Transformatoriaus matmenų nustatymas varikliui paleidžiant: įtampos nuokrypis, užstrigusio rotoriaus srovė ir varža paaiškinta

Transformatoriaus matmenų nustatymas varikliui paleidžiant: įtampos nuokrypis, užstrigusio rotoriaus srovė ir varža paaiškinta

 

Maisto perdirbimo gamykla Golfo regione pridėjo prie praėjusio ketvirčio vienos eilutės schemą, kurioje buvo trys 200 AG varikliai, prijungti prie vieno 1000 kVA transformatoriaus, visi paleidžiami tiesiogiai nuo tinklo. Transformatorius atitiko veikiamąją apkrovą su papildoma talpa. Gedimas įvyko pirmą kartą dienos pradžioje: 480 V magistralės įtampa kritusi tiek, kad linijos kontaktoriai atsijungė, variklis niekada nepasiekė pilnos sukimosi dažnio, o gamykla laukė elektriko. Nieko nebuvo sugenda. transformatorių parinkimas variklių paleidimui tiesiog nebuvo apskaičiuotas.

Šis neatitikimas yra įprastas ir brangus. Variklio techninėje dokumentacijoje nurodyta galingumas AG ir nominaliosios srovės. Tačiau jose nenurodyta, kiek kVA transformatorius turi tiekti per sekundes, kol rotorius paspartėja – o šis skaičius, o ne veikiamoji apkrova, dažniausiai lemia, ar magistralė išlaikys įtampą.

 

 

 

Kodėl variklių paleidimas yra transformatoriaus problema

 

Veikiantis variklis ir paleidžiamasis variklis – tai du skirtingi apkrovos tipai, pažymėti tuo pačiu pavadinimu. Sukimosi metu asinchroninis variklis vartoja beveik visą nominaliąją srovę esant galių koeficientui, artimam 0,85–0,9, o apkrova yra daugiausia aktyvioji galia. Nejudančioje būsenoje rotoriaus varža krenta, srovė šuoliuoja iki maždaug šešis kartus didesnės už nominaliąją srovę NEMA Design B varikliui, o galių koeficientas sumažėja iki 0,15–0,3.

Paleidžiamasis variklis vartoja beveik tik reaktyviąją srovę. Transformatoriui ir magistralei jis atrodo kaip didelė induktyvinė varža, vienu metu įjungiama į grandinę, o būtent reaktyvioji srovė sukelia įtampų kritimą per transformatoriaus varžą.

Štai tas dalykas, kurį dažniausiai praleidžia pirkėjai: tai ne variklio defektas ir ne tai, ką variklio tiekėjas gali ištaisyti geriau izoliuodamas. Įtampų kritimas – tai sistemos savybė. Jis priklauso nuo santykio tarp variklio paleidimo kVA ir transformatoriaus trumpojo jungimo galios, todėl transformatorių parinkimas variklių paleidimui sprendimas apie specifikaciją priimamas transformatoriaus pusėje brėžinyje.

Tas pats fizinis reiškinys nustato standartą, kurio remiasi abi šalys. NEMA MG 1 kiekvienam varikliui priskiria užrakintos rotoriaus apsukos kVA kodinę raidę ir apibrėžia paleidimo našumą, kuriam vartotojai gali pasitikėti — tai naudinga nuoroda, kai tiekėjo klausimas virsta sutartiniais klausimais. NEMA Variklių ir generatorių standartų programa skelbia šį dokumentą.

 

Kaip nustatyti paleidimo apkrovą iš variklio techninės charakteristikos lentelės

 

Kodinė raidė yra greičiausias būdas sužinoti užrakintos rotoriaus apsukos kVA be variklio techninių duomenų lapo.

Ji tiesiogiai konvertuoja galios vienetą (AG) į užrakintos rotoriaus apsukos kVA ir nurodoma kiekvieno NEMA variklio techninės charakteristikos lentelėje.

