Muuntajan koon määrittäminen moottorin käynnistystä varten: jännitepudotus, lukittujen roottorien virta ja impedanssi selitetty

Muuntajan koon määrittäminen moottorin käynnistystä varten: jännitepudotus, lukittujen roottorien virta ja impedanssi selitetty

 

Ruokateollisuuden tehdas Persianlahdella lähetti meille viime vuosineljänneksellä yhden rivin piirroksen, jossa kolme 200 hevosvoiman moottoria oli kytketty yhteen 1 000 kVA:n muuntajaan ja kaikki käynnistettiin suoraan verkkoon. Muuntaja vastasi käyttökuormaa varallaan. Vika ilmeni ensimmäisessä päivän käynnistyksessä: 480 V:n pääväliverkon jännite laski niin paljon, että linjakytkimet avautuivat, moottori ei saavuttanut koskaan nimellisnopeuttaan ja tehdas jäi odottamaan sähköasentajaa. Mitään ei ollut rikki. muuntajan mitoitus moottorin käynnistystä varten ei vain ollut laskettu.

Tämä aukko on tavallinen, ja se on kallista. Moottorin nimikilvessä ilmoitetaan teho hevosvoimina ja nimellisvirta ampeereina. Siitä ei kuitenkaan selviä muuntajan tarvitsemaa kVA-arvoa juuri niinä sekunteina, jolloin roottori kiihtyy – ja juuri tämä arvo, ei käyttökuorma, määrittää yleensä sen, pysyykö pääväliverkko vakaina.

 

 

 

Miksi moottorin käynnistys on muuntajan ongelma

 

Käynnissä oleva moottori ja käynnistettävä moottori ovat kaksi eri kuormaa, joilla on sama nimikilpi. Nopeudessa induktiommoottori ottaa lähes kokonaiskuorman virtaa tehokerroinalueella noin 0,85–0,9, ja kuorma koostuu pääasiassa todellisesta tehosta. Käynnistysvaiheessa roottorin impedanssi romahtaa, virta nousee noin kuusinkertaiseksi kokonaiskuorman virraksi NEMA Design B -moottorissa ja tehokerroin laskee arvoon 0,15–0,3.

Käynnistettävä moottori ottaa lähes puhtaasti reaktiivista virtaa. Muuntajalle ja pääjohdolle se näyttää suurelta yhdellä kerralla kytketyltä induktanssilta, ja juuri reaktiivinen virta aiheuttaa jännitepudotuksen muuntajan impedanssin yli.

Tässä on osa, jonka useimmat ostajat ohittavat: tämä ei ole moottorin vika eikä sitä voida korjata paremmalla eristysluokalla moottorin toimittajan taholta. Jännitepudotus on järjestelmän ominaisuus. Se riippuu moottorin käynnistyskVA:n ja muuntajan oikosulkukapasiteetin suhteesta, mikä tekee muuntajan mitoitus moottorin käynnistystä varten tästä erityyppisen teknisen määrittelyn, joka tehdään piirikaavion muuntajan puolella.

Sama fyysinen tapahtuma määrittelee standardin, jota molemmat osapuolet käyttävät. NEMA MG 1 -standardi määrittää jokaiselle moottorille lukittu-rotorin kVA-koodikirjaimen ja määrittelee käyttäjien luotettavissa olevan käynnistyskäyttäytymisen – hyödyllinen viite, kun toimittajan kysymyksestä tulee sopimusasia. NEMA Moottori- ja generaattoristandardiohjelma julkaisee asiakirjan.

 

Käynnistyskuorman lukeminen moottorin nimikilvestä

 

Koodikirjain on nopein tapa saada lukittu-rotorin kVA ilman moottorin tietolehteä.

Se muuntaa suoraan hevosvoimat lukittu-rotorin kVA:ksi, ja se ilmestyy jokaisen NEMA-moottorin nimikilveen.

