Como combinar um conjunto de gerador a diesel com motores, bombas e outras cargas de alta corrente de partida

A combinação de um conjunto de geradores diesel com motores, bombas e outras cargas de alta corrente de arranque requer mais do que somar quilowatts.Ele pode puxar seis a oito vezes a sua corrente de carga total por vários segundos, e o kVA de arranque resultante pode reduzir a tensão do sistema o suficiente para parar outros motores, deixar cair os contatores ou desligá-lo.Este artigo explica por que o arranque do motor exerce tensão sobre um gerador de forma diferente das cargas constantes, por que a correspondência correta protege a fiabilidade e o orçamento, e como aplicar um método de dimensionamento passo a passo baseado na maior transiente inicial, a queda de tensão admissível,Reatância subtransiente do alternador, e opções de arranque de tensão reduzida, como arrancadores suaves e motores de frequência variável.e sistemas de HVAC mostram como os engenheiros traduzem os dados da placa de identificação do motor em uma classificação de gerador defensável, e como os testes de comissionamento confirmam que o conjunto escolhido inicia a carga sem desencadear proteções.e quais perguntas fazer ao seu fornecedor de geradores antes de qualquer equipamento ser encomendado.

O que diferencia as cargas de alta corrente de partida das cargas constantes?

A corrente de arranque de um motor de indução é regida pela física eletromagnética.e o motor se comporta como um transformador com o seu enrolamento secundário quase curto-circuitoA corrente é limitada principalmente pelas impedanças de fuga do estator e do rotor,que é por isso que a corrente do rotor bloqueado é tipicamente de seis a oito vezes a corrente de carga total para motores construídos para NEMA MG-1 características de projeto BEsta incursão decai à medida que o rotor acelera e a força eletromotriz de volta se acumula, mas para cargas de alta inércia, como grandes bombas, ventiladores e compressores,A corrente elevada pode persistir durante 5 a 15 segundos ou mais.

A consequência prática é que um motor exige duas coisas diferentes de um gerador diesel ligado ao mesmo momento: uma grande corrente reativa que exerce tensão no alternador,e força mecânica real para acelerar a cargaDurante o arranque, o fator de potência do motor é baixo, tipicamente na faixa de 0,3 a 0,5 atraso,Assim, o kVA inicial é muito maior do que o kW de funcionamento da mesma máquinaOs fabricantes de geradores publicam, portanto, dados de desempenho de estado estacionário e transitório, incluindo a reatância subtransiente do alternador X "d, tipicamente de 10 a 20 por cento,que determina em grande parte a profundidade da queda de tensão durante os primeiros ciclos de arranque de um motor.

Uma segunda distinção é importante para o dimensionamento: a carga de estado estacionário determina os kW e kVA contínuos que o conjunto deve transportar,Enquanto o maior transiente de partida determina a tensão elétrica momentânea o alternador deve sobreviver sem desencadear proteções ou parar outros equipamentosUm conjunto dimensionado apenas para carga em curso pode não iniciar nada; um conjunto dimensionado apenas para a maior incursão pode ser de tamanho excessivo, caro e propenso a problemas de carga leve, como empilhamento molhado.A correcção correta equilibra os dois.

As normas enquadram esses requisitos. A ISO 8528-5 classifica a tensão do gerador e o desempenho transitório de frequência em classes G1 a G4,ajudar os engenheiros a especificar a rapidez com que o conjunto deve se recuperar após uma carga de passo, como uma partida do motorA norma IEC 60034-1 define os valores dos motores, enquanto a letra de código NEMA do motor na sua placa de identificação indica o seu rotor bloqueado kVA por potência.A leitura correta destas marcas é a base de todo o exercício de dimensionamento.

Por que corrigir as questões de correspondência de carga para confiabilidade e custo

O custo de um desajuste geralmente aparece no pior momento: a primeira vez que um motor realmente começa a partir do gerador.A tensão pode cair abaixo do ponto de abandono dos contactores e arrancadores do motor, outros motores em funcionamento podem parar ou perder carga, e a proteção do gerador pode disparar, apagando o local alguns segundos após a falha da utilidade.o proprietário paga mais custos de capital, queima mais combustível a carga leve e corre o risco de empilhamento úmido, onde o combustível não queimado e a fuligem carregam o sistema de escape durante longas corridas de baixa carga.Obter a correspondência certa da primeira vez evita ambos os modos de falha e suas correções carasO resultado é menos perdas de produção, sem aquisições de emergência a preços premium e uma relação mais suave entre a equipa do projecto e o fornecedor de equipamento.

