При подборе дизельного генератора недостаточно сложить номинальную мощность оборудования. Насосы, компрессоры, вентиляторы, станки и другие потребители с электродвигателями в момент запуска кратковременно потребляют ток, который в несколько раз превышает рабочий. Если не учесть этот режим, ДГУ может подходить по рабочим кВт, но не справляться с запуском оборудования.
В результате появляются просадка напряжения и частоты, затянутый разгон двигателя, срабатывание защит или отключение уже работающих потребителей.
Разберём, как определить рабочую и пусковую нагрузку, рассчитать ток и кВА, учесть несколько электродвигателей и проверить, действительно ли выбранная ДГУ сможет принять пусковую нагрузку.
Почему нельзя просто сложить мощность всех потребителей
Предположим, на объекте установлены насос 30 кВт, вентиляция 15 кВт, освещение 10 кВт и другое оборудование ещё на 25 кВт.
Простое сложение даёт 80 кВт. Но это только рабочая нагрузка. В момент прямого запуска электродвигателя насоса ток может кратковременно увеличиться в несколько раз.
Поэтому генератор должен удовлетворять сразу двум условиям:
Какие данные нужны для расчёта генератора
Лучший источник данных — шильдик двигателя и техническая документация производителя оборудования.
- номинальную мощность, кВт;
- номинальный ток, А;
- напряжение, В;
- количество фаз;
- коэффициент мощности cos φ или PF;
- КПД двигателя;
- пусковой ток или Locked Rotor Current / LRA;
- отношение Iпуск / Iном, если оно указано;
- способ запуска;
- продолжительность разгона;
- характер механической нагрузки;
- очерёдность запуска относительно других потребителей.
Если номинальный и пусковой ток указаны производителем, использовать эти значения лучше, чем рассчитывать их по усреднённым коэффициентам.
Как рассчитать номинальный ток трёхфазного электродвигателя
Если известна механическая мощность двигателя, но ток на шильдике отсутствует, для предварительной оценки можно использовать:
Где P — мощность двигателя в ваттах, U — линейное напряжение, cos φ — коэффициент мощности, η — КПД.
Исходные данные:
- P = 30 000 Вт;
- U = 400 В;
- cos φ = 0,85;
- КПД η = 0,92.
Получаем:
30 000 ÷ (1,732 × 400 × 0,85 × 0,92) ≈ 55 А.
Это предварительный расчёт. Для реального проектирования следует использовать паспортный ток конкретного двигателя.
Как определить пусковой ток электродвигателя
Для предварительного расчёта:
Kпуск — отношение пускового тока к номинальному.
При прямом включении электродвигатель способен кратковременно потреблять ток во много раз выше рабочего.
Например, если номинальный ток составляет 55 А, а фактический коэффициент пуска двигателя равен 6:
В момент запуска генератор должен справиться с током около 330 А со стороны этого двигателя.
Как способ запуска влияет на пусковой ток
| Способ запуска | Пусковой ток | Что учитывать при подборе ДГУ |
|---|---|---|
| Прямой пуск DOL | Высокий; часто в несколько раз выше Iном | Наиболее тяжёлый вариант для генератора. Для конкретного двигателя брать паспортный Locked Rotor Current или Iпуск. |
| Звезда–треугольник | Ориентировочно около 1/3 тока прямого пуска на стартовой ступени | Одновременно уменьшается пусковой момент. Нужно учитывать переход со звезды на треугольник и возможность повторного скачка тока. |
| Устройство плавного пуска | Ограничивается настройками soft starter | Для расчёта использовать установленный предел тока и фактическое время разгона. |
| Частотный преобразователь | Пуск двигателя контролируется преобразователем | Проверять входную мощность, ток, PF, гармоники и требования производителя ПЧ к источнику питания. |
| Автотрансформаторный или другой пониженный пуск | Ниже прямого пуска | Коэффициент зависит от схемы и ступени напряжения. Использовать данные производителя пусковой системы. |
Значения приведены для понимания принципа. Точный пусковой ток определяется конкретным двигателем и системой запуска.
