Мощность генератора для электродвигателей

На объекте, питающемся от генератора, большинство проблем возникает не из-за длительной нагрузки, а из-за момента пуска двигателей. Насос, который в работе потребляет 30 кВА, в первые секунды требует в несколько раз больше. Если генератор не может покрыть этот внезапный спрос, напряжение проседает, контакторы отпадают, двигатель не разгоняется или останавливаются другие устройства на той же линии. В этой статье мы шаг за шагом объясняем, как проверить мощность генератора для нагрузок с электродвигателями. Общие шаги суммирования нагрузок описаны в статье Какой мощности нужен генератор?

Что происходит при пуске?

Когда асинхронный двигатель стоит, его ротор неподвижен, а обмотки ведут себя почти как короткое замыкание. Поэтому в первый момент двигатель потребляет ток, в 5–8 раз превышающий номинальный. Коэффициент мощности этого тока низкий (примерно 0,3–0,4), то есть от генератора требуется в основном реактивная мощность. Реактивную мощность покрывает альтернатор, а двигатель генератора должен реагировать на внезапный рост нагрузки, чтобы не упали обороты.

В итоге пуск двигателя имеет два последствия:

• Провал напряжения (voltage dip): зависит от времени реакции альтернатора и регулятора напряжения (AVR).
• Провал частоты: зависит от способности дизельного двигателя принимать внезапную нагрузку и от регулятора оборотов.

От паспортной таблички двигателя к пусковым кВА

Для расчёта достаточно трёх данных с паспортной таблички двигателя: мощности (кВт), КПД и коэффициента мощности. Рабочие кВА приблизительно определяют так:

Рабочие кВА = кВт ÷ (КПД × коэффициент мощности)

Например, для двигателя 22 кВт с КПД 0,92 и коэффициентом мощности 0,85 рабочая мощность составляет примерно 28 кВА. Пусковые кВА в зависимости от способа пуска кратны этому значению:

Способ пуска	Пусковой ток (относительно номинального)	Ориентировочные пусковые кВА для двигателя 22 кВт
Прямой (DOL)	6–7 раз	170–200 кВА
«Звезда-треугольник»	примерно 2–2,5 раза	55–70 кВА
Устройство плавного пуска	примерно 2,5–3,5 раза (в зависимости от настройки)	70–100 кВА
Частотный преобразователь (VFD)	примерно 1–1,5 раза	28–42 кВА

Эти значения ориентировочные; точную пусковую величину берут из данных производителя двигателя по заторможенному ротору. Обратите внимание: для одного и того же двигателя прямой пуск требует от генератора примерно в пять раз больше мгновенной мощности, чем пуск через частотный преобразователь.

Допустимый провал напряжения

При выборе генератора вопрос не в том, «запустится ли двигатель?», а в том, «насколько просядет напряжение при пуске?». На практике распространены такие пределы:

• Общие нагрузки с электродвигателями: 15–20 %
• Лифты, цепи управления с большим количеством контакторов: около 15 %
• Двигатели, работающие на одной шине с чувствительной электронной нагрузкой: 10 % или меньше

Если напряжение падает более чем на 25–30 %, катушки контакторов могут отпустить; двигатель не может разогнаться и раз за разом пытается включиться снова. В технических паспортах генераторов приводятся пусковые кВА (motor starting kVA), которые альтернатор может обеспечить при определённом провале напряжения. При выборе это значение сравнивают с пусковыми кВА самого крупного двигателя.

Последовательный пуск: та же задача меньшим агрегатом

Если двигателей несколько, все они не обязаны запускаться одновременно. С помощью реле времени в системе управления или выходов контроллера двигатели можно включать с интервалом 5–10 секунд. Правило простое:

1. Первым запускайте самый крупный двигатель.
2. Остальные двигатели включайте в порядке от большего к меньшему.
3. На каждом шаге проверяйте сумму нагрузки, уже имеющейся на генераторе, и пусковых кВА нового двигателя.

Пример: на насосной станции орошения три насоса — 30 кВт, 15 кВт и 7,5 кВт, все с прямым пуском. Если все три насоса запускаются одновременно, мгновенный спрос превышает 400 кВА. При последовательном пуске самый критичный шаг — пуск насоса 30 кВт, примерно 230–270 кВА. Если насос 30 кВт запускать по схеме «звезда-треугольник», самым критичным шагом становится пуск насоса 15 кВт при работающем насосе 30 кВт, и спрос снижается примерно до 150–170 кВА. Таким образом, требуемый агрегат становится заметно меньше. Расчёт приведён ориентировочно; в проекте его следует проверить по паспортным табличкам двигателей и техническому паспорту агрегата.

Нагрузки с преобразователями и гармоники

Частотные преобразователи во многом решают проблему пуска, но создают новый вопрос — гармонические токи. Ток, потребляемый шестипульсным преобразователем, не синусоидален. Поскольку внутреннее сопротивление генератора выше, чем у сети, гармоники сильнее искажают форму кривой напряжения. На что следует обратить внимание:

• Если более половины общей нагрузки питается через преобразователи, альтернатор можно выбрать на типоразмер больше.
• На стороне привода можно применить сетевой дроссель или гармонический фильтр.
• Альтернаторы с опцией возбуждения от постоянных магнитов (PMG) стабильнее поддерживают регулирование при искажённом напряжении.
• На объектах с преобладанием ИБП и преобразователей настройку AVR и точность измерений контроллера следует проверить при вводе в работу.

Контрольный список для нагрузок с электродвигателями

• Составлен ли перечень мощности, способа пуска и очерёдности работы каждого двигателя?
• Сравнены ли пусковые кВА самого крупного двигателя с пусковыми кВА в техническом паспорте агрегата?
• Определён ли допустимый провал напряжения в зависимости от типа нагрузки?
• Действительно ли нужен одновременный пуск или возможен последовательный?
• Оценены ли доля нагрузок с преобразователями в общей нагрузке и влияние гармоник?
• Отдельно ли проверены требования соответствующего стандарта для критичных двигателей, например пожарных насосов?

Следующий шаг

Перечень нагрузок можно ввести в калькулятор мощности и сразу увидеть первую оценку. Если в проекте преобладают нагрузки с электродвигателями, отправьте паспортные данные двигателей и очерёдность их работы вместе с запросом коммерческого предложения — мы подберём типоразмер альтернатора и контроллер агрегата именно под эти нагрузки. Подходящие модели смотрите на страницах генераторов открытого исполнения и генераторов в шумозащитном кожухе.