Размер на трансформатора за стартиране на електродвигател: обяснение на падането на напрежението, тока при заключен ротор и импеданса

Размер на трансформатора за стартиране на електродвигател: обяснение на падането на напрежението, тока при заключен ротор и импеданса

 

Завод за преработка на храни в Залива ни изпрати миналия квартал еднолинейна схема с три двигателя по 200 конски сили, свързани към един трансформатор от 1000 кВА, всички стартирани директно в мрежата. Трансформаторът отговаряше на работната натовареност с резервна мощност. Повредата се появи при първия старт през деня: напрежението на 480 V шина спадна толкова силно, че линейните контактори се отвориха, двигателят никога не достигна пълна скорост и производството спря, докато дойде електротехник. Нищо не беше повредено. измерването на трансформатора за стартиране на двигател просто никога не беше изчислявано.

Този пробел е обичаен и е скъп. На табелката на двигателя е посочена мощното в конски сили и токът при пълно натоварване. Тя не показва кВА, които трансформаторът трябва да достави през секундите, докато роторът ускорява — а тази стойност, а не работната натовареност, обикновено определя дали шината ще поддържа напрежението.

 

 

 

Защо стартирането на двигател е проблем за трансформатора

 

Движещият се двигател и стартиращият двигател са две различни натоварвания, които носят една и съща табелка. При работна скорост асинхронният двигател консумира ток, близък до номиналния, при коефициент на мощност около 0,85–0,9, а натоварването е предимно активна мощност. При спряно състояние импедансът на ротора рязко намалява, токът нараства приблизително шест пъти над номиналния за двигател от NEMA Design B, а коефициентът на мощност пада в диапазона 0,15–0,3.

Стартиращият двигател консумира почти изключително реактивен ток. За трансформатора и разпределителната шина той изглежда като голяма индуктивност, включена едновременно, а именно реактивният ток причинява пада на напрежението върху импеданса на трансформатора.

Ето частта, която повечето покупатели пропускат: това не е дефект на двигателя и не е нещо, което доставчикът на двигатели може да поправи чрез по-висок клас на изолация. Падът е свойство на системата. Той зависи от съотношението между kVA при стартиране на двигателя и късостворно капацитета на трансформатора, което прави измерването на трансформатора за стартиране на двигател решението за спецификация избор, взет на страната на трансформатора в чертежа.

Същото физическо събитие определя стандарта, върху който работят и двете страни. NEMA MG 1 присвоява на всеки двигател буква от кода за кВА при заключено роторно положение и дефинира пусковите характеристики, на които потребителите могат да разчитат — полезен ориентир, когато въпрос към доставчик се превърне в договорен въпрос. NEMA Програма за стандарти за електродвигатели и генератори публикува този документ.

 

Четене на пусковата натовареност от табелката на двигателя

 

Буквеният код е най-бързият начин да се получи кВА при заключено роторно положение без технически паспорт на двигателя.

Той преобразува директно конската сила в кВА при заключено роторно положение и се появява на табелката на всеки двигател според стандарта NEMA.

 

Буквен код	КВА при заключено роторно положение на конска сила
E	4,5 – 4,99
F	5,0 – 5,59
G	5,6 – 6,29
Ч	6,3 – 7,09
J	7,1 – 7,99
K	8,0 – 8,99

 

Мащабът варира от А до V и се увеличава с всяка следваща буква, така че двигател с код K изисква около 60 % повече от трансформатора в сравнение с двигател с код F и същата мощност. Единствен един 200 к.с. двигател с код F има начална мощност от 1000 до 1118 kVA; същият 200 к.с. двигател с код K достига 1600 до 1798 kVA. Прочетете буквата от действителната табелка, а не от каталог, тъй като това е единственият параметър, който самостоятелно променя заключението за размера.

Още три подробности трябва да бъдат посочени до него:

• Брой старти на час. Всеки старт представлява термично събитие както за двигателя, така и за намотките на трансформатора. Производителите на двигатели публикуват крива за разрешен брой старти на час, а трансформаторът трябва да издържи същата експлоатационна нагрузка.
• Характеристика на товарния въртящ момент. Центробежна помпа започва почти без натоварване; конвейер под натоварване, компресор с обемно изместване или вентилатор с висока инерция могат да останат в зоната на ускорение достатъчно дълго, за да имат значение.
• Метод на стартиране. Стартиране при пълно напрежение, автотрансформатор, звезда-триъгълник, мек старт и честотен преобразовател налагат различни профили на ток върху трансформатора.