Quatro benefícios de engenharia resultam de um conjunto de geradores adequadamente combinado:

• Voltagem estável para todo o local.Quando o alternador, o sistema de excitação e o motor estão corretamente dimensionados, uma partida do motor produz uma breve queda de tensão controlada em vez de um colapso.e os controles de processo não vêem falhas de incômodoA tensão que se recupera rapidamente também prolonga a vida útil da iluminação, dos motores e da eletrónica de controlo.
• Iniciação bem-sucedida de todos os motores, sempre.O motor de regulação, geralmente o maior motor ou aquele com o maior kVA de partida, deve acelerar a velocidade máxima dentro da capacidade transitória do gerador.Máquinas de triturar, e os chillers são típicos para regular as cargas, e nestas aplicações um arranque falhado pode evoluir rapidamente para um incidente de segurança ou produção.
• Menor custo total de propriedade.A combinação do conjunto com o método de arranque, quer seja a linha direta, a estrela-delta, o arranque suave, ou a unidade de frequência variável, permite ao engenheiro evitar pagar por uma máquina duas vezes o tamanho realmente necessário.Os equipamentos de arranque de baixa tensão costam muitas vezes menos do que a capacidade extra do gerador que substituem, e um conjunto adequadamente combinado mantém o consumo de combustível e os intervalos de manutenção previsíveis.
• Operação limpa e maior duração do motor.Um gerador que funcione perto do seu fator de carga projetado queima combustível de forma limpa, mantém a temperatura dos gases de escape alta e evita o acúmulo de carbono associado à operação prolongada com carga leve.Os conjuntos corretamente combinados também gastam menos tempo caçando entre as respostas do governador e do AVR durante as etapas de carga, e os proprietários vêem a diferença em custos de serviço mais baixos ano após ano.

Para um engenheiro que especifica uma nova instalação, ou uma equipe de fábrica que adiciona cargas de motor a um conjunto de espera existente, a questão nunca é simplesmente quantos quilowatts precisamos.Começou por que lado?, produz o pior transiente, e se o gerador pode viajar através dele enquanto ainda carregando o resto da instalação.As respostas provêm dos dados da placa de identificação do motor e dos dados transitórios publicados pelo gerador, não por adivinhação.

Como combinar um conjunto de geradores a diesel com cargas de alta corrente de arranque

O método a seguir segue a sequência utilizada por especificadores experientes de geradores: construir o quadro de carga, calcular a pior transiente de partida, escolher o método de partida,Selecionar o motor e o alternador, depois provar o resultado com testes reais.

1Construir um inventário completo do motor e da carga.

Caminhe pelo local e registre todas as cargas motorizadas: bombas, ventiladores, compressores, chillers, trituradores, transportadores, levadores e máquinas-ferramenta.Amplificadores de rotor bloqueado ou letra de código NEMA, eficiência, fator de potência e velocidade, e observar como o motor é ligado: direto em linha, star-delta, arranque suave ou acionamento.Por exemplo, após uma falha de serviço público, quando várias bombas são reiniciadas juntasO motor com o maior kVA de partida, não necessariamente o maior kW de marcha, governará o dimensionamento transitório.

2. Calcule a transiente inicial de governo

Com o motor de regulação identificado, calcular o kVA de arranque: multiplicar o kVA do motor a carga total pelo múltiplo de corrente do rotor bloqueado, de seis a oito para arranque direto em linha.Uma bomba de irrigação de 75 kW com 93% de eficiência e 0O fator de potência de.86 atinge cerca de 94 kVA em carga total, de modo que um arranque direto em linha exige aproximadamente 560 kVA.gerador kVA necessário é igual a kVA inicial vezes tempos de reatância subtransiente (1 menos mergulho admissível) dividido por mergulho admissível. Com um objetivo de 20 por cento de mergulho e 15 por cento de reatância, que a bomba sozinho sugere cerca de 340 kVA; adicionar as cargas de funcionamento restantes e selecionar o próximo tamanho padrão,Em seguida, confirme a seleção com o software de dimensionamento do fornecedor.

3. Escolha o método de início antes de finalizar o tamanho

O arranque com tensão reduzida reduz drasticamente o transiente, o arranque Star-delta corta a corrente da linha para cerca de um terço dos valores de ligação direta.Voltagem da rampa para manter a corrente perto de três a quatro vezes a carga totalOs motores de frequência variável podem manter a corrente de arranque próxima do valor nominal. Os múltiplos de entrada típicos são de 6 a 8 vezes a corrente de carga total para a linha directa, cerca de 2 a 2,7 vezes para a delta-estrela,3 a 4 vezes para os iniciantes moles, e 1,1 a 1,5 vezes para VFDs. Como o método altera tanto o tamanho do gerador como a tensão mecânica nas bombas e equipamentos acionados, decidir cedo e verificar os requisitos do código,Uma vez que as bombas de incêndio são muitas vezes necessárias para começar diretamente em linha.

