Một cầu trục một dầm 10 tấn lấy 17,6 kW và 33 A. Đưa chính cầu trục đó lên một tổ máy diesel 63 kVA và méo điện áp nhảy lên 34 phần trăm so với giới hạn 8. Không phải cầu trục sai. Mà là nguồn điện sai, và không lượng kVA máy phát nào sửa được điều đó.
Một cầu trục một dầm 10 tấn lấy 17,6 kW. Một động cơ cơ cấu nâng và ba động cơ nhỏ hơn nhiều. Ít hơn một máy nén khí cỡ trung, ít hơn một tổ máy hàn. Gửi cầu trục đó đến một nhà máy nơi nguồn cấp duy nhất là máy phát diesel 63 kVA và khả năng thực sự có là cơ cấu nâng sẽ nhảy bảo vệ ngay ở lần nâng có tải đầu tiên, ở khoảng một nửa tải định mức, kèm một mã lỗi mà thợ điện tại chỗ sẽ đọc thành "cầu trục bị lỗi".
Thường thì không phải cầu trục. Cầu trục là một tải phi tuyến gắn lên một nguồn có trở kháng cao hơn mười đến hai mươi lần so với máy biến áp mà nó được thiết kế để đấu vào. Câu đó giải thích phần lớn các sự cố mà tôi được gọi đến, và phép tính phía sau thì đủ ngắn để đưa hết vào bài này.
Có hai điều khiến nó tệ hơn vẻ ngoài. Cầu trục một dầm từ 5 đến 20 tấn lấy 19 đến 49 ampe ở 400 V, đưa phần lớn chúng vào khoảng 16 đến 75 ampe nơi IEC 61000-3-12 đặt giới hạn phát thải hài. Và cách khắc phục mà người mua nghĩ đến đầu tiên, một máy phát lớn hơn, không có tác dụng. Tôi có thể chứng minh điều đó bằng dữ liệu máy phát đã công bố chứ không phải bằng ý kiến, và đó là nội dung phần giữa của bài viết.
Nguồn được ghi chú xuyên suốt. Tiêu chuẩn và dữ liệu nhà sản xuất đều có tham chiếu. Công suất cầu trục lấy từ một bảng thông số kỹ thuật cầu trục một dầm đã công bố. Mọi thứ do chúng tôi tính đều được ghi rõ là con số quy hoạch, vì không có khảo sát công khai nào về một cầu trục 5 tấn trên máy phát của một nhà máy ở Nigeria.
Ít hơn phần lớn người mua tưởng, và chính vì thế mà các vấn đề điện làm người ta bất ngờ. Các công suất đã công bố dưới đây là của cầu trục một dầm tiêu chuẩn với khẩu độ 7,5 đến 28,5 m, tách riêng ba cơ cấu.
| Tải trọng | Di chuyển cầu trục | Di chuyển xe con | Cơ cấu nâng | Tổng lắp đặt | Dòng đầy tải của cầu trục ở 400 V | Khởi động trực tiếp cơ cấu nâng |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 t | 2 x 0,8 kW | 0,2 kW | 1,5 kW | 3,3 kW | 6,2 A | 19 đến 25 A |
| 2 t | 2 x 0,8 kW | 0,4 kW | 3,0 kW | 5,0 kW | 9,4 A | 37 đến 49 A |
| 3 t | 2 x 0,8 kW | 0,4 kW | 4,5 kW | 6,5 kW | 12,3 A | 55 đến 74 A |
| 5 t | 2 x 0,8 kW | 0,8 kW | 7,5 kW | 9,9 kW | 18,7 A | 92 đến 123 A |
| 10 t | 2 x 1,5 kW | 2 x 0,8 kW | 13,0 kW | 17,6 kW | 33,2 A | 160 đến 213 A |
| 16 t | 2 x 2,2 kW | 2 x 0,8 kW | 13,0 kW | 19,0 kW | 35,9 A | 160 đến 213 A |
| 20 t | 2 x 2,2 kW | 4 x 0,8 kW | 18,5 kW | 26,1 kW | 49,3 A | 227 đến 303 A |
Công suất lấy từ bảng thông số kỹ thuật cầu trục một dầm tiêu chuẩn đã công bố, khẩu độ 7,5 đến 28,5 m. Dòng điện là phép tính của chúng tôi ở 400 V với hệ số công suất 0,85 và hiệu suất 0,90, còn cột khởi động áp dụng hệ số 6 đến 8 lần dòng đầy tải mà ABB nêu cho khởi động trực tiếp, sau khi dòng xung khởi động ban đầu 10 đến 12 lần đã tắt dần.
Hãy đọc hai cột cuối cùng cùng nhau. Cầu trục 5 tấn là một tải 18,7 ampe nhưng kéo 92 đến 123 ampe trong hai hoặc ba giây mỗi lần người vận hành nâng hàng. Cầu trục 20 tấn là tải 49 ampe nhưng kéo 227 đến 303 ampe. Trên máy biến áp của điện lưới đó chỉ là sai số làm tròn. Trên máy phát 63 kVA đó là quá độ lớn nhất mà tổ máy sẽ từng thấy, và nó xảy ra mười nghìn lần một năm.