Поэтому установка soft starter или частотного преобразователя иногда позволяет использовать ДГУ меньшей мощности, чем при прямом запуске того же двигателя.
Как рассчитать пусковую мощность электродвигателя в кВА
Для трёхфазного потребителя:
Результат получаем в кВА.
Вернёмся к двигателю из примера:
- напряжение — 400 В;
- номинальный ток — около 55 А;
- пусковой ток при Kпуск = 6 — около 330 А.
Пусковая полная мощность составляет примерно 229 кВА.
Для сравнения: после разгона потребность этого двигателя в полной мощности будет значительно ниже.
Разницу между кВт и кВА подробно разбираем в статье «кВт и кВА у дизельного генератора: в чём разница» .
Пошаговый расчёт мощности ДГУ с учётом пусковых токов
Шаг 1. Определите рабочую нагрузку
Сложите мощность оборудования, которое действительно должно работать одновременно. Не следует автоматически суммировать абсолютно все установленное оборудование, если технологически оно никогда не включается одновременно.
Шаг 2. Переведите нагрузку в кВА
Если потребители имеют коэффициент мощности ниже единицы, простой суммы кВт недостаточно.
Шаг 3. Найдите крупнейшие пусковые нагрузки
Для насосов, компрессоров, вентиляторов, конвейеров, станков и другого оборудования определите Iпуск.
Шаг 4. Составьте сценарии включения
Важно не просто найти самый большой двигатель, а понять, какая нагрузка уже будет работать в момент его запуска.
Шаг 5. Рассчитайте переходную кВА
В упрощённом виде:
Шаг 6. Проверьте характеристики генераторной установки
Полученный Sпик нужно сопоставить с данными производителя ДГУ: допустимой мотор-пусковой нагрузкой, просадкой напряжения, характеристиками альтернатора и системы возбуждения.
Пример расчёта мощности генератора с пусковым током
Допустим, на промышленном объекте одновременно должны работать следующие потребители:
| Потребитель | Рабочая нагрузка | Особенность |
|---|---|---|
| Освещение и вспомогательные системы | 15 кВт | Работают постоянно |
| Технологическое оборудование | 20 кВт | Уже работает до запуска насоса |
| Насос с двигателем | 30 кВт | Прямой пуск, Iном ≈ 55 А, Kпуск = 6 |
1. Находим фоновую нагрузку
До включения насоса работает 35 кВт оборудования.
Предположим для примера, что его общий PF ≈ 0,9:
2. Рассчитываем пуск насоса
Iном ≈ 55 А.
При коэффициенте пуска 6:
Пусковая полная мощность:
3. Рассчитываем переходную нагрузку
В момент пуска генератор должен справиться с переходной нагрузкой порядка 268 кВА в рамках выбранного сценария.
Нельзя сделать вывод, что необходимо просто купить генератор номинальной мощностью 268 кВА.
Для выбранной модели ДГУ нужно проверить, какую мотор-пусковую нагрузку её альтернатор способен принять при допустимой просадке напряжения и как двигатель отреагирует на резкое увеличение активной нагрузки.
Как рассчитать ДГУ, если электродвигателей несколько
Если на объекте несколько насосов, вентиляторов или компрессоров, складывать пусковые токи всех двигателей нужно только тогда, когда они действительно могут стартовать одновременно.
Последовательный запуск
Если сначала запускается двигатель №1, он выходит на рабочий режим, затем двигатель №2 и далее, для каждого шага составляется отдельный сценарий.
| Этап | Что работает | Что рассчитываем |
|---|---|---|
| Пуск 1 | Базовая нагрузка + запуск двигателя №1 | Первый пик |
| Пуск 2 | Базовая нагрузка + двигатель №1 в рабочем режиме + запуск №2 | Второй пик |
| Пуск 3 | Все ранее запущенные двигатели + запуск №3 | Третий пик |
Затем выбирается наиболее тяжёлый сценарий.
Это часто позволяет избежать неоправданного увеличения генератора только ради одновременного старта оборудования.
Одновременный запуск нескольких двигателей
Если технологический процесс требует одновременного запуска двух или нескольких электродвигателей, их пусковые нагрузки необходимо рассматривать совместно.
