Our Solutions
Вакуумные решения
Промышленные инструменты и решения

Электромонтаж компрессорных систем

Dimensioning Compressor Installations Compressed Air Wiki Compressors

Для правильного выбора параметров и установки компрессора необходимо знать, как взаимодействуют его узлы и какие правила и положения к ним применяются. Ниже мы рассмотрим параметры, которые необходимо учитывать, если вы хотите получить компрессорную установку с нормально работающей электрической системой.

Какие типы двигателей используются в компрессорных установках?

Чаще всего в компрессорах используются трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Двигатели низкого напряжения обычно используются до мощности 450–500 кВт. Для обеспечения большей мощности рекомендуется использовать двигатели высокого напряжения.

Класс защиты электродвигателя определяется стандартами. Конструкция с защитой от проникновения пыли и струй воды (IP55) предпочтительнее, чем двигатели открытой конструкции (IP23), которые требуют регулярной разборки и очистки. В противном случае скопившаяся внутри агрегата пыль может привести к его перегреву и сокращению срока службы. Поскольку корпус компрессорной установки обеспечивает защиту от пыли и воды, допускается использовать двигатели с классом защиты ниже IP55.

Двигатель (обычно с принудительным воздушным охлаждением) рассчитывается на работу при температуре окружающей среды 40 °C и на высоте до 1000 м. Некоторые производители предлагают двигатели в стандартной комплектации, для которых максимальная температура окружающей среды равна 46 °C. При более высокой температуре или на большей высоте необходимо снизить выходящую мощность двигателя. Обычно двигатель устанавливается на фланец и подключается к компрессору напрямую. Его скорость зависит от типа компрессора, но на практике используются только 2-полюсные или 4-полюсные двигатели с частотой вращения 3000 об/мин. Также определяется номинальная выходная мощность двигателя (при 1500 об/мин).

Электричество, штепсельная вилка

Номинальная выходная мощность двигателя также зависит от компрессора и должна максимально соответствовать требованиям компрессора. Излишне мощный двигатель стоит дороже, использует слишком высокий пусковой ток, требует более мощных предохранителей, имеет низкий коэффициент мощности и при этом менее эффективен. Недостаточно мощный двигатель вскоре начинает работать с перегрузкой, из-за чего возрастает вероятность отказа.

При выборе двигателя также следует учитывать способ запуска. При схеме "звезда/треугольник" пусковой крутящий момент двигателя не превышает трети от нормального значения. Поэтому рекомендуется сравнить графики крутящих моментов двигателя и компрессора и выбрать двигатель, который обеспечит достаточный крутящий момент при запуске компрессора.

Три различных способа запуска двигателя

Наиболее распространенными способами запуска являются прямой пуск, пуск по схеме "звезда/треугольник" и плавный пуск. Для прямого пуска требуется только контактор и защита от перегрузки. Его недостатком является высокий пусковой ток, который в 6–10 раз превышает номинальный ток двигателя, а также высокий начальный крутящий момент, который, в частности, может повредить валы и муфты. Схема "звезда/треугольник" используется для ограничения пускового тока. Стартер состоит из трех контакторов, защиты от перегрузки и таймера. Двигатель запускается по схеме "звезда", затем, по истечении заданного времени (когда скорость достигает 90% от номинальной скорости), таймер включает контакторы рабочего режима по схеме "треугольник".

Схема "звезда/треугольник" снижает пусковой ток примерно до 1/3 по сравнению с прямым запуском. Однако при этом начальный крутящий момент также падает до 1/3. Относительно низкий начальный крутящий момент означает, что на этапе запуска нагрузка на двигатель должна быть низкой, чтобы двигатель смог почти полностью набрать номинальную скорость перед переключением на схему "треугольник". При слишком низкой скорости в момент переключения на схему "треугольник" возможен такой же сильный пик тока/крутящего момента, как и при прямом запуске.

Плавный (постепенный) пуск используется в качестве альтернативы запуску по схеме "звезда/треугольник". В этом случае стартер состоит не из механических контакторов, а из полупроводников (переключателей питания типа IGBT). Запуск происходит постепенно, а пусковой ток превышает номинальный не более чем в три раза.

Стартеры прямого пуска и пуска по схеме "звезда/треугольник" чаще всего встроены в компрессор. В случае крупной компрессорной установки они могут располагаться отдельно в распределительном устройстве, с учетом требований к пространству, тепловыделению и доступу для обслуживания. Стартер для плавного пуска обычно устанавливается отдельно, рядом с компрессором, что связано с выделением тепла. При наличии достаточно мощной системы охлаждения возможна установка в корпус компрессора. У компрессоров, оснащенных двигателями высокого напряжения, пусковое оборудование всегда выносится в отдельный электрический шкаф.