Nó làm sụt điện áp, và độ sụt không nhỏ. Các con số đã công bố liên quan: động cơ được thiết kế chịu được độ sụt áp tức thời 30 đến 35 phần trăm trước khi công-tắc-tơ nhả, và các kỹ sư chỉ định thường áp đặt giới hạn chặt hơn là 20 phần trăm để đảm bảo động cơ thực sự tăng tốc (Kohler, Sizing Generators for Motor Starting). Hướng dẫn cho công trường xây dựng đưa ra con số riêng cho cầu trục là 15 đến 20 phần trăm, vì công-tắc-tơ điều khiển cầu trục kém chịu đựng hơn một khởi động từ thông thường. Vượt mức đó, công-tắc-tơ sẽ mở giữa lúc đang nâng.
Câu cuối cùng đó chính là câu tốn tiền. Một công-tắc-tơ nhả dưới tải không chỉ dừng lần nâng. Nó làm rơi tải, và phanh phải bắt lấy tải.
Cỡ máy phát giữ độ sụt áp trong 20 phần trăm phụ thuộc vào cách cơ cấu nâng khởi động. Khởi động trực tiếp cần nhiều nhất, sao-tam giác ít hơn, khởi động mềm ít hơn nữa, và bộ biến tần ít nhất, nhưng bộ biến tần mang theo vấn đề riêng của nó, đó là phần tiếp theo.
| Tải trọng | Động cơ cơ cấu nâng | Máy phát cho khởi động trực tiếp | Máy phát cho khởi động sao-tam giác | Bộ biến tần, có dự phòng hài |
|---|---|---|---|---|
| 1 t | 1,5 kW | 5 đến 6 kVA | 4 đến 5 kVA | 3 đến 4 kVA |
| 5 t | 7,5 kW | 23 đến 26 kVA | 15 đến 19 kVA | 12 đến 14 kVA |
| 10 t | 13,0 kW | 39 đến 46 kVA | 26 đến 33 kVA | 20 đến 24 kVA |
| 16 t | 13,0 kW | 39 đến 46 kVA | 26 đến 33 kVA | 20 đến 24 kVA |
| 20 t | 18,5 kW | 56 đến 65 kVA | 37 đến 46 kVA | 28 đến 34 kVA |
Đây là các con số quy hoạch của chúng tôi, suy ra từ quy tắc 3 đến 3,5 lần kW động cơ cho khởi động trực tiếp, 2 đến 2,5 lần cho sao-tam giác, và 1,5 đến 1,8 lần cho bộ biến tần, đã bao gồm mức dự phòng 10 đến 20 phần trăm cho phát nóng do hài của máy phát đồng bộ. Chúng giả định cầu trục là tải duy nhất. Thêm phần còn lại của nhà máy thì tổ máy lại phải lớn hơn.
Hãy để ý điều không nằm trong cơ sở chọn công suất: tổng công suất lắp đặt của cầu trục. Chọn theo tổng 26,1 kW của một cầu trục 20 tấn sẽ làm tổ máy lớn hơn khoảng một phần ba, vì động cơ di chuyển cầu trục và xe con không bao giờ chạy cùng lúc với lúc khởi động cơ cấu nâng có tải, và kể cả có thì mỗi động cơ cũng chỉ 0,8 kW. Lần khởi động của động cơ lớn nhất quyết định cỡ máy. Mọi thứ khác chỉ là nhiễu.
Đây là chỗ bộ biến tần trở thành gánh nặng thay vì giải pháp. Một bộ chỉnh lưu 6 xung lấy dòng thành từng xung ngắn ở đỉnh sóng, và dòng xung đó chảy qua trở kháng nguồn và làm móp điện áp. Trên một máy biến áp có tỷ số ngắn mạch khoảng 100 thì vết móp không nhìn thấy được. Trên máy phát thì thấy rõ.
Cummins công bố phép so sánh này, và đó là cặp con số rõ ràng nhất tôi từng tìm thấy về vấn đề này. Cùng một bộ biến tần 6 xung, với THD dòng 29 phần trăm, tạo ra THD điện áp 34 phần trăm trên một tổ máy phát có điện kháng siêu quá độ 12 phần trăm, tức tỷ số ngắn mạch bằng 8. Sau một máy biến áp có tỷ số ngắn mạch 100, nó chỉ tạo ra 2,8 phần trăm. Cùng bộ biến tần, cùng tải, méo gấp mười hai lần, chỉ vì nguồn điện.