 

Kodinė raidė	Užrakintos rotoriaus apsukos kVA vienam AG
E	4,5 – 4,99
F	5,0 – 5,59
G	5,6 – 6,29
V	6,3 – 7,09
J	7,1 – 7,99
K	8,0 – 8,99

 

Skalė eina nuo A iki V ir kyla kiekvienoje raidėje, todėl koduotas K variklis reikalauja apie 60 % daugiau nuo transformatoriaus nei to paties galingumo koduotas F variklis. 200 AG vieneto su kodu F paleidimo apkrova yra 1 000–1 118 kVA; to paties 200 AG vieneto su kodu K paleidimo apkrova siekia 1 600–1 798 kVA. Raidę nuskaitykite iš tikrosios techninės charakteristikų lentelės, o ne iš katalogo, nes tai vienintelis skaičius, kuris atskirai keičia įrenginio matmenų nustatymo išvadą.

Šalia jo turi būti dar trys detalės:

• Paleidimų per valandą skaičius. Kiekvienas paleidimas yra šiluminis įvykis tiek variklyje, tiek transformatoriaus apvijoje. Variklių gamintojai pateikia leistinų paleidimų per valandą kreivę, o transformatorius taip pat turi ištverti tą pačią apkrovos režimo sąlygą.
• Krovos sukimo momento charakteristika. Centrinis siurblys pradeda beveik nepakrautas; apkrautas konvejeris, teigiamosios poslinkio kompresorius ar didelės inercijos ventiliatorius gali ilgai likti pagrečio juostoje, kad tai turėtų reikšmės.
• Paleidimo metodas. Tiesioginis paleidimas, autotransformatorius, žvaigždės-trikampio jungimas, minkštas paleidiklis ir kintamos dažnio variklis kiekvienas sukelia skirtingą srovės profilį transformatoriui.

 

Transformatoriaus matmenų nustatymas varikliui paleisti: Skaičiavimas, kurį turėtų turėti kiekvienas RFQ dokumentas

 

Preliminariuosius skaičiavimus galima atlikti ranka. Transformatoriaus trumpojo jungimo galia lygi jo kVA padalytai iš santykinės varžos; paleidimo kVA, padalyta iš šios galios ir išreikšta procentais, duoda apytikslį įtampos kritimą:

%Įtampos kritimas ≈ (Variklio paleidimo kVA × Transformatoriaus %Z) ÷ Transformatoriaus kVA

Apskaičiuota siurblinės atvejis su 5,75 % varža, kai vienas 200 AG koduoto F variklio paleidžiamas, o kiti du veikia:

 

Transformatorius	Trumpojo jungimo galia	Paleidimo kVA	Apskaičiuotas įtampos kritimas
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%

 

Išsiskiria trys punktai. Pirma, įtampos kritimas beveik tiesiškai keičiasi kartu su transformatoriaus kVA reikšme, todėl transformatoriaus talpos parinkimas iš esmės yra įtampos kritimo ribos nustatymas. Antra, transformatoriaus vidinė varža yra atskiras reguliavimo elementas: pavyzdžiui, 500 kVA transformatoriui sumažinus vidinę varžą nuo 5,75 % iki 4,0 %, įtampos kritimas sumažėja iki maždaug 8,5 % be reikalingumo įsigyti didesnės talpos transformatoriaus. Trečia, tai tik preliminari patikra, o ne pakaitalinis viso sistema analizės metodas. Ji nepaiso elektros tiekėjo šaltinio varžos ir jau veikiančių variklių, prijungtų prie tos pačios magistralės, o abi šios sąlygos padidina realų įtampos kritimą – todėl rezultatui reikia palikti saugos rezervą, o ne laikyti jo galutine reikšme.

Tą pačią aritmetinę operaciją atlikite kiekvienam varikliui, kuris gali paleisti, kai gamykla veikia pilna apkrova, tada – dar kartą – blogiausiam tikėtinam variklių paleidimo deriniui. Elektros tiekėjai ir konsultantai atlieka išsamią analizę; transformatoriaus tiekėjas, kuris negali atlikti šios paprastos patikros, siūlo tik kVA reikšmę, o ne visos sistemos sprendimą.

