雷神電氣如何為軟啟動器電動機確定發電機尺寸

摘要:在許多情況下,有必要從隔離的電源啟動大型電動機,電能通常來自于本地發電機組的驅動由原動機,由于發電機的容量通常比典型的公共或大型私人供應網絡的容量小,因此這些機器...

在許多情況下,有必要從隔離的電源啟動大型電動機,例如在船上或在建筑工地等。在這些情況下,電能通常來自于本地發電機組的驅動由原動機,例如柴油機,水輪機或類似裝置。由于發電機的容量通常比典型的公共或大型私人供應網絡的容量小,因此這些機器通常具有相對較高的源阻抗的特征。
 
由于該限制,必須考慮在電動機啟動過程中,軟啟動器電動機對發電機以及對也連接到發電機輸出端子的其他類型設備的影響。
 
決定發電機大小的基本要素是:
1要啟動的MAX電動機的特性(速度/轉矩/電流關系)。
2要啟動的MAX電動機的負載特性(速度/轉矩關系)。
3發電機的次暫態電抗(X” d)。
4發電機自動電壓調節器的性質。
5在電動機啟動過程中,任何仍與發電機連接的非電動機負載對電源電壓失真的敏感性。
6軟起動器電源電路配置。

依次考慮每個元素:
1由于目的是提供尺寸佳的系統,因此重要的是電動機具有有利的速度/轉矩特性,因為這將大大降低電動機啟動過程中對發電機的要求。理想的電動機將具有較高的鎖定轉子轉矩(LRT),例如大于2倍額定滿負荷轉矩,而具有較低的鎖定轉子電流(LRC)在5.5-6.5 x滿負荷電流(FLC)范圍內。大多數著名的制造商都生產具有這些特性的電動機。當由軟起動器控制時,這種類型的電動機通常在大約3.5 x FLC下舒適,平穩地加速。
2許多負載具有較低的分離扭矩要求,例如離心泵,風機,旋轉式壓縮機,冷卻器等,靜止時通??梢杂檬洲D動。盡管這些負載在啟動和加速時對電源的需求很小,但重要的是要識別高慣性負載,例如風扇,飛輪,破碎機,因為這些應用程序通常需要較長的時間才能完成加速過程。在需要較高的分離扭矩(例如較高的摩擦載荷)的地方,可能有必要加強發電機的強度,以便提供足夠的能量來克服初始的“靜摩擦”。在這種情況下,使用具有較高LRT的電動機更為重要。
3決定發電機對能量輸出的突然和大量需求做出響應的能力的特性是其“磁剛度”,通常將發電機的次暫態電抗(XΔd)視為電源阻抗的指標。該值應盡可能低,這要視經濟可行的封裝而定,該封裝應滿足初始kVA需求以及其他連接負載的類型和靈敏度所引起的電壓失真限制。  
由于可以很容易地從電動機/負載特性中計算出起動kVA,因此主要的附加影響是允許的電壓失真水平。假設發電機AVR不受電壓失真的影響,則問題僅限于所連接設備(包括軟起動器)的失真容限。如果所連接的負載主要由軟起動器控制的電機組成,則對電壓失真的容忍度很高(約35%)。因此,大大減小了發電機因電壓畸變而造成的過大調整程度,僅將初始或沖擊kVA視為主要問題。如上所述,電動機和負載特性決定了啟動kVA -軟起動器僅用于減小沖擊kVA和電動機的轉矩輸出。
非線性負載可能對電壓失真非常敏感,因此在確定發電機尺寸時必須考慮這一方面,因為這可能會嚴重影響所需的X” d值。由于允許的電壓畸變與次級瞬變電抗成正比,因此畸變容限越低,X'd必須越低,并且發電機kVA的尺寸就必須越大。
4安裝到發電機上的自動電壓調節器(AVR)的類型很重要,因為它“看”發電機端子并調節勵磁以將電壓保持在正確的值。如果AVR能量來自發電機輸出,則可能會受到電壓失真的影響,并可能變得不穩定。重要的是要確保AVR的性能與發電機的輸出波形無關,并且最好是從單獨的源(例如由主發電機軸驅動的永磁發電機)得出的波形。
5由于軟起動器的作用是使電流流向被控制的電動機,因此,這往往會使發電機的電流和電壓波形失真,進而可能影響任何其他電子控制設備,例如儀表,新的照明形式等同時運行。該設備可以容忍產生的失真的程度將或多或少地決定發電機所需的X” d。下表列出了各種潛在敏感負載的典型電壓失真容限水平。
設備類型和電壓失真容差等級:
UPS <10%*
電子控制照明<15%*
VSD(逆變器)<15%*
通用電子設備<20%*
軟起動器(常規)<25%*
軟起動器(Fairford Electronics) )<35%
(這些值僅供參考,在實踐中已被接受,有關特定設備的準確信息,請咨詢設備制造商)。