Đảo ngược tỷ số đó và kết luận thật khó chịu. Méo điện áp tỷ lệ nghịch với tỷ số ngắn mạch, nên để đạt giới hạn 8 phần trăm THD điện áp của IEEE 519 chỉ bằng trở kháng nguồn thì sẽ cần tỷ số ngắn mạch khoảng 34, nghĩa là điện kháng siêu quá độ gần 3 phần trăm. Máy phát đồng bộ tiêu chuẩn nằm ở 8 đến 14 phần trăm. Bạn không thể dùng tiền mua kVA máy phát để thoát khỏi chuyện này. Bạn sẽ cần tổ máy lớn gấp bốn lần và vẫn chỉ nằm ở mép giới hạn.
| Nguồn | Tỷ số ngắn mạch | THD điện áp từ bộ biến tần có THD 29 phần trăm | So với giới hạn 8 phần trăm |
|---|---|---|---|
| Máy biến áp điện lưới, nguồn mạnh | 100 | 2,8 phần trăm | đạt, còn dư địa |
| Máy phát, máy đồng bộ thông thường | 8 (X"d 12 phần trăm) | 34 phần trăm, theo công bố | vượt gấp bốn lần |
| Máy phát, loại điện kháng thấp | 12,5 (X"d 8 phần trăm) | khoảng 22 phần trăm, nội suy | vẫn không đạt |
| Máy phát có thể đạt giới hạn | 34 (X"d khoảng 3 phần trăm) | 8 phần trăm | không có sẵn trên thị trường |
Hai dòng đầu là số liệu Cummins đã công bố. Hai dòng cuối là nội suy của chúng tôi theo quan hệ tỷ lệ nghịch với tỷ số ngắn mạch mà họ mô tả, đó là lý do chúng được ghi là nội suy chứ không phải đo được.
Trong thực tế, THD điện áp 34 phần trăm trên máy phát không hiện ra như một con số trên đồng hồ. Nó hiện ra như bộ biến tần nhảy bảo vệ quá áp thanh DC, PLC khởi động lại, công-tắc-tơ rung, và một thợ điện tại chỗ thay những linh kiện hoàn toàn tốt suốt một tuần.
Ba văn bản khác nhau, và người mua thường được nói về nhầm cái.
IEEE 519-2022 đặt giới hạn méo điện áp và méo dòng tại điểm đấu nối chung. Đây là tiêu chuẩn cấp hệ thống, áp dụng cho toàn bộ công trình lắp đặt, không phải cho một bộ biến tần đơn lẻ. Sự phân biệt này quan trọng vì một cầu trục 10 tấn riêng lẻ có thể nằm gọn trong giới hạn TDD trong khi toàn nhà máy đã vượt.
| Điện áp thanh cái tại điểm đấu nối chung | Hài riêng lẻ | Tổng méo hài |
|---|---|---|
| V 1,0 kV hoặc thấp hơn | 5,0 phần trăm | 8,0 phần trăm |
| 1 kV đến 69 kV | 3,0 phần trăm | 5,0 phần trăm |
| 69 kV đến 161 kV | 1,5 phần trăm | 2,5 phần trăm |
| Trên 161 kV | 1,0 phần trăm | 1,5 phần trăm |
Nguồn: IEEE 519-2022 Bảng 1, theo bản sao đăng trên PQ Blog. Giới hạn điện áp là tuyệt đối, chúng không co giãn theo quy mô của khách hàng.
Méo dòng thì linh hoạt hơn. Nó được biểu diễn bằng tổng méo theo nhu cầu, tức phần trăm của dòng nhu cầu cực đại chứ không phải của dòng tức thời, và giới hạn càng chặt khi nguồn càng yếu.
| Tỷ số ngắn mạch | Hài bậc 2 đến 11 | Bậc 11 đến 17 | Bậc 17 đến 23 | Bậc 23 đến 35 | Trên bậc 35 | Giới hạn TDD |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Dưới 20 | 4,0 | 2,0 | 1,5 | 0,6 | 0,3 | 5,0 |
| 20 đến 50 | 7,0 | 3,5 | 2,5 | 1,0 | 0,5 | 8,0 |
| 50 đến 100 | 10,0 | 4,5 | 4,0 | 1,5 | 0,7 | 12,0 |
| 100 đến 1000 | 12,0 | 5,5 | 5,0 | 2,0 | 1,0 | 15,0 |
| Trên 1000 | 15,0 | 7,0 | 6,0 | 2,5 | 1,4 | 20,0 |
Nguồn: IEEE 519-2022 Bảng 2, hệ thống 120 V đến 69 kV. Hài bậc chẵn dưới bậc sáu bị giới hạn bằng một nửa các giá trị này.
Đây là phần hữu ích. Một bộ biến tần 6 xung không có cuộn kháng có THD dòng 101,5 phần trăm. Ở đầy tải, giá trị đó bằng TDD, và so với giới hạn 5 phần trăm cho nguồn yếu thì vượt gấp hai mươi lần. Với cuộn kháng đường dây 5 phần trăm thì còn 33,9 phần trăm, vẫn vượt. Với bộ lọc hài đường dây thì còn 4,9 phần trăm, đạt. Các giá trị này là bảng đã công bố của Siemens cho các bộ đầu vào của biến tần, và chúng cho bạn câu trả lời trong một dòng: cuộn kháng không phải là tùy chọn khi dùng máy phát.
