Agregaty 50 Hz i 60 Hz: różnice

Podstawową różnicą między agregatami 50 Hz i 60 Hz jest prędkość obrotowa: 4-biegunowa prądnica obraca się z prędkością 1500 obr./min przy 50 Hz i 1800 obr./min przy 60 Hz. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej moc agregatu zwykle rośnie, jednak wielkość przyrostu zależy od silnika i prądnicy, a zwłaszcza od napięcia wyjściowego przy 60 Hz. Dlatego wyznaczanie mocy 60 Hz przez pomnożenie mocy 50 Hz przez stały współczynnik jest nieprawidłowe; dla każdego agregatu należy sprawdzić karty katalogowe.

Zależność między częstotliwością a prędkością obrotową

W prądnicy synchronicznej zależność między częstotliwością, prędkością obrotową i liczbą biegunów jest następująca:

n (obr./min) = 120 × f ÷ liczba biegunów

Liczba biegunów	50 Hz	60 Hz
4 bieguny	1500 obr./min	1800 obr./min
2 bieguny	3000 obr./min	3600 obr./min

Zdecydowana większość przemysłowych generatorów diesla ma 4 bieguny. Sieć w Turcji i w Europie ma częstotliwość 50 Hz; w krajach takich jak USA, Kanada, Meksyk, Arabia Saudyjska i Korea Południowa stosuje się 60 Hz. Częstotliwość 60 Hz jest również często spotykana w zastosowaniach okrętowych i offshore.

Strona silnika: jak bardzo zmienia się moc?

Przy 1800 obr./min silnik wykonuje więcej cykli na minutę, co oznacza potencjał wytwarzania większej mocy. Producenci ustalają jednak wartość 60 Hz silnika z uwzględnieniem ograniczeń turbosprężarki, układu paliwowego, emisji, chłodzenia i ograniczeń mechanicznych. Kilka przykładów z oficjalnych kart katalogowych silników (z 50 Hz na 60 Hz, w przybliżeniu):

Silnik	Zmiana mocy silnika (w przybliżeniu)
Volvo Penta TAD1345GE	≈ 0–1%
FPT N67 TM3A	≈ +8–9%
Scania DC13 072A	≈ +10–11%
Cummins QSL9-G5	≈ +15%
Baudouin 6M11G4D0/S	≈ +18% (strona silnika)

Tabela pokazuje, że nawet silniki tej samej klasy mocy mogą zachowywać się bardzo różnie. Wartości mogą się różnić w zależności od klasy mocy (standby/prime) i wersji karty katalogowej; zawsze decydująca jest aktualna karta katalogowa.

Strona prądnicy: decyduje napięcie

Moc, jaką może oddać prądnica (alternator), wynika z prądu dopuszczalnego dla uzwojenia i z napięcia wyjściowego. Jeżeli przy 60 Hz prądnica może pracować z wyższym napięciem, przy tym samym prądzie oddaje więcej kVA. Na przykład w karcie katalogowej prądnicy Stamford UCI274H:

Częstotliwość / napięcie	Moc
50 Hz, 400 V	200 kVA
60 Hz, 416 V	237,5 kVA (≈ +19%)
60 Hz, 480 V	255 kVA (≈ +27,5%)

Jeżeli ta sama prądnica pracuje przy 60 Hz z niższym napięciem (np. 380 V lub 208 V), przyrost jest mniejszy lub może go nie być wcale. Ten przykład, w którym przyrost po stronie prądnicy wynosi w zależności od napięcia od około 19% do 27,5%, dotyczy tylko jednego modelu.

Jak ustala się moc agregatu przy 60 Hz?

Moc agregatu prądotwórczego jest ograniczona przez ten z elementów — silnik lub prądnicę — który daje niższą moc:

1. Z karty katalogowej silnika dla 60 Hz (1800 obr./min) odczytuje się wartość kW.
2. Z uwzględnieniem sprawności prądnicy przelicza się ją na kW elektryczne, a przy współczynniku mocy 0,8 na kVA.
3. Porównuje się ją z wartością kVA prądnicy przy docelowym napięciu i 60 Hz.
4. Niższa wartość staje się mocą agregatu przy 60 Hz; w razie potrzeby dobiera się inną prądnicę.

Na przykład w modelu, w którym moc silnika prawie nie rośnie, moc agregatu niewiele się zmieni, nawet jeśli prądnica przy 480 V może oddać o 27,5% więcej. I odwrotnie: w modelu, w którym moc silnika wyraźnie rośnie, prądnica przy niskim napięciu może stać się wąskim gardłem.

Typowe napięcia przy 60 Hz

Trójfazowe / faza-neutralny	Typowe zastosowanie
480/277 V	Przemysł i duże obiekty komercyjne w Ameryce Północnej
440/254 V	Niektóre zastosowania przemysłowe i okrętowe
380/220 V	Niektóre kraje Bliskiego Wschodu i Ameryki Łacińskiej
208/120 V	Budynki komercyjne w Ameryce Północnej
220/127 V	Niektóre regiony Ameryki Łacińskiej

Napięcie dobiera się zgodnie ze standardem sieci danego kraju, systemem dystrybucji obiektu i przyłączanymi urządzeniami.

Zużycie paliwa i hałas

• Paliwo: przy 1800 obr./min rosną straty tarcia i straty wentylatora, dlatego przy tym samym obciążeniu zużycie jest zwykle wyższe niż przy 50 Hz. Dokładna wartość podana jest w karcie katalogowej silnika.
• Hałas: wyższa prędkość obrotowa silnika i wentylatora zwykle zwiększa poziom hałasu o kilka dB. W projektach z limitem hałasu wartość dla 60 Hz należy sprawdzić oddzielnie.
• Chłodzenie: ponieważ wydajność chłodnicy i wentylatora zmienia się wraz z prędkością obrotową, wydajność chłodzenia również weryfikuje się dla 60 Hz.

Najczęstsze błędy

• Szacowanie mocy 60 Hz przez pomnożenie mocy 50 Hz przez stały współczynnik (np. ×1,2)
• Zamawianie agregatu 60 Hz bez podania napięcia
• Nieuwzględnienie skutków pracy przy 60 Hz silników i urządzeń zaprojektowanych dla 50 Hz (np. obracanie się silników o około 20% szybciej)
• Zmiana częstotliwości bez aktualizacji nastaw zabezpieczeń, AVR i regulatora

Następny krok

Terex Diesel może na życzenie dostarczyć wersje 60 Hz; wartości mocy, napięcia, zużycia paliwa i hałasu ustala się indywidualnie dla projektu, w zależności od wybranego silnika i prądnicy. Aby przekazać nam wymaganą częstotliwość, napięcie i moc, prosimy o kontakt. Do wstępnego oszacowania mocy można użyć narzędzia kalkulator mocy.