啟動多臺電動機(jī)時柴油發(fā)電機(jī)組容量計算

周凌飛 弓亞蘭

摘 要：電動機(jī)作為一種感性負(fù)載，在其啟動瞬間電流很大。當(dāng)采用柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急供電時，如何選擇滿足使用要求的機(jī)組，同時又做到經(jīng)濟(jì)合理是一個重要而又復(fù)雜的問題。文章結(jié)合電動機(jī)的啟動方式和啟動特點，以工作中實際項目為例，介紹和探討啟動多臺電動機(jī)時柴油發(fā)電機(jī)組的容量計算方法。

關(guān)鍵詞：電動機(jī)；柴油發(fā)電機(jī)組；啟動；容量

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）11-0075-02

1 問題的起源

柴油發(fā)電機(jī)組作為機(jī)電一體、成套而成的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，有著靈活、方便、穩(wěn)定的顯著特點。常作為長行、備用和應(yīng)急發(fā)電設(shè)備而被廣泛地應(yīng)用于銀行、通信、交通站、油田等國民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域。近幾年來已有大量柴油發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行，但目前對于其容量的選擇多采用經(jīng)驗估算法，尤其是一些民用企業(yè)，缺乏專業(yè)設(shè)計人員的嚴(yán)格詳細(xì)的選型計算，所采購的柴油發(fā)電機(jī)組容量與實際需求不符合，造成嚴(yán)重后果。容量過小，無法帶全部負(fù)載，在啟動大功率負(fù)載時導(dǎo)致突然停機(jī)或壓降過大，導(dǎo)致設(shè)備根本無法正常啟動；容量過大，投資及維護(hù)成本高，造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。所以在容量的選擇計算時，要考慮多方面的因素，包括：現(xiàn)場使用環(huán)境、負(fù)載的類型，尤其是要充分考慮非線性負(fù)載、感性負(fù)載等設(shè)備的啟動瞬態(tài)特性與發(fā)電機(jī)的啟動能力相匹配。另外就是要考慮一定的預(yù)留與未來擴(kuò)容需求。本文主要討論如何根據(jù)電動機(jī)的啟動方式、負(fù)載特性、各負(fù)載的啟動順序、發(fā)電機(jī)的性能曲線來計算啟動大功率電動機(jī)時所需的柴油發(fā)電機(jī)組容量。

2 電動機(jī)啟動方式與特點

2.1 啟動方式的分類

電動機(jī)的啟動有直接啟動和降壓啟動兩種。直接啟動主要就是指利用交流接觸器將電動機(jī)直接接到具有額定電壓的電源上。這種啟動方法雖然簡單，但由于其啟動電流較大，過大的啟動電流在短時間內(nèi)會在線路上造成較大的電壓降落，而使負(fù)載端的電壓降低，影響附近負(fù)載的正常工作。同時，若直接啟動，一般啟動電流值為正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的5～7倍，這就要求機(jī)組容量足夠大滿足其啟動要求。但隨之而來的問題是柴油發(fā)電機(jī)組的容量選大了，而正常運(yùn)行時功率又遠(yuǎn)小于機(jī)組的額定值，這顯然是不經(jīng)濟(jì)的。所以大功率電動機(jī)的啟動絕大多數(shù)都會采用降壓啟動。

2.2 啟動方式的特點

降壓啟動常用星三角轉(zhuǎn)換啟動、軟啟動器等，電動機(jī)不同啟動方式的特點，結(jié)合電工手冊說明歸納見表1。

3 柴油發(fā)電機(jī)組容量計算

以下主要介紹常用的采用軟啟動器啟動時如何計算所需柴油發(fā)電機(jī)組的功率，并結(jié)合具體實際案例加以說明。

3.1 電動機(jī)信息

某電動機(jī)廠家提供的500 kW電動機(jī)參數(shù)資料及信息如圖1所示：

同時結(jié)合實際使用信息可知：

啟動順序：兩臺電動機(jī)逐臺順序啟動，但實際應(yīng)用中一些照明、配電等共計約80 kW的負(fù)載先于電動機(jī)工作，計算時，忽略其對啟動的影響。

啟動方式：軟啟動器啟動。

效率：96%。

運(yùn)行功率因數(shù)：0.88。

啟動功率因數(shù)：根據(jù)相關(guān)手冊說明，取0.2。

啟動電流：根據(jù)軟啟動器說明書，如圖2所示：

并結(jié)合實際使用情況，取啟動電流為1.8 In。

3.2 電動機(jī)啟動和運(yùn)行kW與kVA計算

運(yùn)行kW=500 kW/0.96=521 kW

運(yùn)行kVA=運(yùn)行kW/運(yùn)行功率因數(shù)