IEC 61000-3-12 là văn bản còn lại, và nó là văn bản áp dụng ở mắt xích thấp hơn. Nó giới hạn dòng hài do thiết bị lấy hơn 16 và đến 75 ampe mỗi pha phát vào hệ thống hạ áp công cộng. Nghĩa là cỡ của cầu trục quyết định xem nó có áp dụng hay không.
| Tải trọng | Dòng cầu trục ở 400 V | Tiêu chuẩn phát thải IEC nào áp dụng |
|---|---|---|
| 1 đến 3 t | 6 đến 12 A | Dưới 16 A, thiết bị thuộc phạm vi IEC 61000-3-2 |
| 5 t | 18,7 A | Thuộc IEC 61000-3-12, 16 đến 75 A |
| 10 t | 33,2 A | Thuộc IEC 61000-3-12, 16 đến 75 A |
| 20 t | 49,3 A | Thuộc IEC 61000-3-12, 16 đến 75 A |
Vậy một cầu trục một dầm 20 tấn nằm đúng trong dải 16 đến 75 ampe. Đó không phải trùng hợp, đó là nơi phần lớn thị trường này tồn tại, và đó là lý do bản công bố EMC của nhà sản xuất biến tần đáng đọc trước khi bạn ký hợp đồng chứ không phải sau khi cầu trục đã về. IEC 61000-3-12 đặt giới hạn theo từng bậc hài trong một bảng, và việc một bộ biến tần có đạt hay không phụ thuộc vào dòng nào của bảng và loại cuộn kháng nhà cung cấp đã lắp. Hãy yêu cầu bản công bố. Nó tồn tại, và những nhà cung cấp có nó sẽ gửi trong một giờ.
Văn bản thứ ba là quy cách kỹ thuật của khách hàng, và đây mới là cái thực sự chi phối. Một hồ sơ mời thầu cầu trục công cộng điển hình ghi: 380 V ba pha 50 Hz, nguồn biến thiên cộng trừ 6 phần trăm về điện áp và cộng trừ 2 phần trăm về tần số (quy cách tiêu chuẩn EM-01-01 của Sở Công trình và Dịch vụ Hồng Kông, một ví dụ hợp lý). Chặt hơn cả hai tiêu chuẩn kia, và nó nói cho nhà cung cấp biết chính xác cầu trục phải chịu được gì.
Vì bộ biến tần không phải là động cơ theo cách nhìn của thiết bị chống dòng rò, và vì ai đó đã lắp nhầm loại.
Hướng dẫn ứng dụng của Doepke nói thẳng về điều này. Thiết bị nhiều pha có bộ biến đổi tần số, và họ nêu đích danh cầu trục, chỉ được vận hành trên thiết bị chống dòng rò Type B hoặc B+, vì một sự cố có thể sinh ra dòng rò một chiều bằng phẳng mà thiết bị Type A không thấy được. Phương án thay thế là máy biến áp cách ly hoặc đấu nối cố định. Type AC hoặc Type A trên bộ biến tần của cầu trục là loại thiết bị sẽ hoặc nhảy vô cớ, hoặc không bảo vệ được, và có thể cả hai vào những ngày khác nhau.
Nửa còn lại của vấn đề là dòng rò, thứ tăng theo chiều dài cáp động cơ. Bộ lọc EMC tích hợp trong biến tần thường chỉ được công bố hợp lệ cho 5 đến 10 mét cáp động cơ có vỏ giáp. Người ta cũng nói đến chiều dài cáp 50 đến 100 mét, nhưng những con số đó liên quan đến tải điện dung mà tầng ngõ ra có thể kéo được, không liên quan đến sự phù hợp EMC. Trên khoảng 10 mét, dòng rò tăng đáng kể và phải hỏi nhà sản xuất xem độ nhạy RCD nào sẽ giữ được.
Giờ hãy nghĩ đến một cầu trục 20 tấn với khẩu độ 25 mét có hệ thống cáp treo. Cơ cấu nâng nằm giữa dầm chính, tủ điện nằm ở một đầu, động cơ di chuyển ở cả hai đầu. Chiều dài cáp 20 đến 30 mét là bình thường, trước khi tính đến hệ cáp treo. Đây không phải lỗi của cầu trục. Đây là hệ quả vật lý của hình học, và đó là lý do quy cách kỹ thuật phải nêu rõ bộ lọc dv/dt, cáp có vỏ giáp và thiết bị Type B thay vì để công trường tự quyết.
Một điều nữa, cũng từ nguồn đó, và nó bắt được cả những người đã làm đúng mọi thứ khác. Nếu tần số đóng cắt của biến tần trùng với tần số cộng hưởng của một bộ lọc EMC phía trước, hoặc trùng bội số của nó, bộ lọc có thể dao động và dòng rò tăng cao hơn nhiều so với bình thường, làm nhảy thiết bị. Đổi tần số đóng cắt là khắc phục được. Không ai tìm ra điều đó bằng cách đọc tài liệu lúc 2 giờ sáng.
