Ujemanje izbire generatorjev in električnih motorjev

Pred kratkim je k nam prišel stranka. Izvajajo projekt obdelovalne tovarne v tujini. Lokalna moč omrežja ni zadostna in oskrba z električno energijo ni stabilna. Zato morajo priskrbeti lastno generatorjevo skupino kot glavno oskrbo z električno energijo. Največja težava stranke je bila, da ima tovarna več električnih motorjev, med drugim drobilce, ventilatorje in transportne trakove. Skrbelo jih je, da bo generator premajhen za zagotavljanje zahtevane moči, če pa bo prevelik, bo to pomenilo nepotrebno finančno obremenitev. Vprašali so me, kako pravilno izbrati ustrezen generator za električne motorje.

Ta težava je zelo pogosta v industrijskih projektih – prilagoditev generatorjev in električnih motorjev. Če se generator izbere le na podlagi nazivne moči električnega motorja, lahko pride do težav. Ključni razlog je, da je tokovni udarec ob zagonu motorja veliko večji od toka med normalnim obratovanjem.

Ko se motor začne vrteti, je potrebno premagati vrtilno vztrajnost rotorja in upor obremenitve, da se pospeši iz mirujoče hitrosti do nazivne hitrosti. V tem procesu se statorska tokovna jakost motorja močno poveča. Pri neposrednem zagonu trofaznega asinhronega motorja je zagnalni tok običajno 5 do 7-krat večji od nazivnega toka. To pomeni, da za napajanje 30 kW motorja v trenutku neposrednega zagona potrebujemo tok do 150–210 amperov, kar ustreza moči, ki je veliko višja od nazivne moči motorja.

Ko je generator če je nabor izpostavljen temu udaru, so ključni kazalniki hitrost prehodne nastavitve napetosti in čas obnovitve. Pri vplivu visokega toka se napetost na koncu generatorja takoj zniža. Če se zniža preveč ali se obnovi prepočasi, to povzroči nestabilnost stikala, napačno delovanje zaščitnega naprave in neposredno izklop generatorja. Zato je prilagajanje generatorjev in električnih motorjev v bistvu ravnovesje med prehodno močjo, ki jo lahko generator odda, in zahtevami motorja po udarni moči.

Način zagona električnega motorja najbolj vpliva na izbiro generatorja.

Največji udarni tok pri neposrednem zagonu je največji, večkratnik zagnalnega toka pa je visok; ta način je primeren za male moči motorjev ali opremo z visokimi zahtevami glede zagnalnega navora. Pri uporabi neposrednega zagona se generator moč je običajno 2,5 do 3,5-krat večja od moči motorja. Natančni večkratnik je odvisen od zmogljivosti sistema za vzbujanje generatorja. Prehodna odzivnost enote z trajnim magnetom za vzbujanje ali digitalno prilagoditvijo vzbujanja je boljša, zato se večkratnik lahko ustrezno zmanjša.

Začetek z znižano napetostjo je pogosto uporabljena metoda za zmanjšanje udarnih obremenitev; med njimi so zvezda-trikotnik začetek in začetek z avtokopajnim transformatorjem za znižanje napetosti. Pri začetku z vezavo zvezda-trikotnik se začetni tok zmanjša na približno tretjino toka pri neposrednem zagonu, vendar se s tem ustrezno zmanjša tudi začetni navor, kar je primerno za naprave, ki se zaganjajo brez obremenitve ali z majhno obremenitvijo. Na ta način je moč generatorja običajno dimenzionirana na 1,5 do 2-kratno moč motorja.

Trenutno se mehki zagoni široko uporabljajo. S preklopnimi silicijevimi elementi za regulacijo napetosti se napetost lahko gladko poveča. Zaganjalni tok se lahko omeji na 2 do 3-kratnik nazivnega toka. Zaganjalni proces je stabilen in vpliv na generator je majhen. Če je generator opremljen z mehkim zagonom, mora biti njegova moč 1,2 do 1,5-kratnik moči motorja.

Pogon z frekvenčnim pretvornikom predstavlja način zagona z najmanjšim vplivom. Zaganjalni tok praktično ne presega nazivnega toka motorja in vpliv na generator je skoraj ničeln. Frekvenčni pretvornik pa kot nelinearna obremenitev ustvarja harmonike. Pri izbiri je treba pozornosti nameniti zmogljivost AVR generatorja ter po potrebi namestiti filter za harmonike.

Poleg načina zagona je pomembna tudi narava obremenitve. Oprema za zagon pod obremenitvijo, kot so zrakokompresorji, drobilniki in vodne črpalke, je med zagonom že obremenjena, kar ima večji vpliv kot zagon brez obremenitve. V primeru hkratnega delovanja več motorjev moči posameznih motorjev ne moremo preprosto sešteti. Treba je upoštevati koeficient hkratnega delovanja in preveriti najneugodnejše obratovalne pogoje – na primer situacijo, ko se več motorjev zaganja hkrati.

Vključiti je treba tudi okoljske dejavnike. Za vsakih 1.000 metrov nadmorske višine se izhodna moč generatorja zmanjša za približno 10 %, saj redka zraka vpliva na odvajanje toplote in zgorevanje. Ko temperatura okolice preseže 40 ℃, je potrebno moč zmanjšati. V posebnih okoljih, kot so obmorska območja in puščavski predeli, je treba ustrezno izboljšati tudi stopnjo zaščite in odpornost proti koroziji.

Nazaj na obdelovalno tovarno stranke smo mu pomagali urediti: drobilnik 45 kW za težko obremenitev pri zagonu, opremljen z frekvenčnim pretvornikom; ventilator 22 kW za brezobremenitveni zagon, ki uporablja mehki zagon; ter več majhnih transportnih motorjev, ki se zaganjajo neposredno. Hkrati je koeficient obratovanja 0,8; ob upoštevanju zaporedja zagona v najneugodnejših delovnih razmerah smo končno namestili generatorjevo enoto 120 kW z trajnim magnetom in digitalno regulacijo napetosti. Stranka je po izvedbi preizkusov sporočila, da se oprema gladko zaganja, nihanja napetosti so znotraj sprejemljivega obsega in obratovanje je stabilno.

Splošno gledano je ključ do prilagajanja generator in motor je natančna ocena zagonskih vplivov na motor ter ustrezno usklajevanje prehodne odzivne sposobnosti generatorja. Način zagona, narava obremenitve, okoljski pogoji in sodelovanje večih strojev so nujni dejavniki. Če je izbor pravilno izveden, se na mestu pojavi manj težav.