Bộ chọn bộ phát điện và động cơ điện tương thích

Gần đây, một khách hàng đã đến gặp chúng tôi. Họ đang thực hiện một dự án nhà máy gia công ở nước ngoài. Công suất lưới điện địa phương không đủ và nguồn cung cấp điện không ổn định. Họ cần mang theo bộ máy phát điện riêng để làm nguồn điện chính. Vấn đề đau đầu nhất của khách hàng là trong nhà máy có nhiều động cơ điện, bao gồm máy nghiền, quạt và băng tải. Họ lo ngại rằng nếu máy phát điện quá nhỏ thì sẽ không đáp ứng được nhu cầu, còn nếu quá lớn thì sẽ gây lãng phí chi phí. Khách hàng hỏi tôi cách lựa chọn máy phát điện phù hợp với các động cơ điện.

Vấn đề này rất phổ biến trong các dự án công nghiệp — việc lựa chọn máy phát điện phù hợp với động cơ điện. Nếu chỉ lựa chọn máy phát điện dựa trên công suất định mức của động cơ điện thì sẽ phát sinh vấn đề. Nguyên nhân cốt lõi là dòng điện xung lúc động cơ khởi động lớn hơn nhiều so với dòng điện trong chế độ vận hành bình thường.

Khi động cơ bắt đầu hoạt động, cần phải vượt qua quán tính quay của rô-to và lực cản từ tải để tăng tốc từ tốc độ đứng yên lên tốc độ định mức. Trong quá trình này, dòng điện stato của động cơ sẽ tăng mạnh. Khi khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ ba pha, dòng điện khởi động thường bằng 5 đến 7 lần dòng điện định mức. Điều đó có nghĩa là yêu cầu dòng điện đối với nguồn cấp điện của một động cơ 30 kW có thể đạt tới 150–210 ampe vào thời điểm khởi động trực tiếp, và yêu cầu công suất tương ứng cao hơn nhiều so với công suất định mức của động cơ.

Khi máy phát điện Khi bộ thiết lập chịu tác động này, các chỉ tiêu chính là tốc độ điều chỉnh điện áp quá độ và thời gian phục hồi. Dưới tác động của dòng điện lớn, điện áp tại đầu máy phát sẽ giảm đột ngột. Nếu mức giảm quá lớn hoặc thời gian phục hồi quá chậm, điều này sẽ gây ra hiện tượng tiếp điểm không ổn định, thiết bị bảo vệ hoạt động sai và máy phát sẽ bị ngắt trực tiếp. Do đó, việc phối hợp giữa máy phát và động cơ điện về bản chất là sự cân bằng giữa khả năng cung cấp công suất quá độ của máy phát và nhu cầu xung kích của động cơ.

Phương pháp khởi động động cơ điện có ảnh hưởng lớn nhất đến việc lựa chọn máy phát.

Xung kích khởi động trực tiếp là lớn nhất và bội số dòng khởi động cao, thích hợp cho các động cơ công suất nhỏ hoặc thiết bị có yêu cầu cao về mô-men xoắn khởi động. Khi sử dụng phương pháp khởi động trực tiếp, máy phát điện Công suất thường bằng 2,5 đến 3,5 lần công suất động cơ. Bội số cụ thể phụ thuộc vào hiệu suất của hệ thống kích từ máy phát điện. Đáp ứng quá độ của tổ máy có kích từ nam châm vĩnh cửu hoặc điều chỉnh kích từ kỹ thuật số tốt hơn, do đó bội số này có thể được giảm phù hợp.

Khởi động giảm áp là phương pháp phổ biến để giảm xung lực, bao gồm khởi động sao–tam giác, khởi động giảm áp bằng biến áp tự ngẫu, v.v. Khởi động sao–tam giác có thể giảm dòng khởi động xuống khoảng một phần ba so với khởi động trực tiếp, nhưng mô-men xoắn khởi động cũng giảm tương ứng, do đó thích hợp cho các thiết bị khởi động không tải hoặc tải nhẹ. Theo cách này, công suất máy phát điện thường được chọn ở mức 1,5 đến 2 lần công suất động cơ.