Có, và nhiều hơn phần lớn người ta nghĩ, vì hệ số công suất mà biến tần quảng cáo không phải hệ số công suất mà đồng hồ ghi nhận.
Hệ số công suất dịch pha là cosin của góc giữa điện áp cơ bản và dòng cơ bản. Bộ đầu vào của biến tần cho bạn khoảng 0,96 đến 0,98, đó là điều bảng dữ liệu muốn nói khi ghi "hệ số công suất cao". Hệ số công suất thực bao gồm cả méo hài, và quan hệ rất đơn giản: hệ số công suất thực bằng hệ số công suất dịch pha chia cho căn bậc hai của một cộng bình phương THD dòng.
Áp dụng điều đó vào các giá trị méo dòng của Siemens và bức tranh thay đổi hoàn toàn.
| Bộ đầu vào biến tần | THD dòng ở đầy tải | Hệ số công suất dịch pha | Hệ số công suất thực tại đồng hồ |
|---|---|---|---|
| 6 xung, không cuộn kháng | 101,5 phần trăm | 0,98 | 0,69 |
| 6 xung, cuộn kháng 2 đến 3 phần trăm | 43,6 phần trăm | 0,98 | 0,90 |
| 6 xung, cuộn kháng 5 phần trăm | 33,9 phần trăm | 0,98 | 0,93 |
| 6 xung có bộ lọc hài đường dây | 4,9 phần trăm | 0,98 | 0,98 |
| 12 xung | 8,8 phần trăm | 0,98 | 0,98 |
| Bộ đầu vào tích cực | 1,3 phần trăm | 0,99 | 0,99 |
Giá trị THD là số liệu Siemens đã công bố cho từng bộ đầu vào. Cột hệ số công suất là phép tính của chúng tôi theo quan hệ tiêu chuẩn, đã làm tròn.
Một bộ biến tần không có cuộn kháng có hệ số công suất thực 0,69 trong khi bảng dữ liệu ghi 0,98. Cả hai câu đều đúng. Khoảng cách đó là khác biệt giữa một công ty điện lực tính tiền công suất phản kháng và một công ty không tính.
Điều đó ảnh hưởng đến hóa đơn thế nào thì phụ thuộc vào biểu giá, và các cấu trúc này không hề tinh tế. Biểu giá công nghiệp của South Central Indiana REMC, hiệu lực từ tháng 2 năm 2024, điều chỉnh công suất tính tiền tăng lên mỗi khi hệ số công suất đo được tại nhu cầu cực đại xuống dưới 97 phần trăm, bằng cách nhân công suất ghi nhận với 97 chia cho hệ số công suất đo được. Sau đó nó cộng thêm phí năng lượng phản kháng vượt mức 0,01009 đô la mỗi kVARh khi mức trung bình tháng xuống dưới 95 phần trăm.
Hãy đưa con số vào. Một nhà máy có nhu cầu thực 80 kW trả 12 đô la mỗi kW công suất tính tiền:
| Hệ số công suất nhà máy | Công suất tính tiền | Phí công suất hàng tháng | Phát sinh thêm mỗi năm so với 0,97 |
|---|---|---|---|
| 0,97 | 80,0 kW | 960 đô la | không có |
| 0,90 | 86,2 kW | 1.034 đô la | khoảng 890 đô la |
| 0,69 | 112,5 kW | 1.350 đô la | khoảng 4.680 đô la |
Đây là phép tính của chúng tôi trên công thức biểu giá đã công bố, áp dụng cho một nhà máy giả định. Đó không phải báo giá và cũng không phải biểu giá của bạn. Nhưng hình dạng thì đúng, và nó giải thích vì sao một cuộn kháng 300 đô la trên biến tần 15 kW là quyết định điện rẻ nhất trên cầu trục.
Đây là chỗ một cầu trục hoàn hảo trong nhà máy trở thành một yêu cầu bảo hành ở một quốc gia khác, và cơ chế chỉ là một tỷ số: vôn trên hertz.
Từ thông của động cơ cảm ứng, và do đó mô-men xoắn của nó, được quyết định bởi điện áp nguồn chia cho tần số. Giữ nguyên tỷ số thì động cơ hoạt động đúng. Thay đổi nó thì bạn thay đổi cả cái máy.