Такой режим значительно тяжелее для ДГУ и может потребовать:
- генератор большей мощности;
- альтернатор с лучшими переходными характеристиками;
- другую систему возбуждения;
- soft starter;
- частотный привод;
- изменение алгоритма автоматики;
- ступенчатое подключение оборудования.
Почему при подборе ДГУ важна просадка напряжения
В момент запуска двигателя возникает высокий ток. Альтернатор реагирует на него временным снижением напряжения, а двигатель ДГУ — изменением частоты вращения при резком росте активной нагрузки.
Вопрос состоит не только в том, «выдержит ли генератор ток», но и в том, насколько сильно и на какое время изменятся напряжение и частота.
Для части оборудования кратковременная просадка не создаёт проблемы. Для чувствительной электроники, автоматики, ИБП, серверного оборудования и некоторых технологических систем требования могут быть значительно жёстче.
Поэтому допустимую просадку необходимо брать из требований подключаемого оборудования и учитывать при расчёте конкретной ДГУ.
Почему одного номинала ДГУ в кВт недостаточно
Два генератора одинаковой номинальной мощности могут по-разному вести себя при запуске одного и того же двигателя.
На переходный процесс влияют:
- мощность и конструкция альтернатора;
- система возбуждения;
- параметры AVR;
- характеристики дизельного двигателя;
- регулятор оборотов;
- инерция вращающихся масс;
- начальная загрузка генератора;
- пусковой PF двигателя;
- допустимая просадка напряжения.
Для объектов с крупными электродвигателями стоит запрашивать у поставщика не только номинальные кВт и кВА, но и расчёт motor starting / starting kVA для конкретной конфигурации.
Более общий материал по теме уже есть в блоге: «Как подобрать генератор под пусковые токи — практическое руководство» .
Какой запас мощности закладывать
Универсальное правило «прибавить 20%» не заменяет расчёт пусковых токов. Запас и пусковая способность решают разные задачи.
Резерв может потребоваться для:
- будущего подключения дополнительного оборудования;
- изменения нагрузки;
- условий эксплуатации;
- ограничений конкретного режима мощности;
- снижения риска постоянной работы у верхней границы номинала.
Но установка ДГУ с чрезмерным запасом также может быть нерациональна: увеличиваются стоимость оборудования и расход топлива, а длительная работа некоторых дизельных двигателей на слишком малой нагрузке нежелательна.
Режимы Prime, Standby и Continuous подробно разобраны в статье «Основная и резервная мощность дизельного генератора» .
Какие потребители особенно важно проверять по пусковым токам
Особенно внимательно рассчитывают компрессоры, насосы, чиллеры, вентиляторы, конвейеры, дробилки, подъёмные механизмы и другое оборудование с мощными электродвигателями.
Типичные ошибки при расчёте мощности ДГУ
Ошибка 1. Просто сложить рабочие кВт
Такой расчёт не учитывает кратковременную нагрузку при запуске электродвигателей.
Ошибка 2. Умножить мощность двигателя на универсальный коэффициент
Пусковой ток зависит от конкретного двигателя и способа запуска. Лучше использовать паспортные значения.
Ошибка 3. Сложить пусковые токи всех двигателей
Это оправдано только при реальном одновременном запуске. При последовательном включении нужно анализировать каждый этап отдельно.
Ошибка 4. Выбрать номинал ДГУ равным расчётной пусковой кВА
Пусковая кВА — переходная нагрузка. Её необходимо сравнивать с динамическими характеристиками конкретной установки.
Ошибка 5. Не учитывать уже работающую нагрузку
Мотор запускается не в вакууме: генератор в этот момент уже может питать освещение, вентиляцию, автоматику и другие системы.
Ошибка 6. Не учитывать способ пуска
Прямой пуск, звезда–треугольник, soft starter и частотный преобразователь создают принципиально разные переходные режимы.
Ошибка 7. Смотреть только на дизельный двигатель
Для пусковых токов критичны также альтернатор, система возбуждения и допустимая просадка напряжения.