=521 kW/0.88=592 kVA

啟動kVA=運(yùn)行kVA×啟動電流倍數(shù)

=592 kVA×1.8=1 066 kVA

啟動kW=運(yùn)行kVA×啟動功率因數(shù)

=1 066 kVA×0.2=213 kW

3.3 各負(fù)載啟動與運(yùn)行kW與kVA統(tǒng)計（見表2）：

3.4 發(fā)電機(jī)功率計算及考慮的修正系數(shù)

已經(jīng)在線運(yùn)行的電動機(jī)，會降低發(fā)電機(jī)啟動能力。當(dāng)已經(jīng)有一個或多個電動機(jī)在線運(yùn)行，再啟動一個或一組電動機(jī)，則需考慮其影響。

因此，需要對上面計算表中第二臺電動機(jī)的啟動kVA做修正。

X=已運(yùn)行電動機(jī)/（已運(yùn)行電動機(jī)+本步啟動電動機(jī)）×100

對于按順序啟動兩臺電動機(jī)來說，計算時，第一臺電動機(jī)已在線運(yùn)行，對第二臺電動機(jī)的啟動有一定影響。此處計算，X取50，故修正系數(shù)Y取1.083。如圖3所示。

啟動過程中，電動機(jī)的功率因素是變化的，計算時主要考慮啟動瞬間（堵轉(zhuǎn)時）和啟動穩(wěn)定后對應(yīng)的有功功率和無功功率。如圖4所示：

功率因數(shù)是電路中有功功率與視在功率之比，也就是電流和電壓向量夾角的余弦。

啟動時：

有功功率kW：82+521+213=816

無功功率kVAr：

運(yùn)行穩(wěn)定后：運(yùn)行有功功率kW：82+521+521=1 124

運(yùn)行無功功率kVAr：

137×sin？夼1+592×sin？夼2+592×sin？夼4=672

（其中sin？夼1=0.8，sin？夼2=sin？夼4=0.475）

結(jié)論：

3.5 發(fā)電機(jī)選型

通常按啟動壓降15%考慮，結(jié)合某發(fā)電機(jī)啟動電動機(jī)能力曲線，如圖5所示。

該發(fā)電機(jī)啟動電動機(jī)能力為1 760 kVA。

1 760 kVA>啟動kVA=1 727 kVA，不受海拔高度及環(huán)境溫度影響，故此款發(fā)電機(jī)完全滿足啟動要求。該發(fā)電機(jī)額定功率為2 046 kVA>負(fù)載額定運(yùn)行1 310 kVA。故此款發(fā)電機(jī)選型滿足使用要求。

3.6 發(fā)動機(jī)選型

最后根據(jù)所選定的發(fā)電機(jī)來選擇對應(yīng)的發(fā)動機(jī)，通常直接配備標(biāo)準(zhǔn)功率匹配比的發(fā)動機(jī)。對于國際品牌來說，其發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)有固定的組合搭配，作為整體的柴油發(fā)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。而對于國內(nèi)組裝成套商OEM來說，有時為了降低成本，在特定場合還可配備功率不匹配的發(fā)動機(jī)，通常是功率較小的發(fā)動機(jī)，即整體的柴油發(fā)電機(jī)組采用“小馬拉大車”的做法。

4 結(jié) 語

發(fā)電機(jī)容量的計算是一個十分重要也是比較復(fù)雜的問題。一個用電設(shè)備組中的設(shè)備并不一定同時工作，工作的設(shè)備也不一定都工作在額定狀態(tài)下。而對于大功率電動機(jī)來說，其應(yīng)用越來越廣，作為設(shè)備組中一系列的大型設(shè)備，尤其是大功率水泵、機(jī)床等都需要電動機(jī)來帶動。啟動時需要多大功率的柴油發(fā)電機(jī)組才能保證設(shè)備的正常啟動，同時又做到經(jīng)濟(jì)合理，顯得非常重要。本文以計算大功率電動機(jī)按順序啟動時對應(yīng)的啟動kVA為核心，并結(jié)合發(fā)電機(jī)啟動性能曲線，最終計算出所需要的發(fā)電機(jī)容量。經(jīng)工程實踐證明，此計算方法得出的機(jī)組容量與實際測試所需容量十分吻合。

參考文獻(xiàn)：

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