 

Размери на трансформатора за стартиране на електродвигател: Изчислението, което всяка RFQ трябва да включва

 

Предварителното изчисление е кратко и може да се извърши ръчно. Късоцепната мощност на трансформатора е неговата мощност в кВА, разделена на относителното му съпротивление; получената стойност от делението на стартовата мощност в кВА на тази късоцепна мощност, изразена в проценти, дава приблизителното падане на напрежението:

% Падане на напрежението ≈ (Стартова мощност на двигателя в кВА × %Z на трансформатора) ÷ Мощност на трансформатора в кВА

Изчислено за случая с помпената станция при импеданс 5,75 %, при стартиране на един двигател тип 200 hp, код F, докато другите два работят:

 

Трансформатор	Ток на късо съединение	Пускови kVA	Изчислено падане
500 КВА	8 696 кВА	1 060 kVA	12.2%
750 kVA	13 043 kVA	1 060 kVA	8.1%
1 000 kVA	17 391 kVA	1 060 kVA	6.1%

 

Три неща се открояват. Първо, спадът на напрежението почти линейно зависи от номиналната мощност на трансформатора в kVA, така че изборът на размер е всъщност избор на допустимия спад. Второ, импедансът е самостоятелен регулиращ фактор: при 500 kVA намаляването на импеданса от 5,75 % до 4,0 % връща спада обратно до около 8,5 %, без да се изисква по-голям трансформатор. Трето, това е само предварителна проверка, а не заместител на пълно изследване. Тя пренебрегва импеданса на електроснабдителния източник и работещите вече двигатели на същата шина, а и двете увеличават реалния спад — затова трябва да се запази резерв в резултата, а не да се приема като окончателна стойност.

Изпълнете същите изчисления за всеки двигател, който може да стартира, докато предприятието работи при пълна товарна мощност, а след това повторете ги за най-неблагоприятната вероятна комбинация. Електроснабдителните компании и консултантите ще извършат пълното изследване; доставчик на трансформатори, който не може да възпроизведе тази проверка, предлага kVA, а не цялостно решение.

 

Колко голям спад е допустим и какво всъщност предизвиква изключване

 

Целта за предварителна проверка, която повечето индустриални проекти използват, е спад на напрежението от 10 % или по-малко на клемите на двигателя по време на стартиране. При отделен захранващ кабел, където нищо чувствително не споделя шината, понякога се приема 15 %, но това е решение, което трябва да вземе електротехническият инженер на завода писмено, а не по време на пускане в експлоатация.

Причината ограничението да е по-строго от необходимото за двигателя е, че двигателят рядко е първото нещо, което реагира негативно:

• Контакторите обикновено са проектирани да остават затворени при напрежение на намотката до около 85 % от номиналното, така че спад от 15 % може да отвори стартер, който самият двигател би преживял.
• Честотно регулируемите преобразователи и захранващите блокове издържат спада само за времето на поддържане на напрежението в техния постояннотоков шин.
• Реле за недостатъчно напрежение, които защитават друго оборудване, често са настроени да се задействат при спад над 20 %, което превръща един старт в аварийно изключване на целия завод.
• Ограниченията на електроснабдителя за фликър могат да ограничават повтарящите се стартове при общо захранване, дори когато всички товари на обекта понасят спада.

Защитата на двигателя по време на стартиране е самостоятелна тема, а индустриалният справочник е IEEE 3004.8, който Препоръчителна практика за защита на електродвигатели в индустриални и търговски енергосистеми , която обхваща пускане, прехвърляне между шини и защита при намалено напрежение както за стартери с контактори, така и за стартери с прекъсвачи.

 

Спецификации, които действително отстраняват спада

 

Щом цифрите са на масата, вариантите се подреждат сами по разходи и странични ефекти.