Hiện nay, bộ khởi động mềm được sử dụng rộng rãi. Thông qua điều chỉnh điện áp bằng thyristor có thể điều khiển, điện áp có thể tăng lên một cách trơn tru. Dòng điện khởi động có thể được kiểm soát ở mức 2 đến 3 lần dòng điện định mức. Quá trình khởi động ổn định và tác động lên máy phát điện là rất nhỏ. Khi được trang bị bộ khởi động mềm, công suất của máy phát điện cần đạt 1,2 đến 1,5 lần công suất của động cơ.

Điều khiển tốc độ bằng biến tần là phương pháp khởi động gây ít tác động nhất. Dòng điện khởi động về cơ bản không vượt quá dòng điện định mức của động cơ và gần như không gây tác động nào lên máy phát điện. Tuy nhiên, do biến tần là một tải phi tuyến nên sẽ sinh ra sóng hài. Khi lựa chọn, cần chú ý đến khả năng điều chỉnh điện áp tự động (AVR) của máy phát điện và lắp đặt bộ lọc sóng hài nếu cần thiết.

Ngoài phương pháp khởi động, đặc tính của tải cũng rất quan trọng. Các thiết bị khởi động tải nặng như máy nén khí, máy nghiền và bơm nước mang tải trong suốt quá trình khởi động, do đó gây ảnh hưởng lớn hơn so với khởi động không tải. Trong trường hợp nhiều động cơ hoạt động đồng thời, công suất của từng động cơ không thể đơn thuần cộng gộp lại với nhau. Cần xem xét hệ số vận hành đồng thời và kiểm tra các điều kiện làm việc bất lợi nhất — ví dụ như tình huống nhiều động cơ cùng khởi động đồng thời.

Các yếu tố môi trường cũng phải được đưa vào tính toán. Với mỗi 1.000 mét tăng độ cao so với mực nước biển, công suất đầu ra của máy phát điện giảm khoảng 10%, do không khí loãng ảnh hưởng đến khả năng tản nhiệt và quá trình cháy. Khi nhiệt độ môi trường vượt quá 40℃, công suất cũng cần được giảm tương ứng. Trong các môi trường đặc biệt như ven biển hoặc sa mạc, cấp bảo vệ và khả năng chống ăn mòn cũng cần được nâng cao cho phù hợp.

Quay trở lại nhà máy gia công của khách hàng, chúng tôi đã hỗ trợ ông ấy phân loại các thiết bị: một máy nghiền 45 kW, khởi động tải nặng, được trang bị biến tần; một quạt 22 kW, khởi động không tải, sử dụng bộ khởi động mềm; và một số động cơ băng tải công suất nhỏ, khởi động trực tiếp. Đồng thời, hệ số vận hành là 0,8; xem xét thứ tự khởi động trong điều kiện làm việc bất lợi nhất, cuối cùng chúng tôi đã trang bị một tổ máy phát điện 120 kW với kích từ nam châm vĩnh cửu và điều chỉnh điện áp kỹ thuật số. Phản hồi từ khách hàng sau khi hiệu chỉnh cho biết thiết bị khởi động trơn tru, độ dao động điện áp nằm trong giới hạn cho phép và hoạt động ổn định.

Nói chung, yếu tố then chốt để lựa chọn phù hợp là máy phát điện và động cơ là việc đánh giá chính xác tác động khi khởi động của động cơ cũng như việc phối hợp hợp lý khả năng đáp ứng tức thời của máy phát. Chế độ khởi động, đặc tính tải, điều kiện môi trường và phối hợp giữa nhiều máy là những yếu tố không thể thiếu. Nếu việc lựa chọn được thực hiện kỹ lưỡng, sẽ ít xảy ra sự cố tại hiện trường hơn.