 

Koodikirjain	Lukittu-rotorin kVA/hevosvoima
E	4,5 – 4,99
F	5,0 – 5,59
G	5,6 – 6,29
H	6,3 – 7,09
J	7,1 – 7,99
K	8,0 – 8,99

 

Asteikko ulottuu kirjaimesta A kirjaimeen V ja nousee jokaisen kirjaimen mukana, joten koodilla K varustetun moottorin vaatimus muuntajalta on noin 60 % suurempi kuin saman tehon koodilla F varustetun moottorin vaatimus. 200 hevosvoiman yksikkö koodilla F vaatii käynnistysvaiheessa 1 000–1 118 kVA:ta; sama 200 hevosvoiman yksikkö koodilla K vaatii 1 600–1 798 kVA:ta. Lue kirjain itse moottorin nimikilvestä eikä katalogista, koska se on ainoa luku, joka itsessään vaikuttaa mitoituspäätökseen.

Kolme lisätietoa kuuluu siihen liitettäväksi:

• Käynnistysten lukumäärä tunnissa. Jokainen käynnistys aiheuttaa lämpötilamuutoksen sekä moottorissa että muuntajan käämissä. Moottorivalmistajat julkaisevat sallittujen käynnistysten lukumäärän tunnissa kuvaavan käyrän, ja muuntajan on kestettävä sama kuormitustyyppi.
• Kuormitustorquen ominaisuus. Sentrifugaalipumppu käynnistyy lähes kuormittamattomana; kuormitettu kuljetin, positiivisen siirtotilavuuden kompressori tai suuren hitausmomentin tuuletin voivat pysyä kiihtyvyysalueella niin kauan, että sillä on merkitystä.
• Käynnistystapa. Suora verkkokäynnistys, autotransformaattori, tähtikolmiokäynnistys, pehmeä käynnistin ja taajuusmuuttaja aiheuttavat kaikki erilaisen virrantiukkuuden muodon transformaattorille.

 

Moottorin käynnistystä varten tehtävä transformaattorin mitoitus: Laskelma, jonka jokainen tarjouspyyntö tulisi sisältää

 

Alustava laskelma on riittävän lyhyt laskettavaksi käsin. Transformaattorin oikosulkukapasiteetti saadaan jakamalla sen kVA-arvo perunittaisella impedanssilla; käynnistyskVA jaettuna tällä kapasiteetilla ja ilmaistuna prosentteina antaa likimääräisen jännitepudotuksen:

%Jännitepudotus ≈ (Moottorin käynnistyskVA × Transformaattorin %Z) ÷ Transformaattorin kVA

Laskelma tehtiin pumpupysäkkitapauksessa 5,75 %:n impedanssilla, kun yksi 200 hv:n koodi F -moottori käynnistyi samanaikaisesti kahden muun moottorin ollessa käynnissä:

 

Muuntaja	Oikosulkukyky	KäynnistyskVA	Laskettu pudotus
500 KVA	8 696 kVA	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%

 

Kolme seikkaa erottuu. Ensinnäkin, jännitepudotus muuttuu lähes lineaarisesti muuntajan kVA-arvon mukana, joten muuntajan koon valinta on itse asiassa jännitepudotuksen valinta. Toiseksi, impedanssi on oma vaivanneensa: 500 kVA:n muuntajalla impedanssin laskeminen 5,75 %:sta 4,0 %:iin pienentää jännitepudotusta noin 8,5 %:iin ilman suuremman muuntajan hankintaa. Kolmanneksi tämä on vain alustava tarkistus, ei korvaavaa tutkimusta. Se jättää huomiotta verkkoyhtiön lähtöimpedanssin ja jo kytkettyjen käynnissä olevien moottorien vaikutuksen, ja molemmat lisäävät todellista jännitepudotusta – pidä siis varaa tulokseen eikä käsittele sitä lopullisena arvona.

Suorita sama laskutoimitus jokaiselle moottorille, joka voi käynnistyä, kun tehdas on täyskuormitettu, ja toimi samoin pahimmassa uskottavassa yhdistelmässä. Verkkoyhtiöt ja neuvonantajat suorittavat täydellisen tutkimuksen; muuntajatoimittaja, joka ei pysty toistamaan tätä tarkistusta, tarjoaa kVA-arvoa, ei kokonaissysteemiä.

 

Kuinka suuri jännitepudotus on siedettävissä ja mikä todella aiheuttaa laitteen katkaisun

 

Alustavan tarkistuksen tavoitearvo, jota useimmat teollisuusprojektit käyttävät, on jännitteen alenema enintään 10 % moottorin liitäntäpisteissä käynnistyksen aikana. Erillisellä syöttölinjalla, jossa mikään herkkä laite ei jaa samaa väylää, 15 %:n alenemaa hyväksytään joskus, mutta tämän päätöksen tekee sähköinsinööri kirjallisesti tehtaalla eikä se selviä vasta käyttöönoton yhteydessä.

