Tilpasset utvalg av generatorer og elektriske motorer

Nylig kom en kunde til oss. De arbeider med et prosesseringsfabrikkprosjekt i utlandet. Lokal nettverkskapasitet er utilstrekkelig og strømforsyningen er ustabil. De må ta med sin egen generatorenhet som hovedstrømforsyning. Kundens største bekymring er at det er flere elektriske motorer i fabrikken, inkludert knusere, vifter og transportbånd. De er bekymret for at hvis generatoren er for liten, vil den ikke levere nok effekt, og hvis den er for stor, vil det være et økonomisk spild. De spurte meg hvordan man bestemmer riktig dimensjonering av generatoren i forhold til de elektriske motorene.

Dette problemet er meget vanlig i industrielle prosjekter. Tilpasningen av generatorer og elektriske motorer. Hvis generatoren bare tilpasses etter den elektriske motorens nominelle effekt, vil det oppstå et problem. Den sentrale årsaken er at strømstøtet i øyeblikket motoren starter er mye større enn strømmen under normal drift.

Når motoren starter, må den overvinne rotorens rotasjonsinertie og belastningens motstand for å akselerere fra stillstandshastighet til nominell hastighet. I denne prosessen stiger statorstrømmen i motoren kraftig. Når en trefase asynkronmotor starter direkte, er startstrømmen vanligvis 5–7 ganger større enn nominell strøm. Det betyr at strømbehovet fra strømforsyningen til en 30 kW motor kan nå 150–210 ampere i øyeblikket med direkte oppstart, og det tilsvarende effektbehovet er mye høyere enn motorens nominelle effekt.

Når generator når settet utsettes for denne påvirkningen, er de viktigste indikatorene den transiente spenningsjusteringshastigheten og gjenopprettingstiden. Under påvirkning av høy strøm vil spenningen ved generatorens utgang falle øyeblikkelig. Hvis den faller for mye eller gjenopprettes for sakte, kan det føre til ustabilitet i kontaktoren, feilaktig utløsing av beskyttelsesutstyret og direkte avslag av generatoren. Derfor er tilpasningen av generatorer og elektriske motorer i praksis en balanse mellom den transiente effektleveransen fra generatoren og motorsjokkbehovet.

Startmetoden for den elektriske motoren har størst innvirkning på valget av generator.

Direktstartens sjokk er størst, og startstrømmen er høy, noe som gjør den egnet for motorer med liten effekt eller utstyr med høye krav til startmoment. Ved bruk av direktestart vil generator effekten er vanligvis 2,5 til 3,5 ganger motoreffekten. Det spesifikke multiplumet avhenger av ytelsen til generatorens eksitasjonssystem. Den transiente responsen til aggregatet med permanentmagnetisk eksitasjon eller digital eksitasjonsjustering er bedre, og multiplumet kan derfor reduseres noe.

Spenningsredusert start er en vanlig metode for å redusere påvirkning, inkludert stjernetrekk-start, selv-koblings-transformator-basert spenningsredusert start osv. Ved stjernetrekk-start reduseres startstrømmen til omtrent en tredjedel av den ved direkte start, men også startdreiemomentet reduseres tilsvarende, noe som gjør metoden egnet for apparater som starter uten belastning eller med lett belastning. På denne måten dimensjoneres vanligvis generatoreffekten til 1,5–2 ganger motoreffekten.

For tiden brukes myke startere mye. Gjennom kontrollerbar silisiumspenningsregulering kan spenningen stige jevnt. Startstrømmen kan reguleres til 2–3 ganger den nominelle strømmen. Startprosessen er stabil, og påvirkningen på generatoren er liten. Når en myk starter er montert, bør generatorens effekt være 1,2–1,5 ganger motorens effekt.

Frekvensomformerdrift er metoden som gir minst påvirkning ved oppstart. Startstrømmen overstiger i praksis ikke den nominelle motormstrømmen, og påvirkningen på generatoren er nesten ubetydelig. Som en ikke-lineær belastning vil imidlertid frekvensomformeren produsere harmoniske svingninger. Ved valg må man ta hensyn til AVR-ytelsen til generatoren og eventuelt installere et harmonisk filter.

I tillegg til oppstartmetoden er også lastens karakter avgjørende. Utstyr for tunglastoppstart, som luftkompressorer, knusere og vannpumper, bærer en last under oppstartsprosessen, noe som har større innvirkning enn oppstart uten last. Ved samtidig drift av flere motorer kan ikke effekten til hver motor bare legges sammen. Det er nødvendig å ta hensyn til samtidighetsfaktoren og sjekke de mest ugunstige driftsforholdene – for eksempel situasjonen der flere motorer starter samtidig.

Miljøfaktorer må også tas med i betraktningen. For hver 1 000 meter over havet reduseres generatorens utgangseffekt med ca. 10 %, fordi tynn luft påvirker varmeavledning og forbrenning. Når omgivelsestemperaturen overstiger 40 °C, må også effekten reduseres. I spesielle miljøer, som ved kysten eller i ørkenen, bør også beskyttelsesnivået og korrosjonsbeskyttelsesnivået forbedres tilsvarende.

Tilbake til kundens prosesseringsfabrikk hjalp vi ham med å sortere ut: en 45 kW knusningsmaskin med tung belastning ved oppstart, utstyrt med frekvensomformer; en 22 kW ventilator med tomgangsoppstart, som bruker en myk starter; og flere transportbåndmotorer med lav effekt, som starter direkte. Samtidig er driftskoeffisienten 0,8, og med tanke på oppstartrekkefølgen under de mest ugunstige driftsforholdene ble det til slutt installert et 120 kW generatorsett med permanentmagnetisk eksitasjon og digital spenningsregulering. Kundens tilbakemelding etter feilsøking var at utstyret starter smidig, spenningsvariasjonene ligger innenfor akseptabelt område, og driften er stabil.

Generelt er nøkkelen til tilpasning av generator og motoren er en nøyaktig vurdering av startpåvirkningen på motoren og en rimelig tilpasning av den transiente responsegåven til generatoren. Startmodus, lastens art, miljøforhold og samordning mellom flere maskiner er uunnværlige. Hvis valget er solidt, vil det oppstå færre problemer på stedet.