| Nhãn động cơ | Nguồn thực tế | Vôn trên hertz | Mô-men xoắn khả dụng | Tốc độ | Kết luận |
|---|---|---|---|---|---|
| 400 V, 50 Hz | 400 V, 50 Hz | 8,00 | 100 phần trăm | 100 phần trăm | đúng định mức |
| 400 V, 50 Hz | 480 V, 60 Hz | 8,00 | 100 phần trăm | 120 phần trăm | tốt, còn dư 20 phần trăm công suất |
| 400 V, 50 Hz | 400 V, 60 Hz | 6,67 | 69 phần trăm | 120 phần trăm | không nâng được tải định mức |
| 400 V, 50 Hz | 380 V, 50 Hz | 7,60 | 90 phần trăm | 100 phần trăm | sát giới hạn ở tải định mức, cần theo dõi cơ cấu nâng |
| 460 V, 60 Hz | 400 V, 50 Hz | 8,00 | 100 phần trăm | 83 phần trăm | bão hòa từ, chạy nóng, chậm hơn 17 phần trăm |
Mô-men xoắn tỷ lệ với bình phương của tỷ số, đó là lý do dòng thứ ba là dòng nguy hiểm. Giảm tỷ số 17 phần trăm thì bạn giữ được 69 phần trăm mô-men xoắn, nhưng động cơ cũng quay nhanh hơn 20 phần trăm, nên cùng một tốc độ nâng sẽ cần công suất lớn hơn mức động cơ tạo ra được. Hỏng hóc không kịch tính. Cơ cấu nâng chỉ đơn giản là không nâng được tải danh định, và nó nóng lên trong lúc cố làm vậy.
Điều an ủi là phần lớn các cầu trục này xuất xưởng kèm bộ biến tần, và bộ biến tần làm vấn đề 50 và 60 Hz biến mất, miễn là nó được lập trình theo động cơ chứ không theo nguồn điện. Đặt tần số nền và điện áp nền của biến tần theo nhãn máy, và nó sẽ tạo ra tỷ số vôn trên hertz đúng từ bất kỳ nguồn nào cấp vào. Cái bẫy là điện áp ngõ ra của biến tần không thể vượt điện áp ngõ vào, nên một động cơ 50 Hz cần 400 V ở tốc độ nền không thể được phục vụ từ nguồn 380 V mà không mất 10 phần trăm đường cong mô-men xoắn.
Và câu hỏi về dung sai lại là chuyện khác. IEC 60034-1 chia điều kiện nguồn thành hai vùng. Vùng A là điện áp cộng trừ 5 phần trăm với tần số cộng trừ 2 phần trăm, nơi động cơ cho mô-men xoắn định mức với độ tăng nhiệt vừa phải. Vùng B là điện áp cộng trừ 10 phần trăm với tần số cộng 3 trừ 5 phần trăm, nơi mô-men xoắn định mức vẫn có nhưng độ tăng nhiệt cao hơn và chỉ nên vận hành ngắn. NEMA MG 1 trên giấy thoáng hơn ở mức cộng trừ 10 phần trăm điện áp và cộng trừ 5 phần trăm tần số, với biến thiên tổng hợp giới hạn ở 10 phần trăm. Một cầu trục nằm tám tiếng mỗi ngày trong vùng B là cầu trục có tuổi thọ cách điện bị rút ngắn, bất kể tiêu chuẩn cho phép gì.
Điện trở hãm, với cầu trục một dầm. Tôi sẽ trình bày phép tính, rồi chỉ ra trường hợp nó đảo chiều.
Hạ tải làm động cơ trở thành máy phát. Năng lượng phải đi đâu đó. Một bộ hãm xả đổ nó vào điện trở dưới dạng nhiệt. Một bộ đầu vào tái sinh đưa nó trở lại nguồn. Hướng dẫn kỹ thuật của ABB tính cho một cơ cấu nâng cầu trục 90 kW qua cả hai phương án: bộ hãm xả và điện trở trong tủ với giá 7.500 euro, so với bộ đầu vào IGBT đắt hơn 2.000 euro và thu hồi được 4.000 euro năng lượng. Với máy đó, tái sinh thắng, và ABB khuyến nghị nó cho cầu trục.
Máy đó là cơ cấu nâng 90 kW làm việc 20 phần trăm thời gian năm với chu kỳ hãm ba phút. Cơ cấu nâng cầu trục một dầm là 1,5 đến 18,5 kW, và năng lượng mỗi lần nâng nhỏ hơn theo bình phương tỷ số khối lượng trong thực tế, vì cả khối lượng và chiều cao đều giảm.
| Tải trọng và chiều cao nâng | Năng lượng mỗi lần hạ có tải ở 60 phần trăm tải | Thu hồi ở 65 phần trăm | Thu hồi hàng năm, cấp A5 | Giá trị ở 0,12 mỗi kWh | Hoàn vốn trên phần chênh 1.500 đến 3.000 đô la |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 t, 6 m | 0,049 kWh | 0,032 kWh | 384 kWh | 46 đô la | 33 đến 65 năm |
| 10 t, 6 m | 0,098 kWh | 0,064 kWh | 766 kWh | 92 đô la | 20 đến 38 năm |
| 20 t, 9 m | 0,294 kWh | 0,191 kWh | 2.292 kWh | 275 đô la | 9 đến 16 năm |
Đây là phép tính của chúng tôi. Giả định 2.000 giờ vận hành, 12 lần nâng mỗi giờ, một nửa trong đó là hạ tải, hiệu suất tái sinh vòng kín 65 phần trăm, và phần chênh 1.500 đến 3.000 đô la cho bộ đầu vào tái sinh so với bộ hãm xả kèm điện trở ở các mức công suất này.