Syy tähän tiukempaan rajaan kuin moottori itse vaatii on se, että moottori harvoin on ensimmäinen laite, joka reagoi ongelmaan:

• Koskettimet on yleensä suunniteltu pitämään kiinni ainakin 85 %:n kelojännitteellä, joten 15 %:n alenema voi avata käynnistimen, jonka moottori itse olisi selvinnyt.
• Taajuusmuuttajat ja virtalähteet kestävät alenemaa vain niiden tasajänniteväylän pidonaikaa.
• Muiden laitteiden suojaamiseen käytetyt alajännitereleet on usein asetettu laukaisemaan yli 20 %:n alenemalla, mikä muuttaa yksittäisen käynnistyksen koko tehtaan laukaisuksi.
• Verkkoyhtiön vilkkumisrajoitukset voivat rajoittaa toistuvia käynnistyksiä jaettavassa sähköverkossa, vaikka kaikki paikan päällä olevat kuormat kestäisivät alenemaa.

Moottorin suojaaminen käynnistyksen aikana on oma erillinen aiheensa, ja alan viitestandardi on IEEE 3004.8, the Suositeltava käytäntö moottorinsuojauksesta teollisuus- ja kaupallisissa sähköverkoissa , joka kattaa käynnistämisen, pistorasiansiirron ja alajännitesuojauksen sekä kontaktoriohjattuihin että katkaisimella ohjattuihin käynnistimiin.

 

Spesifikaatiopäätökset, jotka todella korjaavat jännitteen laskua

 

Kun luvut ovat pöydällä, vaihtoehdot järjestäytyvät itsestään kustannusten ja sivuvaikutusten perusteella.

• Osta enemmän kVA:ta. Suoraan verrannollinen, yksinkertainen ja lisää myös saatavilla olevaa oikosulkuvirtaa, mikä saattaa pakottaa alapuolisten laitteiden luokittelujen tarkistamisen.
• Määritä pienempi impedanssi. Tehokas, mutta pienempi %Z tarkoittaa suurempaa oikosulkuvirtaa ja suurempia mekaanisia voimia käämien aikana oikosulussa. Määritä se tavoitteena toleranssineen, ei toivomuksena.
• Anna suurelle moottorille oma muuntajansa. Eristäminen on usein halvempaa kuin yhteisen yksikön yliulottaminen, ja se estää esimerkiksi pumpun käynnistymisen häiritsemästä prosessilinjaa.
• Valitse käynnistystapa tarkoituksellisesti. Autotransformaattorikäynnistin 65 %:n napasta vähentää verkkovirtaa noin 42 %:iin suorakäynnistyksestä, koska vääntömomentti ja verkkovirta molemmat kasvavat sovelletun jännitteen neliön mukaisesti. Tähtikolmiokäynnistys tuottaa noin kolmannes suorakäynnistysvirrasta. Pehmeä käynnistin tai taajuusmuuttaja antaa sileimmän käynnistysprofiilin, mutta lisää omia harmonisia ja suojausvaatimuksiaan muuntajalle.
• Tarkista lämpökuormitus, ei vain jännitteen lasku. Toistuvat käynnistykset lämmittävät käämiä. Muuntaja, joka selviytyy yksittäisestä käynnistyslaskelmasta, voi silti epäonnistua vaatimuksessa, jossa edellytetään kuutta käynnistystä tunnissa täydessä ympäristölämpötilassa.
• Älä odota moottorin hyötysuhteen auttavan. NEMA Premium -moottori vähentää käyttöhäviöitä – siksi Yhdysvaltojen energiaministeriö ylläpitää Moottorijärjestelmät -resurssiohjelmaansa – mutta se ei vähennä lukittu-rotorin kVA käynnistystehoa. Käynnistysteho ja käyttöhyötysuhde ovat erillisiä nimellisarvoja.

