ja otamme huomioon käynnistysjärjestyksen epäsuotuisimmissa työolosuhteissa, jolloin lopullisesti valitaan 120 kW:n generaattoriryhmä, jossa on pysyväismagneettinen tarkastus ja digitaalinen jännitteen säätö. Asiakkaan palautetta virheenkorjausten jälkeen: laitteet käynnistyvät sujuvasti, jännitevaihtelut ovat hyväksyttävällä alueella ja toiminta on vakavaa.

Yleisesti ottaen avainasemassa sopivan generaattorin valinnassa on generaattori ja moottorin tarkka arviointi moottorin käynnistysvaikutuksesta sekä generaattorin transienttivasteen kyvyn kohtalainen sovitus. Käynnistystapa, kuorman luonne, ympäristöolosuhteet ja usean koneen yhteistoiminta ovat välttämättömiä tekijöitä. Jos valinta tehdään huolellisesti, kentällä esiintyy vähemmän ongelmia.