Совместимый подбор генераторов и электродвигателей

Недавно к нам обратился клиент. Они реализуют проект обрабатывающего завода за рубежом. Мощность местной электросети недостаточна, а электроснабжение нестабильно. Им необходимо самостоятельно поставить генераторную установку в качестве основного источника питания. Главная проблема клиента заключается в том, что на заводе установлено несколько электродвигателей, включая дробилки, вентиляторы и конвейерные ленты. Клиент опасается: если генератор будет слишком маломощным — он не справится с нагрузкой, а если слишком мощным — это приведёт к неоправданным затратам. Они спрашивают, как правильно подобрать генератор под электродвигатели.

Эта проблема очень распространена в промышленных проектах — согласование генераторов и электродвигателей. Если подбор генератора осуществляется исключительно по номинальной мощности электродвигателя, возникнут проблемы. Основная причина в том, что пусковой ток электродвигателя в момент запуска значительно превышает ток при нормальной работе.

Когда двигатель запускается, необходимо преодолеть вращательную инерцию ротора и нагрузочное сопротивление, чтобы ускориться от состояния покоя до номинальной скорости. В этом процессе ток статора двигателя резко возрастает. При прямом пуске трёхфазного асинхронного двигателя пусковой ток обычно в 5–7 раз превышает номинальный ток. То есть при прямом пуске двигателя мощностью 30 кВт требуемый ток от источника питания может достигать 150–210 ампер, а соответствующие требования к мощности значительно превышают номинальную мощность двигателя.

Когда генератор Если на комплект воздействует такой импульс, ключевыми показателями являются скорость регулирования переходного напряжения и время восстановления. При воздействии высокого тока напряжение на выводах генератора мгновенно снижается. Если оно падает слишком сильно или восстанавливается слишком медленно, это приведёт к нестабильной работе контактора, ложному срабатыванию защитных устройств и прямому отключению генератора. Таким образом, согласование генераторов и электродвигателей по существу представляет собой баланс между способностью генератора к кратковременной отдаче мощности и импульсными потребностями электродвигателя.

Способ пуска электродвигателя оказывает наибольшее влияние на выбор генератора.

Пусковой импульс при прямом пуске является наибольшим, а кратность пускового тока — высокой; такой способ подходит для маломощных двигателей или оборудования, предъявляющего высокие требования к пусковому моменту. При использовании прямого пуска генератор Мощность обычно в 2,5–3,5 раза превышает мощность двигателя. Конкретный коэффициент зависит от характеристик возбудительной системы генератора. Переходная реакция агрегата с постоянными магнитами или цифровой регулировкой возбуждения выше, поэтому коэффициент может быть соответствующим образом снижен.

Пуск с пониженным напряжением — это распространённый метод снижения пусковых воздействий, включающий, в частности, пуск «звезда–треугольник» и пуск с использованием автотрансформатора с понижением напряжения. При пуске «звезда–треугольник» пусковой ток снижается примерно до одной трети значения при прямом пуске, однако пусковой момент также снижается пропорционально; такой способ подходит для устройств, запускаемых без нагрузки или при малой нагрузке. В этом случае мощность генератора, как правило, выбирается в 1,5–2 раза больше мощности двигателя.

В настоящее время широко применяются плавные пускатели. Благодаря регулированию напряжения с помощью управляемых кремниевых элементов напряжение может плавно нарастать. Пусковой ток можно ограничить в пределах от 2 до 3 номинальных токов. Процесс пуска стабилен, а воздействие на генератор минимально. При оснащении плавным пускателем мощность генератора должна составлять от 1,2 до 1,5 мощности электродвигателя.

Привод с частотным преобразователем обеспечивает наименьшее воздействие при пуске. Пусковой ток практически не превышает номинальный ток двигателя, а воздействие на генератор почти отсутствует. Однако, будучи нелинейной нагрузкой, частотный преобразователь создаёт гармоники. При выборе необходимо учитывать характеристики автоматического регулятора напряжения (АРН) генератора и, при необходимости, установить фильтр гармоник.

Помимо способа запуска, важное значение имеет также характер нагрузки. Оборудование с тяжелым пуском, такое как воздушные компрессоры, дробилки и водяные насосы, работает под нагрузкой уже в процессе пуска, что оказывает более значительное воздействие по сравнению с пуском без нагрузки. В случае одновременной работы нескольких электродвигателей суммирование их мощностей напрямую недопустимо. Необходимо учитывать коэффициент одновременности и проверять наиболее неблагоприятные условия эксплуатации — например, ситуацию одновременного пуска нескольких двигателей.

Необходимо также учитывать экологические факторы. При каждом повышении высоты над уровнем моря на 1000 метров выходная мощность генератора снижается примерно на 10 %, поскольку разреженность воздуха ухудшает теплоотвод и процессы сгорания. При превышении температуры окружающей среды 40 ℃ мощность также должна быть снижена. В особых условиях эксплуатации, таких как прибрежные и пустынные районы, следует соответствующим образом повысить степень защиты и коррозионную стойкость.

Вернувшись на перерабатывающий завод заказчика, мы помогли ему подобрать следующее оборудование: дробилку мощностью 45 кВт с тяжёлым пуском, оснащённую частотным преобразователем; вентилятор мощностью 22 кВт с пуском без нагрузки, использующий мягкий пускатель; а также несколько конвейерных двигателей малой мощности, запускаемых напрямую. Одновременно коэффициент загрузки составил 0.8; учитывая последовательность пуска в наиболее неблагоприятных условиях эксплуатации, в итоге был установлен генераторный агрегат мощностью 120 кВт с возбуждением от постоянных магнитов и цифровым регулированием напряжения. По отзывам заказчика после наладки оборудование запускается плавно, колебания напряжения находятся в допустимых пределах, а работа стабильна.

В целом, ключевым моментом подбора генератор и двигатель — это точная оценка пускового воздействия на двигатель и обоснованное согласование способности генератора к переходным процессам. Режим пуска, характер нагрузки, условия окружающей среды и координация работы нескольких машин являются обязательными факторами. При правильном выборе на месте возникнет меньше проблем.