Huomaa ero virran kärkivirtaan kytkettäessä. Reaktorin räiskintävirta, joka aiheuttaa katkaisimen laukaisun tyhjäkäyntitilanteessa olevan muuntajan kytkemisessä, on erillinen ilmiö, jolla on omat tekniset vaatimuksensa; tästä käydään läpi oppaassamme muuntajan kytkentävirta . Molemmat ilmenevät samassa hankkeessa; kumpikaan ei ratkea toisella.

 

Ryan Electricin lähestymistapa moottorikuormitettuihin hankkeisiin

 

Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) on valmistanut muuntajia vuodesta 2007 lähtien ja toimii Eatonin virallisena yhteisyrityskumppanina vuodesta 2023 lähtien. Moottoreihin perustuvat teollisuushankkeet saapuvat yleensä joko voimamuuntajan tai jakelumuuntajan vaatimuksena, johon liittyy impedanssitavoite ja käynnistystehtävä, ja juuri tähän osaan tarjousta insinöörimme keskittyvät. voimanmuuttaja tai jakelumuuntajan vaatimus, johon liittyy impedanssitavoite ja käynnistystehtävä, ja juuri tähän osaan tarjousta insinöörimme keskittyvät.

Suurin osa työstä tehdään alussa. Pyydämme moottoriluetteloa — teho (hevosvoimat), koodikirjain, jännite ja käynnistysmenetelmä — ennen kuin annamme kVA-arvon, koska impedanssin valinta ja käämityksen suunnittelu perustuvat näihin tiedoille. muuntajan mitoitus moottorin käynnistystä varten laskelma, ei katalogisivulta. Kun projekti vaatii tietyn impedanssikaistan, epätavallisen jännitteen säädön tai kaksijännitteisen toissijaisen puolen, kyseinen suunnittelu kulkee saman mukautetun suunnitteluprosessin läpi kuin tasasuuntaajien ja sulatusuunien käyttöön tarkoitetut muuntajat. Sertifiointikattavuus käsittää UL-, CSA-, IEEE-, DEKRA-, CNAS- ja CE-merkinnät, ja jokainen yksikkö toimitetaan yhdessä tavallisilla testituloksilla — muuntosuhde, käämityksen vastus, impedanssi, tyhjäkäyntihäviö, kuormitushäviö ja eristystestit — jotta käyttöönotto-ryhmä voi varmistaa toimitetun impedanssin vastaavan sitä arvoa, johon suunnittelututkimus perustui.

 

 

 

Mitä lisätä tarjouspyyntöön

 

Viisi kohtaa muuttaa epämääräisen kyselyn tarjottavaksi muuntajaspesifikaatioksi:

• Moottoriluettelo teholukemalla (hevosvoimat), NEMA-koodikirjaimella, jännitteellä ja suunnittelukirjaimella tai IEC-käynnistysluokalla.
• Käynnistysmenetelmä ja sen aiheuttama pääjohtovirtaprofiili.
• Sallittu käynnistysten määrä tunnissa ja ympäristön suunnittelulämpötila.
• Sallittu jännitepudotus ja se, onko moottorin käynnistystutkimus jo olemassa.
• Käytettävissä oleva vikavirta primäärisessä piirissä, jotta impedanssi- ja katkaisukykyarvot voidaan koordinoida yhdessä.

Lähetä nuo viisi kohdetta, ja muuntajan tarjous ei enää ole pelkkä hintavertailu oletusten perusteella. Jos sinulla on moottoriluettelo ja yksiviivakaavio, lähetä ne meille osoitteeseen meidän yhteydenottosivulta ja insinöörimme antavat kVA- ja impedanssisuositukset sekä laskevat jännitteen aleneman.

Kirjoittajasta — Tämän oppaan on laatinut Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.:n keskijännitemuuntajainsinööriryhmä, Nantongissa sijaitseva kuivamuuntajien, öljyimmerssien muuntajien, maakäyttöön tarkoitettujen muuntajayksiköiden ja tiukkojen sähköasemien valmistaja sekä Eatonin virallinen yhteisyrityskumppani vuodesta 2023 lähtien. Ryhmä tukee teollisuus-, sähköverkko- ja infrastruktuuriprojekteja teknisten vaatimusten tarkistuksesta tehtaalla suoritettavaan hyväksyntätestaukseen saakka ja työskentelee muuntajasuunnittelun parissa 10 kV:n ja 110 kV:n luokan välillä.