Потужність генератора для електродвигунів

На об’єкті, що живиться від генератора, більшість проблем виникає не через тривале навантаження, а через момент пуску двигунів. Насос, який під час роботи споживає 30 кВА, у перші секунди потребує в кілька разів більше. Якщо генератор не може покрити цей раптовий попит, напруга просідає, контактори відпадають, двигун не розганяється або зупиняються інші пристрої на тій самій лінії. У цій статті ми крок за кроком пояснюємо, як перевірити потужність генератора для навантажень з електродвигунами. Загальні кроки підсумовування навантажень описано в статті Якої потужності потрібен генератор?

Що відбувається під час пуску?

Коли асинхронний двигун стоїть, його ротор нерухомий, а обмотки поводяться майже як коротке замикання. Тому в перший момент двигун споживає струм, що в 5–8 разів перевищує номінальний. Коефіцієнт потужності цього струму низький (приблизно 0,3–0,4), тобто від генератора вимагається переважно реактивна потужність. Реактивну потужність покриває альтернатор, а двигун генератора має реагувати на раптове зростання навантаження, щоб не впали оберти.

У результаті пуск двигуна має два наслідки:

• Просідання напруги (voltage dip): залежить від часу реакції альтернатора та регулятора напруги (AVR).
• Просідання частоти: залежить від здатності дизельного двигуна приймати раптове навантаження та від регулятора обертів.

Від паспортної таблички двигуна до пускових кВА

Для розрахунку достатньо трьох даних із паспортної таблички двигуна: потужності (кВт), ККД і коефіцієнта потужності. Робочі кВА приблизно визначають так:

Робочі кВА = кВт ÷ (ККД × коефіцієнт потужності)

Наприклад, для двигуна 22 кВт із ККД 0,92 і коефіцієнтом потужності 0,85 робоча потужність становить приблизно 28 кВА. Пускові кВА залежно від способу пуску кратні цьому значенню:

Спосіб пуску	Пусковий струм (відносно номінального)	Орієнтовні пускові кВА для двигуна 22 кВт
Прямий (DOL)	6–7 разів	170–200 кВА
«Зірка-трикутник»	приблизно 2–2,5 раза	55–70 кВА
Пристрій плавного пуску	приблизно 2,5–3,5 раза (залежно від налаштування)	70–100 кВА
Частотний перетворювач (VFD)	приблизно 1–1,5 раза	28–42 кВА

Ці значення орієнтовні; точну пускову величину беруть із даних виробника двигуна щодо загальмованого ротора. Варто звернути увагу: для того самого двигуна прямий пуск вимагає від генератора приблизно в п’ять разів більшої миттєвої потужності, ніж пуск через частотний перетворювач.

Допустиме просідання напруги

Під час вибору генератора питання не в тому, «чи запуститься двигун?», а в тому, «наскільки просяде напруга під час пуску?». На практиці поширені такі межі:

• Загальні навантаження з електродвигунами: 15–20 %
• Ліфти, кола керування з великою кількістю контакторів: близько 15 %
• Двигуни, що працюють на одній шині з чутливим електронним навантаженням: 10 % або менше

Якщо напруга падає більш ніж на 25–30 %, котушки контакторів можуть відпустити; двигун не може розігнатися і раз у раз намагається ввімкнутися знову. У технічних паспортах генераторів наведено пускові кВА (motor starting kVA), які альтернатор може забезпечити за певного просідання напруги. Під час вибору це значення порівнюють із пусковими кВА найбільшого двигуна.

Послідовний пуск: те саме завдання з меншим агрегатом

Якщо двигунів кілька, усі вони не мусять запускатися одночасно. За допомогою реле часу в системі керування або виходів контролера двигуни можна вмикати з інтервалом 5–10 секунд. Правило просте:

1. Першим запускайте найбільший двигун.
2. Інші двигуни вмикайте в порядку від більшого до меншого.
3. На кожному кроці перевіряйте суму навантаження, яке вже є на генераторі, і пускових кВА нового двигуна.

Приклад: на зрошувальній станції є три насоси — 30 кВт, 15 кВт і 7,5 кВт, усі з прямим пуском. Якщо всі три насоси запускаються одночасно, миттєвий попит перевищує 400 кВА. При послідовному пуску найкритичніший крок — пуск насоса 30 кВт, приблизно 230–270 кВА. Якщо насос 30 кВт запускати за схемою «зірка-трикутник», найкритичнішим кроком стає пуск насоса 15 кВт під час роботи насоса 30 кВт, і попит знижується приблизно до 150–170 кВА. Отже, потрібний агрегат стає помітно меншим. Розрахунок наведено орієнтовно; у проєкті його слід перевірити за паспортними табличками двигунів і технічним паспортом агрегату.

Навантаження з перетворювачами та гармоніки

Частотні перетворювачі значною мірою вирішують проблему пуску, але створюють нове питання — гармонійні струми. Струм, який споживає шестипульсний перетворювач, не є синусоїдальним. Оскільки внутрішній опір генератора вищий, ніж у мережі, гармоніки сильніше спотворюють форму кривої напруги. На що слід звернути увагу:

• Якщо понад половину загального навантаження живиться через перетворювачі, альтернатор можна обрати на типорозмір більший.
• На боці приводу можна застосувати мережевий дросель або гармонійний фільтр.
• Альтернатори з опцією збудження від постійних магнітів (PMG) стабільніше підтримують регулювання за спотвореної напруги.
• На об’єктах із переважно ДБЖ та перетворювачами налаштування AVR і точність вимірювання контролера слід перевірити під час введення в роботу.

Контрольний перелік для навантажень з електродвигунами

• Чи складено перелік потужності, способу пуску та черговості роботи кожного двигуна?
• Чи порівняно пускові кВА найбільшого двигуна з пусковими кВА в технічному паспорті агрегату?
• Чи визначено допустиме просідання напруги залежно від типу навантаження?
• Чи справді потрібен одночасний пуск, чи можливий послідовний?
• Чи оцінено частку навантажень із перетворювачами в загальному навантаженні та вплив гармонік?
• Чи окремо перевірено вимоги відповідного стандарту для критичних двигунів, як-от пожежних насосів?

Наступний крок

Перелік навантажень можна ввести в калькулятор потужності й одразу побачити першу оцінку. Якщо у проєкті переважають навантаження з електродвигунами, надішліть паспортні дані двигунів і черговість їх роботи разом із запитом комерційної пропозиції — ми підберемо типорозмір альтернатора та контролер агрегату саме під ці навантаження. Відповідні моделі див. на сторінках генераторів відкритого виконання та генераторів у шумозахисному кожусі.