Chín đến mười sáu năm trên một cầu trục 20 tấn không phải là bài toán kinh doanh, đó chỉ là sai số làm tròn trên một tài sản hai mươi năm mà có thể bị thay thế trước đó. Vậy hãy chọn bộ hãm xả và dùng khoản chênh lệch cho cuộn kháng đường dây, thứ mang lại lợi ích mỗi giờ trong mỗi ca chứ không chỉ khi hạ tải.
Ngoại lệ thì đáng nêu, vì đó là hướng thị trường xuất khẩu đang đi. Nếu người mua đã trả phí công suất trên một nguồn yếu, hoặc công trường chạy bằng máy phát nơi mỗi kilowatt-giờ tái sinh là dầu diesel không phải đốt, thì giá trị mỗi kWh gấp hai đến ba lần giá điện lưới, và trường hợp 20 tấn chuyển vào khoảng năm đến tám năm. Hãy hỏi điện thực sự tốn bao nhiêu trước khi loại bỏ phương án. Ở công trường dùng máy phát, câu trả lời thường không phải 0,12.
Rẻ trước, và phần rẻ làm phần lớn công việc. Chi phí dưới đây là khoảng tham khảo cho một biến tần cơ cấu nâng 13 đến 18,5 kW, tức bao trùm cầu trục một dầm 10 đến 20 tấn. Đây là con số quy hoạch của chúng tôi từ báo giá dự án, không phải bảng giá.
| Biện pháp | THD dòng sau khi làm | Hệ số công suất thực sau khi làm | Chi phí tham khảo | Khi nào là lựa chọn đúng |
|---|---|---|---|---|
| Cuộn kháng đường dây 5 phần trăm hoặc cuộn kháng mạch DC | 33,9 phần trăm | 0,93 | 200 đến 600 đô la | mặc định cho mọi cầu trục xuất khẩu |
| Cuộn kháng đường dây 3 phần trăm | 43,6 phần trăm | 0,90 | 150 đến 450 đô la | nguồn lưới khỏe với đường cáp ngắn đến tủ điện |
| Bộ lọc hài đường dây thụ động | 4,9 phần trăm | 0,98 | 1.200 đến 3.500 đô la | nguồn máy phát, hoặc có cam kết THD trong hợp đồng |
| Biến tần bộ đầu vào tích cực | 1,3 phần trăm | 0,99 | chênh 1.800 đến 4.500 đô la | muốn tái sinh năng lượng, hoặc giới hạn quá chặt |
| 12 xung với máy biến áp dịch pha | 8,8 phần trăm | 0,98 | 6.000 đến 15.000 đô la | trên khoảng 75 kW mỗi biến tần, khi cuộn kháng không đủ |
| Bộ lọc tích cực tại điểm đấu nối chung | dưới 5 phần trăm tại thanh cái | gần 1,0 | 4.000 đến 12.000 đô la | cải tạo hệ thống, hoặc đã lắp nhiều biến tần |
| Chọn máy phát công suất lớn hơn | không đổi | không đổi | tốn thêm 15.000 đến 40.000 đô la | không bao giờ, nếu vì hài. Nó giảm méo điện áp chứ không loại bỏ |
Có hai điều đáng nói về bảng này. Thứ nhất là dòng cuối cùng là lựa chọn của phần lớn người mua, vì nó nghe giống kỹ thuật hơn là phụ kiện, và nó là giá trị tệ nhất trong danh sách. Thứ hai là dòng đầu tiên thực ra không phải một biện pháp chống hài. Cuộn kháng đường dây bảo vệ biến tần khỏi quá độ nguồn và đóng cắt tụ, đó là lý do ghi chú ứng dụng của Pacific Gas and Electric khuyến nghị cuộn kháng 3 phần trăm như thực hành tiêu chuẩn để tránh nhảy bảo vệ quá áp vô cớ. Việc giảm hài là miễn phí đi kèm.
Nếu cầu trục sẽ đấu vào máy phát, hãy bỏ qua cả bậc thang và đi thẳng đến dòng thứ ba. Một bộ lọc thụ động tốn khoảng bằng phần chênh giữa tổ máy 46 kVA và 65 kVA, và nó khắc phục đúng vấn đề mà tổ máy không thể khắc phục.
Mười dòng. Mỗi dòng đều đã từng làm chúng tôi hoặc một khách hàng mất một tuần.
1. Điện áp nguồn, tần số và dung sai đo được. Không phải con số danh định. Một công trường đo được 355 V tại tủ điện cầu trục là một cầu trục khác với công trường đo được 400 V.
2. Nguồn cấp và tỷ số ngắn mạch của nó. Máy biến áp điện lưới kèm kVA và trở kháng, hoặc máy phát kèm kVA và điện kháng siêu quá độ. Không có điện kháng thì không thể trả lời câu hỏi về hài.
