Egyező generátor- és villanymotor-kiválasztás

Nemrég egy ügyfél fordult hozzánk. Egy külföldi feldolgozó gyártóüzem projektjén dolgoznak. A helyi villamos hálózat kapacitása nem elegendő, és az áramellátás instabil. Ezért saját generátorállomást kell magukkal vinniük fő áramforrásként. Az ügyfél legnagyobb problémája az, hogy a gyárban több elektromotor is üzemel, köztük darálógépek, ventilátorok és szállítószalagok. Attól tartanak, hogy ha a generátor túl kicsi, nem tudja ellátni a terhelést, ha viszont túl nagy, akkor pénzkidobás lesz belőle. Megkérdezték tőlem, hogyan lehet megfelelően összeillő generátort és elektromotort választani.

Ez a probléma gyakori az ipari projektekben: a generátorok és az elektromotorok összeillésének kérdése. Ha a generátort csupán az elektromotor névleges teljesítménye alapján választják ki, problémák adódhatnak. A lényegi ok az, hogy a motor indításakor fellépő áramcsúcs sokkal nagyobb, mint a normál üzem során folyó áram.

Amikor a motor elindul, szükséges legyőzni a forgórész tehetetlenségi nyomatékát és a terhelés ellenállását, hogy a nyugalmi sebességből a névleges sebességre gyorsuljon fel. Ebben a folyamatban a motor állórész-árama élesen megemelkedik. Amikor a háromfázisú aszinkronmotor közvetlenül indul, az indítási áram általában a névleges áram 5–7-szerese. Ez azt jelenti, hogy egy 30 kW-os motor esetében a tápegység áramigénye közvetlen indításkor elérheti a 150–210 amperes értéket, és a megfelelő teljesítményigény sokkal magasabb, mint a motor névleges teljesítménye.

Amikor a generátor amikor a készletet ilyen ütés éri, a kulcsfontosságú mutatók a tranziens feszültség-beállítási sebesség és a visszaállási idő. Nagy áram hatására a generátor végén lévő feszültség azonnal leesik. Ha túlságosan sokat esik vagy túl lassan áll vissza, az a kontaktor instabilitását, a védőberendezés hibás működését és közvetlenül a generátor leállítását eredményezi. Ezért a generátorok és az elektromotorok összehangolása lényegében a generátor tranziens teljesítmény-kibocsátási képessége és a motor ütésigénye közötti egyensúlyt jelenti.

Az elektromotor indítási módja a legnagyobb hatással van a generátor kiválasztására.

A közvetlen indítás ütése a legnagyobb, és az indítási áramtöbbszörös magas, ezért kis teljesítményű motorokhoz vagy nagy indítási nyomatékot igénylő berendezésekhez alkalmas. A közvetlen indítás használata esetén a generátor a teljesítmény általában a motor teljesítményének 2,5–3,5-szerese. A pontos többszörös a generátor gerjesztőrendszerének teljesítményétől függ. Az állandómágneses gerjesztéssel vagy digitális gerjesztés-szabályozással ellátott egységek átmeneti válaszideje jobb, így a többszörös érték megfelelően csökkenthető.

A feszültségcsökkentéses indítás egy gyakran alkalmazott módszer az ütés csökkentésére, ideértve a csillag-háromszög indítást és az autotranszformátoros feszültségcsökkentéses indítást is. A csillag-háromszög indításnál az indítóáram kb. harmadára csökken a közvetlen indításhoz képest, de az indítónyomaték is arányosan csökken, ezért ez a módszer üresjáratú vagy kis terhelésű indításra alkalmas berendezéseknél használatos. Ebben az esetben a generátor teljesítményét általában a motor teljesítményének 1,5–2-szeresére méretezik.

Jelenleg a lágyindítók széles körben elterjedtek. A vezérelhető szilíciumos feszültségszabályozás segítségével a feszültség simán növelhető. A beindulási áram a névleges áram 2–3-szorosára korlátozható. A beindítási folyamat stabil, és kis mértékű terhelést jelent a generátorra. Lágyindító felszerelése esetén a generátor teljesítménye a motor teljesítményének 1,2–1,5-szöröse.

A frekvenciaváltós hajtás a legkisebb hatással járó indítási mód. A beindulási áram alapvetően nem haladja meg a motor névleges áramát, és gyakorlatilag nincs hatása a generátorra. Ugyanakkor a frekvenciaváltó nemlineáris terhelésként harmonikusokat termel. A kiválasztásnál figyelmet kell fordítani a generátor AVR-jének (automatikus feszültségszabályozójának) teljesítményére, és szükség esetén harmonikus-szűrőt kell felszerelni.

A beindítási módszer mellett a terhelés jellege is döntő fontosságú. Nagy terhelés alatt induló berendezések – például légkompresszorok, törőgépek és vízszivattyúk – a beindítási folyamat során terhelés alatt állnak, amely nagyobb hatással van, mint az üresjáratú indítás. Több motor egyidejű üzemelése esetén a motorok teljesítménye nem egyszerűen összeadható. Figyelembe kell venni a egyidejű működési tényezőt, és ellenőrizni kell a legkedvezőtlenebb munkakörülményeket – például azt az esetet, amikor több motor egyszerre indul be.

A környezeti tényezőket is figyelembe kell venni. Minden 1000 méteres tengerszint feletti magasság esetén a generátor kimenő teljesítménye kb. 10%-kal csökken, mivel a ritkább levegő befolyásolja a hőelvezetést és az égést. Amikor a környezeti hőmérséklet meghaladja a 40 °C-ot, a teljesítményt szintén csökkenteni kell. Különleges környezetekben, például tengerparti vagy sivatagi környezetben a védettségi fokozatot és a korrózióállóságot is megfelelően növelni kell.

Visszatérve a vevő feldolgozó üzemébe, segítettünk neki rendezni: egy 45 kW-os törőgépet, nagy terhelés alatti indítással, frekvenciaváltóval felszerelve; egy 22 kW-os ventilátort, terhelésmentes indítással, lágyindítóval; valamint több kis teljesítményű szállítószalag-motort, amelyek közvetlenül indulnak. Ugyanakkor az üzemelési tényező 0,8, figyelembe véve a legkedvezőtlenebb munkakörülmények közötti indítási sorrendet, végül egy 120 kW-os, állandómágneses gerjesztésű és digitális feszültségszabályozású generátorállományt szereltünk be. A vevő visszajelzése a hibakeresés után az volt, hogy a berendezés zavartalanul indul, a feszültség-ingadozás az elfogadható tartományon belül marad, és az üzemeltetés stabil.

Általában a párosítás kulcsa a generátor és a motor pontos értékelése a motor indítási hatásának és a generátor átmeneti válaszképességének megfelelő összeillésének kérdése. Az indítási mód, a terhelés jellege, a környezeti feltételek és a többgépes koordináció elengedhetetlenek. Ha a kiválasztás megbízható, akkor kevesebb probléma merül fel a helyszínen.