4Selecione Motor, Alternador e Excitação para o Transiente.

Uma vez definida a meta de kVA, divida-a em componentes.com resposta governador suficiente para manter a frequência dentro de sua classe especificada, como ISO 8528-5 G2 ou G3. O alternador deve fornecer o kVA inicial, então procure por baixa reatância subtransiente e excitação rápida.Máquinas com excitação PMG ou AREP mantêm a tensão muito melhor durante mergulhos profundos e lidam com a corrente não linear de acionamentosEspecificar a regulação dentro de cerca de 1 por cento e confirmar que a classificação definida em 0,8 fator de potência cobre a demanda de carga kVA.

5Verificar com um teste de arranque do motor real na colocação em serviço

Os cálculos em papel terminam quando os testes de campo começam.e registar a voltagem e freqüência rastreamento com um analisador de potência. Comparar o mergulho medido com o alvo de projeto, tipicamente cerca de 20 por cento para cargas industriais gerais e menos onde os eletrônicos sensíveis operam.que o AVR restabelece a tensão no prazo especificadoDepois simulem uma falha de utilidade para verificar a sequência de reinicialização, incluindo a lógica de arranque escalonada,e documentar os resultados como referência de instalação.

Perguntas Frequentes

Porque é que os motores absorvem de seis a oito vezes a sua corrente quando começam?

Em parada, um rotor de motor de indução não tem força electromotriz de volta, de modo que o motor age como um transformador com um secundário quase curto-circuito.de potência de saída superior a 50 W,À medida que o rotor acelera, o campo electromagnético se acumula e a corrente cai para o nível normal.

Um arranque suave ou um VFD podem reduzir o tamanho do gerador que preciso?

Sim, um arranque suave limita a entrada a cerca de três a quatro vezes a corrente de carga total, e um motor de frequência variável pode manter a corrente de arranque perto do valor nominal do motor,Então o gerador enfrenta um transitório muito menorConfirmar que os harmônicos de accionamento são aceitáveis para o alternador e preferir máquinas com PMG onde os accionamentos dominam a carga.

Qual é a queda de tensão aceitável ao iniciar um motor a partir de um gerador?

Para locais industriais gerais, muitos engenheiros projetam uma queda transitória de cerca de 20 por cento, e algumas aplicações toleram até 30 por cento nos primeiros ciclos.Quando estiverem presentes componentes eletrónicos sensíveis ou controladores de processoO equipamento mais sensível define o limite prático.

Devo dimensionar o conjunto de geradores em kW ou kVA para cargas do motor?

O motor deve fornecer potência real, incluindo a potência extra absorvida enquanto os motores aceleram.O alternador deve fornecer energia aparenteUma série de 400 kW a um factor de potência de 0,8 fornece 500 kVA, por isso verifique ambos os limites.

Porque é que a tensão do gerador desce se o motor tem energia suficiente?

A queda de tensão durante o arranque do motor é principalmente um fenômeno do alternador.e a profundidade de mergulho depende da reatância subtransienteO motor e o governador respondem à frequência, que cai quando a demanda de potência real salta, de modo que a excitação rápida e a baixa reatância limitam a transiente.

E se eu adicionar um grande motor a um conjunto de geradores existente?

Não presuma-se que o conjunto existente tem capacidade sobressalente. Compare o novo motor de arranque kVA com a capacidade transitória definida e verifique se pode arrancar enquanto as cargas existentes funcionam.Um ensaio de arranque revelará se a queda de tensão é aceitávelCaso contrário, considere um arranque suave, um arranque escalonado ou um conjunto maior.

Conclusão

Combinar um conjunto de geradores a diesel com motores, bombas e outras cargas de alta corrente de arranque é um exercício de engenharia, não um palpite.a corrente do rotor bloqueadoCalcule a transiente de arranque, defina uma queda de tensão aceitável para o equipamento mais sensível e só depois escolha o kW do motor, o kVA do alternador e o sistema de excitação.A lógica de arranque de tensão reduzida e a lógica de reinicialização escalonada são ferramentas comprovadas para manter o conjuntoFinalmente, confirme todas as suposições com um teste de comissionamento que inicia motores reais contra o gerador real.Se o seu projeto precisar de uma segunda opinião sobre os dados de carga, cálculos transitórios, ou seleção do gerador, contacte a nossa equipa de engenheiros.e algumas horas de revisão de engenharia podem evitar anos de tempo de inatividade evitável.