Zhodný výber generátorov a elektrických motorov

Pred nedávnym k nám prišiel zákazník. Realizujú projekt spracovateľskej továrne v zahraničí. Miestna elektrická sieť má nedostatočnú kapacitu a dodávka elektrickej energie je nestabilná. Preto potrebujú priviesť vlastnú generátorovú súpravu ako hlavný zdroj napájania. Najväčším problémom zákazníka je, že v továrni je niekoľko elektrických motorov, vrátane drvičov, ventilátorov a dopravníkov. Obávajú sa, že ak bude generátor príliš malý, nebude schopný zabezpečiť potrebný výkon, a ak bude príliš veľký, bude to zbytočné plýtvanie peňazí. Opýtali sa ma, ako správne vybrať generátor pre dané elektrické motory.

Tento problém je v priemyselných projektoch veľmi bežný – teda zhoda generátorov a elektrických motorov. Ak sa generátor vyberá len na základe menovitého výkonu elektrického motora, vzniknú problémy. Základný dôvod je, že špičkový prúd pri štarte motora je výrazne vyšší než prúd počas normálneho prevádzkového režimu.

Keď sa motor spustí, je potrebné prekonať rotačnú zotrvačnosť rotora a odpor zaťaženia, aby sa z nulovej rýchlosti zrýchlilo na menovitú rýchlosť. V tomto procese sa statorový prúd motora prudko zvýši. Pri priamom štarte trojfázového asynchrónneho motora je štartovný prúd zvyčajne 5 až 7-násobkom menovitého prúdu. To znamená, že požiadavka na prúd napájania 30 kW motora môže v okamihu priameho štartu dosiahnuť 150 až 210 ampérov a zodpovedajúca požiadavka na výkon je výrazne vyššia ako menovitý výkon motora.

Keď generátor ak je súprava vystavená tomuto nárazu, kľúčovými ukazovateľmi sú prechodná rýchlosť úpravy napätia a doba obnovy. Pri vplyve vysokého prúdu sa napätie na konci generátora okamžite zníži. Ak klesne príliš veľa alebo sa obnoví príliš pomaly, spôsobí to nestabilitu kontaktora, nesprávne aktivovanie ochranného zariadenia a priamo vypnutie generátora. Preto je prispôsobenie generátorov a elektrických motorov v podstate rovnováhou medzi prechodnou výstupnou výkonnosťou generátora a nárazovou požiadavkou motora.

Spôsob štartovania elektrického motora má najväčší vplyv na výber generátora.

Náraz pri priamom štarte je najväčší a násobok štartovacieho prúdu je vysoký, čo je vhodné pre malovýkonové motory alebo zariadenia s vysokými požiadavkami na štartovací krútiaci moment. Pri použití priameho štartu sa generátor výkon je zvyčajne 2,5 až 3,5-násobkom výkonu motora. Konkrétny násobok závisí od výkonu budiaciho systému generátora. Prechodová odpoveď jednotky s permanentným magnetickým budivým systémom alebo s digitálnou reguláciou budenia je lepšia a násobok sa môže primerane znížiť.

Štart s redukovaným napätím je bežne používanou metódou na zníženie nárazu, vrátane štartu hviezda-trojuholník a štartu s redukovaným napätím pomocou autotransformátora. Pri štarte hviezda-trojuholník sa štartovací prúd zníži približne na tretinu priameho štartu, avšak štartovací krútiaci moment sa tiež zodpovedajúcim spôsobom zníži, čo je vhodné pre zariadenia štartujúce bez zaťaženia alebo so slabým zaťažením. V tomto prípade sa výkon generátora zvyčajne nastavuje na 1,5 až 2-násobok výkonu motora.

V súčasnosti sa široko používajú mäkké štartéry. Prostredníctvom regulácie napätia pomocou riaditeľných kremíkových prvkov sa napätie môže hladko zvyšovať. Štartovací prúd je možné obmedziť na 2 až 3-násobok menovitého prúdu. Štartovací proces je stabilný a vplyv na generátor je malý. Pri vybavení mäkkým štartérom musí byť výkon generátora 1,2 až 1,5-násobkom výkonu motora.

Pohánanie cez frekvenčný menič je spôsob štartovania s najmenším vplyvom. Štartovací prúd v podstate nepresahuje menovitý prúd motora a vplyv na generátor je takmer žiadny. Frekvenčný menič však ako nelineárna záťaž vytvára harmonické zložky. Pri výbere je potrebné venovať pozornosť výkonu AVR generátora a v prípade potreby nainštalovať filter harmonických zložiek.

Okrem štartovacej metódy je dôležitá aj povaha zaťaženia. Zariadenia s ťažkým štartom, ako sú napríklad vzduchové kompresory, drtiče a čerpadlá na čerpanie vody, počas štartovacieho procesu preberajú zaťaženie, čo má väčší vplyv než štart pri prázdnom zaťažení. V prípade súbežného chodu viacerých motorov sa výkony jednotlivých motorov nesmú jednoducho sčítať. Je potrebné zohľadniť koeficient súbežného prevádzkovania a overiť najnepriaznivejšie prevádzkové podmienky – napríklad situáciu, keď sa niekoľko motorov štartuje súčasne.

Musia byť zohľadnené aj environmentálne faktory. Pri každých 1 000 metrov nad morom klesá výstupný výkon generátora približne o 10 %, pretože riedky vzduch ovplyvňuje odvod tepla a spaľovanie. Ak prekročí okolitá teplota 40 °C, je potrebné výkon tiež znížiť. V špeciálnych prostrediach, ako sú pobrežné oblasti alebo púštna oblasť, je potrebné zodpovedajúcim spôsobom zvýšiť stupeň ochrany a odolnosti voči korózii.

Späť do spracovateľskej továrne zákazníka sme mu pomohli zoradiť: drtič s výkonom 45 kW, štart za ťažkého zaťaženia, vybavený frekvenčným meničom; ventilátor s výkonom 22 kW, štart bez zaťaženia, s použitím mäkkého štartéra; a niekoľko malovýkonových motorov pre dopravníky, ktoré sa štartujú priamo. Súčasne je prevádzkový koeficient 0,8; pri návrhu bolo zohľadnené poradie štartovania za najnepriaznivejších prevádzkových podmienok a nakoniec bol inštalovaný generátorový set s výkonom 120 kW s permanentným magnetickým budením a digitálnou reguláciou napätia. Spätná väzba od zákazníka po odstránení chýb uvádza, že zariadenie štartuje hladko, kolísanie napätia je v rámci prijateľného rozsahu a prevádzka je stabilná.

Všeobecne platí, že kľúčom k prispôsobeniu generátor a motor je presná posúdenie štartovacieho účinku motora a rozumnej zhody schopnosti generátora reagovať na prechodné javy. Štartovací režim, charakter zaťaženia, environmentálne podmienky a koordinácia viacerých strojov sú nevyhnutné. Ak bude výber pevný, na mieste vznikne menej problémov.