 

Koks įtampos kritimas yra leistinas ir kas iš tikrųjų suaktyvina apsaugą

 

Tikslas, kurio dauguma pramoninių projektų siekia atliekant tyrimus, yra įtampos kritimas ne daugiau kaip 10 % variklio prijungimo taške paleidžiant. Atskirame maitinimo šaltinyje, kai jame nėra kitų jautrių įrenginių, kartais leidžiamas 15 % kritimas, tačiau tokį sprendimą turi pareiškti raštu gamyklos elektros inžinierius, o ne nustatyti jau įdiegimo metu.

Ribos reikalavimas yra griežtesnis nei paties variklio poreikiai, nes variklis retai būna pirmasis įrenginys, kuris reaguoja į problemą:

• Kontaktoriai paprastai yra įvertinti veikti iki maždaug 85 % nuo ritės įtampos, todėl 15 % įtampos kritimas gali atjungti paleidiklį, nors pats variklis būtų išlaikęs tokį kritimą.
• Kintamosios srovės dažnio valdymo įrenginiai ir maitinimo šaltiniai toleruoja įtampos kritimą tik tiek laiko, kiek užtikrina jų nuolatinės srovės magistralės energijos kaupimo laikas.
• Kitų įrenginių apsaugos nuo žemos įtampos relės dažnai nustatomos taip, kad suveiktų esant įtampos kritimui virš 20 %, todėl vienas paleidimas gali sukelti visos gamyklos išsijungimą.
• Naudojimo įmonės švytėjimo ribos gali apribojoti kartotinius paleidimus bendrame maitinimo šaltinyje net tada, kai visi objekte esantys apkrovos toleruoja įtampos kritimą.

Variklio apsauga paleidimo metu yra atskira tema, o pramonės nuoroda – IEEE 3004.8 standartas „Rekomenduojama variklių apsaugos praktika pramonės ir komercinėse elektros energijos sistemose“ Rekomenduojama variklių apsaugos praktika pramonės ir komercinėse elektros energijos sistemose , kuri apima paleidimą, magistralės perjungimą ir nepakankamos įtampos apsaugą tiek kontaktoriais, tiek pertraukikliais valdomoms paleidimo sistemoms.

 

Techninės specifikacijos sprendimai, kurie iš tikrųjų pašalina įtampos kritimą

 

Kai skaičiai pateikti, variantai susiruošia pagal kainą ir šalutinius poveikius.

• Pirkite daugiau kVA. Tiesiogiai proporcinga, paprasta ir taip pat padidina galimą trumpojo jungimo srovę, dėl ko gali prireikti peržiūrėti žemesnių lygių įrangos nominaliųjų rodiklių.
• Nurodykite mažesnį impedansą. Veiksminga, bet mažesnis %Z reiškia didesnę trumpojo jungimo srovę ir didesnes mechanines jėgas, veikiančias apvijas trumpojo jungimo metu. Nurodykite tai kaip tikslą su leistina nuokrypio riba, o ne kaip pageidavimą.
• Dideliam varikliui skirti atskirą transformatorių. Izoliavimas dažnai yra pigesnis nei perdidelė bendrosios įrangos talpa, o taip pat neleidžia siurblio paleidimui sutrikdyti technologinės linijos.
• Pasirinkite paleidimo būdą sąmoningai. Autotransformatoriaus paleidiklis su 65 % įtampos jungtimi sumažina linijos srovę iki maždaug 42 % nuo tiesioginio prijungimo prie tinklo, nes sukimo momentas ir linijos srovė abu keičiasi proporcingai pritaikytos įtampos kvadratui. „Žvaigždė–delta“ schemos paleidiklis suteikia apie trečdalį tiesioginio prijungimo prie tinklo srovės. Minkštas paleidiklis arba variklio valdymo įrenginys užtikrina lygiausią paleidimo charakteristiką, tačiau prideda savo harmonikų ir transformatoriaus apsaugos aspektų.
• Patikrinkite šiluminę apkrovą, o ne tik įtampos kritimą. Kartotini paleidimai įkaitina apvijas. Transformatorius, kuris atitinka vieno paleidimo skaičiavimą, vis tiek gali neatitikti specifikacijos, kurioje reikalaujama šešių paleidimų per valandą pilnoje aplinkos temperatūroje.
• Nelaukite, kad variklio naudingumo koeficientas padėtų. NEMA Premium variklis sumažina veikimo nuostolius – todėl JAV Energetikos departamentas palaiko savo Variklių sistemų šaltinių programą – bet jis nesumažina užrakintos rotoriaus apsukos kVA pradėjimo našumas ir veikimo efektyvumas – tai atskiri techniniai duomenys.