Что передать поставщику для точного подбора ДГУ
- список всех потребителей;
- рабочая мощность каждого;
- напряжение и количество фаз;
- PF / cos φ;
- номинальные токи двигателей;
- пусковые токи или LRA;
- способы запуска;
- порядок включения оборудования;
- оборудование, которое может стартовать одновременно;
- требования по просадке напряжения;
- основной или резервный режим эксплуатации;
- возможное расширение объекта.
Чем точнее исходные данные, тем меньше вероятность как недостаточной мощности, так и неоправданного завышения генераторной установки.
Итоговая логика расчёта
Для предварительного расчёта нужно определить рабочую нагрузку, затем отдельно рассмотреть каждый сценарий запуска электродвигателей.
При этом итоговый выбор нельзя выполнять только по одной формуле. Даже если рассчитана пусковая кВА, необходимо убедиться, что конкретный дизельный генератор способен принять такую ступень нагрузки при допустимой просадке напряжения и частоты.
Нужно рассчитать ДГУ под электродвигатели и пусковые токи?
Для подбора нужно определить рабочую нагрузку, параметры электродвигателей, способ и очерёдность их запуска, допустимую просадку напряжения и режим эксплуатации электростанции.
Специалисты BEEZONE помогут подобрать генератор под фактические параметры объекта и проверить его работу при запуске наиболее тяжёлых потребителей.
Подобрать дизельный генераторЧастые вопросы о расчёте ДГУ с учётом пусковых токов
Что такое пусковой ток электродвигателя?
Это ток, который электродвигатель потребляет во время запуска и разгона. Он может в несколько раз превышать номинальный рабочий ток двигателя.
Во сколько раз пусковой ток двигателя выше номинального?
Значение зависит от конструкции двигателя и способа запуска. При прямом пуске ток может быть во много раз выше номинального. Для точного расчёта необходимо использовать паспортный Iпуск, LRA или отношение пускового тока к номинальному.
Как рассчитать пусковой ток двигателя?
Для предварительной оценки номинальный ток умножают на коэффициент пуска: Iпуск = Iном × Kпуск. Предпочтительно использовать коэффициент или пусковой ток из документации конкретного двигателя.
Как рассчитать пусковую мощность в кВА?
Для трёхфазной нагрузки можно использовать формулу Sпуск = √3 × U × Iпуск / 1000. Результат получается в кВА.
Нужно ли умножать мощность насоса на 3 при выборе генератора?
Нет. Универсальное умножение мощности насоса на 3 некорректно. Нужно учитывать номинальный и пусковой ток двигателя, коэффициент мощности, способ запуска и характеристики конкретной ДГУ.
Нужно ли складывать пусковые мощности всех двигателей?
Только если они действительно запускаются одновременно. При последовательном запуске рассчитывается каждый этап, включая уже работающие потребители и двигатель, который запускается в этот момент.
Помогает ли плавный пуск уменьшить мощность генератора?
Устройство плавного пуска может ограничить стартовый ток двигателя и снизить пиковую нагрузку на ДГУ. Возможность уменьшения номинала генератора определяется после расчёта с параметрами конкретного soft starter и двигателя.
Что лучше для ДГУ — плавный пуск или частотный преобразователь?
Выбор зависит от технологической задачи. Оба решения позволяют управлять запуском двигателя, но частотный преобразователь также регулирует частоту вращения. Для ДГУ необходимо учитывать входные характеристики и влияние силовой электроники.
Можно ли выбрать генератор только по пусковой кВА?
Нет. Необходимо одновременно проверить рабочую мощность, пусковую нагрузку, характеристики альтернатора и двигателя, допустимую просадку напряжения, частоту и режим эксплуатации.
Какой запас мощности нужен генератору?
Универсального процента нет. Запас зависит от профиля нагрузки, перспективы расширения, режима эксплуатации и характеристик ДГУ. Пусковые токи необходимо рассчитывать отдельно, а не заменять их условным запасом.
Почему генератор подходит по кВт, но не запускает электродвигатель?
Причиной может быть высокий пусковой ток, недостаточная motor-starting способность альтернатора, сильная просадка напряжения, нехватка динамической мощности двигателя ДГУ или слишком тяжёлый механический пуск.