• Закупете повече kVA. Право пропорционално, просто и същевременно увеличава наличния ток при късо съединение, което може да наложи преглед на номиналните стойности на по-долу разположеното оборудване.
• Задайте по-ниско омово съпротивление. Ефективно, но по-нисък процент Z означава по-висок ток при късо съединение и по-големи механични сили върху намотките по време на късо съединение. Задайте го като цел с допустима толерантност, а не като пожелание.
• Дайте на големия електродвигател собствен трансформатор. Изолацията често е по-евтина от преувеличаването на капацитета на споделен трансформатор и предотвратява смущения в технологична линия при пускане на помпа.
• Изберете метода за стартиране внимателно. Стартер с автотрансформатор на 65 % отвод (tap) намалява тока в линията до приблизително 42 % от тока при директно включване (direct-on-line), тъй като и въртящият момент, и токът в линията се изменят пропорционално на квадрата от приложеното напрежение. Стартирането по схема звезда-триъгълник осигурява приблизително една трета от тока при директно включване. Мек стартер или честотен преобразувател осигуряват най-гладка характеристика, но добавят собствени хармонични и защитни изисквания към трансформатора.
• Проверете термичната товарна способност, а не само пада на напрежението. Повторните стартирания нагряват намотките. Трансформатор, който изпълнява изчислението за единичен старт, все още може да не изпълни спецификацията, изискваща шест стартирания в час при пълна околна температура.
• Не разчитайте на ефективността на двигателя като помощ. Двигател според стандарта NEMA Premium намалява загубите при работа — поради тази причина Министерството на енергетиката на САЩ поддържа своята Моторни системи програма за ресурси кВА при заключено роторно положение стартовата производителност и ефективността при работа са отделни спецификации, посочени на табелката.

Обърнете внимание на разликата с включителния пусков ток. Токът от реакторното треперене, който задейства прекъсвача при включване на ненатоварен трансформатор, е отделно явление със собствени спецификационни последици, които са описани в нашето ръководство за включителен ток на трансформатора . И двете явления се появяват в един и същ проект; нито едното не решава другото.

 

Как Ryan Electric подхожда към проекти с моторни натоварвания

 

Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) произвежда трансформатори от 2007 г. и работи като официален съвместен предприемач на Eaton от 2023 г. Проектите с индустриално натоварване, доминиращо от мотори, обикновено постъпват като заявка за силови или разпределителни трансформатори с целево съпротивление и свързано изискване за стартиране, а това е частта от оферта, върху която нашите инженери прекарват повечето време. силов трансформатор силови

Повечето работа се извършва в началото. Преди да предложим kVA стойност, ние поискваме графиката на моторите — конска сила, кодова буква, напрежение и метод на стартиране, тъй като изборът на съпротивление и конструкцията на намотките зависят от тях. измерването на трансформатора за стартиране на двигател изчисление, а не от каталожна страница. Когато един проект изисква специфична честотна лента, необичайен диапазон на отводи или вторична намотка с двойно напрежение, този проект минава през същия процес на индивидуално проектиране, който използваме за преобразователни и пещови трансформатори. Сертифицирането включва UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS и CE, а всеки уред се доставя с данни от рутинни изпитания — съотношение, съпротива на намотките, импеданс, загуби при празен ход, загуби при натоварване и диелектрични изпитания — така че екипът за пускане в експлоатация може да провери доставения импеданс спрямо стойността, върху която е базирано изследването.

 

 

 

Какво да се включи в заявката за оферта (RFQ)

 

Пет елемента превръщат неясен запит в конкретна спецификация за трансформатор:

• Разписание на двигателите с мощност в конски сили, буквен код NEMA, напрежение и буква на конструкцията или IEC клас на стартиране.
• Метод на стартиране и получената профилна крива на линейния ток.
• Допустим брой стартирания на час и температура на околната среда за проектиране.
• Допустимо падане на напрежението и дали вече съществува изследване за стартиране на двигатели.
• Достъпният ток при повреда от първичната страна, за да могат импедансът и номиналната прекъсваща способност да бъдат съгласувани заедно.

Изпратете тези пет точки и оферта за трансформатора престава да бъде сравнение на цени въз основа на предположения. Ако разполагате с график на електродвигателите и еднолинейна схема, изпратете ги на нас чрез нашата страница за контакт и нашият инженерен екип ще ви върне препоръчителни стойности за kVA и импеданс заедно с показано изчисление на спада на напрежението.

За автора — Това ръководство е подготвено от екипа по инженерство на среднонапреженни трансформатори на Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd., производител с база в Нантон на сухи, маслени, наземни и компактни трансформаторни подстанции, както и официален съвместен предприемач на Eaton от 2023 г. Екипът поддържа промишлени, енергийни и инфраструктурни проекти — от проверка на техническите спецификации до фабричното приемане и изпитания, и работи върху проекти на трансформатори с класове от 10 kV до 110 kV.