為了得出由軟起動器控制的電動機的X” d值,應使用以下方法:
步驟1-從以下步驟計算所需的起始kVA:
啟動系數x電機額定kVA。
(其中啟動系數=(每單位軟啟動器基座電壓)2  x LRC系數,而LRC系數=堵轉電流(安培)/滿載電流(安培)。[可以在電動機制造商的數據中找到。]
例如,施加50%的基座電壓設置,并將電動機LRC因子的典型值替換為6,并假設施加低或零分離轉矩,則初始kVA為- 
初始kVA =(0.5) x 6 x電機額定kVA = 1.5 x電機額定kVA。
(注意:為限制變形,當電動機額定kVA大于總連接負載的25%時,基座電壓不應設置為小于40%)。
隨著軟起動器的運行,電動機和負載將加速,電流將變得更少失真,并且在降至正常的全速負載電流之前,將以大約三分之二的速度向最大值增加值。取決于斜坡時間,汲取的峰值電流將在3.5-4.5 x FLC范圍內。如果電流限制功能處于活動狀態,則峰值電流將限制為設定值,但是加速時間可能會增加,具體取決于負載的慣性。在加速階段,必須考慮發電機和原動機的暫時過載性能。  
作為指導,離心泵的典型軟啟動條件是啟動時間為5秒,電流限制設置為3.5 x FLC。對于高慣性風機,時間可能會增加到幾十秒甚至是幾分鐘。
如果附加的連接負載對電壓失真敏感,則必須將發電機的kVA增加適當的系數以補償:

步驟2-找到適合所有非電動機負載所能承受的MIN電壓失真水平的X” d,當電動機軟啟動時,所有非電動機負載將保持連接到發電機電源。
當使用6脈沖軟啟動器使電動機加速時,發電機次暫態電抗的有用近似值X” ddist為0.36 x容許電壓失真。因此,如果最小容許電壓失真為25%(典型的軟起動器),則X'ddist =(0.36 x 25%)= 9%。

第3步-計算在不使供電電壓失真超過允許量的情況下提供啟動kVA所需的發電機大小。  
使用上面給出的示例(初始kVA計算為1.5,允許失真為25%),最終尺寸變為:
1.5 x 14(對于不變形的負載,典型值為X” d)x電機額定kVA / X” ddist = 2.3 x電機額定kVA
但是,由于軟啟動器被設計為可承受高達35%的電壓失真,因此X” ddist現在變為= 12.6,并且發電機的最終尺寸僅為1.67 x電機額定kVA。
上面的示例表明,需要有關對電壓失真敏感的負載的準確信息,因為很明顯,發電機的尺寸比單獨啟動電動機所需的尺寸大大增加了。它還表明,只有在電動機啟動代表總連接負載的主要部分時,才會考慮失真問題。  
在整個本文中,我們僅考慮了通過完全控制的軟啟動器(即6脈沖)進行軟啟動的電動機。從電壓和電流畸變的角度來看,其他類型的控制器(例如半控型)存在主要缺點,這是由于控制器產生的諧波頻譜更加不利。效果是大大減少了X''ddist,這意味著機器成本更高。因此,建議將非6脈沖和對變形敏感的軟啟動器的使用限制在較小的電動機尺寸上。


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