Управляющее напряжение

управление напряжением компрессорной установки

Как правило, отдельное управляющее напряжение к компрессору не подключается, поскольку большая часть компрессоров оснащена встроенным управляющим трансформатором. Вывод первичной обмотки трансформатора подключен к источнику питания компрессора. Такая компоновка обеспечивает более надежную работу. В случае перебоев в подаче электропитания компрессор немедленно останавливается, а его повторный запуск блокируется. Эта функция с одним внутренним управляющим напряжением используется в тех случаях, когда стартер расположен на удалении от компрессора.

Защита от короткого замыкания

Защита от короткого замыкания устанавливается на одной из точек ввода кабелей и состоит из плавких предохранителей или автоматического выключателя. Независимо от выбранного решения, правильно подобранные устройства обеспечивают достаточный уровень защиты. У обоих способов есть свои преимущества и недостатки. Плавкие предохранители широко распространены и в случае коротких замыканий с высокой силой тока более надежны, чем автоматический выключатель. Но в то же время они не обеспечивают полностью изолирующего разрыва цепи, а при низком токе короткого замыкания на их срабатывание требуется больше времени. Автоматический выключатель обеспечивает быстрое и полностью изолирующее разъединение даже при низком токе короткого замыкания, но требует больше усилий по сравнению с предохранителями на этапе планирования. Параметры защиты от короткого замыкания зависят от расчетной нагрузки, а также от ограничений, налагаемых стартером.

Информацию о защите стартера от короткого замыкания см. в стандарте IEC (Международной электротехнической комиссии) 60947-4-1, тип 1 и тип 2. Выбор типа 1 или типа 2 зависит от того, как короткое замыкание повлияет на стартер.

Тип 1: "…в условиях короткого замыкания контактор или пускатель не должны создавать опасности для людей или оборудования, хотя они могут оказаться непригодными для дальнейшей эксплуатации без ремонта и замены частей".

Тип 2: "…в условиях короткого замыкания контактор или пускатель не должны создавать опасности для людей или оборудования и должны оставаться пригодными для дальнейшей эксплуатации. Возможность сваривания контакторов допускается, и в этом случае изготовитель должен рекомендовать меры по обслуживанию…"

Кабели

Согласно требованиям стандарта, кабели должны "выбираться таким образом, чтобы в режиме нормальной работы они не подвергались воздействию избыточных температур и не могли получить тепловые и механические повреждения в результате короткого замыкания". Параметры и выбор кабелей зависят от нагрузки, допустимого падения напряжения, метода прокладки (на стойке, стене и т. д.) и температуры окружающей среды. Для защиты кабелей от короткого замыкания и перегрузки можно использовать предохранители. На двигателе также должна быть предусмотрена защита от короткого замыкания (например, предохранители), а также отдельная защита от перегрузки (обычно защита двигателя включена в стартер).

Защита от перегрузки размыкает соединение со стартером, когда ток нагрузки превышает предварительно установленное значение, тем самым предохраняя от повреждений двигатель и проводку двигателя. Защита от короткого замыкания предохраняет стартер, защиту от перегрузки и кабели. Выбор параметров кабелей с учетом нагрузки см. в стандарте IEC 60364-5-52. При определении характеристик кабелей и защиты от короткого замыкания необходимо учитывать дополнительный параметр: "условие срабатывания". Иными словами, система должна быть спроектирована таким образом, чтобы короткое замыкание на любом ее участке приводило к быстрому и безопасному отключению. Выполнение этого условия зависит, среди прочего, от защиты от короткого замыкания и длины и сечения кабеля.

Компенсация сдвига фаз на сильно нагруженных трансформаторах

Электродвигатель потребляет не только активную мощность, которую можно преобразовать в механическую работу, но и реактивную мощность, которая необходима для намагничивания электродвигателя. Реактивная мощность нагружает кабели и трансформатор. Соотношение между активной и реактивной мощностью определяется коэффициентом мощности, cos φ. Он обычно составляет от 0,7 до 0,9, где меньшее значение соответствует двигателям малого размера.

Коэффициент мощности можно повысить практически до 1, вырабатывая реактивную мощность непосредственно на агрегате с помощью конденсатора. Это позволяет снизить потребность в реактивной мощности, получаемой от сети. Компенсация сдвига фаз требуется потому, что поставщик электроэнергии может взимать плату за реактивную мощность, потребляемую сверх установленного уровня, а также для разгрузки сильно нагруженных трансформаторов и кабелей.

Дополнительную информацию о процессе установки компрессора см. ниже.

Другие статьи по этой теме

Установка компрессора

В последнее время процесс установки компрессорных систем заметно упростился. Но все же нужно помнить о ряде условий, а также о том, где лучше всего разместить компрессор и как организовать пространство вокруг него. Здесь вы найдете всю необходимую информацию.

Электродвигатель

Узнайте об основах электродвигателей и о том, как они используются в современных воздушных компрессорах.