Atkreipkite dėmesį į skirtumą nuo įjungimo srovės. Reaktoriaus „smūginė“ srovė, kuri išjungia pertraukiklį, kai įtampa prijungiama prie nepakrauto transformatoriaus, yra atskiras reiškinys su savo techniniais duomenimis, kurie aptariami mūsų vadove „ transformatoriaus įsijungimo srovė abu šie reiškiniai pasitaiko tame pačiame projekte; vienas iš jų neišsprendžia kito.

 

Kaip Ryan Electric sprendžia variklių apkrovos projektus

 

Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) gamina transformatorius nuo 2007 m. ir nuo 2023 m. dirba kaip oficialus Eaton bendradarbiavimo partneris. Pramoniniai projektai, kuriuose dominantys yra varikliai, dažniausiai būna pateikiami kaip galingasis transformatorius arba skirstomųjų transformatorių poreikis su nurodyta impedancija ir pradėjimo apkrova, o būtent šią dalį kvietimo dokumente analizuoja mūsų inžinieriai.

Dauguma darbo atliekama priekinėje pusėje. Prieš pateikdami kVA kainą, mes prašome pateikti variklio grafiką – galios (AG) dydį, kodinę raidę, įtampą ir paleidimo būdą, nes varžos parinkimas ir apvijų projektavimas grindžiami skaičiavimais, o ne katalogo puslapiu. transformatorių parinkimas variklių paleidimui jei projekte reikia specialios varžos juostos, netipinio įtampos reguliavimo diapazono arba dvigubos įtampos antrinės grandinės, toks projektas vykdomas tuo pačiu individualiu inžineriniu procesu, kuris taikomas lygintuvų ir krosnių naudojimui. Sertifikavimo aprėptis apima UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS ir CE standartus, o kiekvienas vienetas pristatomas su įprastiniais bandymų duomenimis – įtampos santykiu, apvijų varža, varža, tuščiosios eigos nuostoliais, apkrovos nuostoliais ir dielektriniais bandymais, kad paleidimo komanda galėtų patikrinti pristatytą varžą prieš tai nustatytą skaičiavimuose.

 

 

 

Ką įtraukti į prašymą pateikti pasiūlymą (RFQ)

 

Penki elementai iš neaiškaus užklausimo sukuria konkretų transformatoriaus techninį specifikavimą:

• Variklio grafikas su galios (AG) dydžiu, NEMA kodine raide, įtampa ir projektavimo raide arba IEC paleidimo klase.
• Paleidimo būdas ir susijęs linijos srovės profilis.
• Būtinas paleidimų skaičius per valandą ir aplinkos projektavimo temperatūra.
• Leistinas įtampos kritimas ir ar jau atlikta variklių paleidimo analizė.
• Prieinama trumpojo jungimo srovė pirminėje pusėje, kad būtų galima suderinti varžą ir nutraukimo charakteristikas.

Siųskite šiuos penkis punktus, ir transformatoriaus pasiūlymas nebebus tik kainų palyginimas tarp prielaidų. Jei turite variklių sąrašą ir vienos linijos schemą, siųskite juos mums per mūsų kontaktų puslapį ir mūsų inžinerijos komanda grąžins rekomenduojamą kVA ir varžą kartu su pateiktu įtampos kritimo skaičiavimu.

Apie autorių — Šį vadovą parengė vidutinės įtampos transformatorių inžinerijos komanda bendrovėje Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd., kuri yra Nantong mieste įsikūrusi sausųjų, aliejinės izoliacijos, žemės montavimo bei kompaktiškų transformatorių gamintoja ir nuo 2023 m. oficiali Eaton bendroji įmonė. Komanda palaiko pramoninius, energetikos ir infrastruktūros projektus nuo techninių specifikacijų peržiūros iki gamyklinio priėmimo bandymų ir dirba su transformatorių projektavimu nuo 10 kV iki 110 kV klasės.