3. Phương thức khởi động cơ cấu nâng, ghi như một yêu cầu. Khởi động trực tiếp, sao-tam giác, khởi động mềm hay biến tần. Đừng để nhà cung cấp dùng cấu hình tiêu chuẩn của họ.
4. Quy cách bộ đầu vào biến tần, kèm THD dòng ở đầy tải. Một con số, không phải chữ "có lọc". Yêu cầu bản công bố EMC theo IEC 61000-3-12 nếu dòng cầu trục trên 16 A.
5. Có bao gồm cuộn kháng đường dây hay cuộn kháng mạch DC không, và tỷ lệ phần trăm. Nếu nó không có trên bản vẽ thì nó không có trong tủ.
6. Nhãn động cơ khớp với nguồn thực tế. Vôn trên hertz, không chỉ điện áp. Dòng này ngăn được cái bẫy 60 Hz trong bảng phía trên.
7. Cấp chế độ làm việc và số lần khởi động mỗi giờ, theo từng cơ cấu. Một cơ cấu nâng định mức 180 lần khởi động mỗi giờ ở 30 phần trăm thời gian làm việc là một động cơ khác với loại 300 lần ở 50 phần trăm, và chênh lệch giá là thật.
8. Phương án hãm. Bộ hãm xả và điện trở, hoặc tái sinh. Kèm định mức làm việc của điện trở nếu công trường có những đoạn hạ dài.
9. Nối đất và bảo vệ chống dòng rò. Thiết bị Type B hoặc B+, cáp động cơ có vỏ giáp, chiều dài cáp tối đa, và có cần bộ lọc dv/dt hay không. Ghi rõ bên nào cung cấp cái gì.
10. Ai chạy thử và căn chỉnh biến tần, và căn cứ theo cái gì. Bộ thông số đặt tại nhà máy theo nhãn động cơ, hay đặt tại công trường theo nguồn thực tế. Đây là khoảng trống phổ biến nhất giữa một cầu trục chạy được và một cầu trục có biên bản chạy thử mà không ai tái lập được.
Được, và rất nhiều nơi đang làm vậy. Hãy chọn công suất máy phát theo lần khởi động của động cơ lớn nhất chứ không theo tổng tải kết nối, giữ độ sụt áp trong 20 phần trăm, và lắp cuộn kháng đường dây cho bộ biến tần của cơ cấu nâng. Cầu trục 10 tấn cần 39 đến 46 kVA nếu khởi động trực tiếp, hoặc 20 đến 24 kVA nếu qua bộ biến tần. Điều bạn không thể làm là gắn một bộ biến tần 6 xung trần lên tổ máy 63 kVA rồi mong dạng sóng điện áp vẫn nằm trong IEEE 519. Xem dải cầu trục một dầm để biết cấu hình điện tiêu chuẩn.
Vì động cơ cơ cấu nâng lấy dòng bằng sáu đến tám lần dòng đầy tải trong hai hoặc ba giây ở mỗi lần nâng, và máy phát phải giữ được điện áp trong suốt khoảng đó. Máy phát không được chọn theo 17,6 kW tải vận hành, mà được chọn theo quá độ. Bộ biến tần loại bỏ phần lớn quá độ, đó là lý do cột dùng biến tần trong bảng của chúng tôi chỉ còn chưa bằng một nửa con số khởi động trực tiếp. Khoản tiết kiệm đó thường đủ trả cho bộ biến tần.
Hiếm khi, và thường là không có tác dụng gì cả. Giảm méo điện áp chỉ bằng trở kháng nguồn cần tỷ số ngắn mạch khoảng 34, nghĩa là điện kháng siêu quá độ khoảng 3 phần trăm. Máy phát đồng bộ tiêu chuẩn ở mức 8 đến 14 phần trăm, nên bạn sẽ phải mua tổ máy lớn gấp bốn lần chỉ để nằm ở mép giới hạn. Một cuộn kháng đường dây 5 phần trăm đưa THD dòng từ 101,5 xuống 33,9 phần trăm với chi phí vài trăm đô la và làm được việc ở mọi cỡ máy phát.
Nếu có bộ biến đổi tần số thì có. Hướng dẫn của Doepke nói rõ rằng thiết bị nhiều pha có bộ biến đổi tần số, trong đó nêu đích danh cầu trục, chỉ được vận hành trên thiết bị Type B hoặc B+, vì một sự cố có thể sinh ra dòng rò một chiều bằng phẳng mà thiết bị Type A không phát hiện được. Máy biến áp cách ly hoặc đấu nối cố định là phương án thay thế chấp nhận được. Một thiết bị Type AC trên bộ biến tần của cầu trục là một lần nhảy bảo vệ vô cớ đang chờ xảy ra.
Động cơ thì được, cơ cấu nâng thì có thể không. Giữ nguyên tỷ số vôn trên hertz thì động cơ cho mô-men xoắn như cũ ở tốc độ cao hơn 20 phần trăm. Chạy động cơ 400 V 50 Hz ở 400 V 60 Hz thì tỷ số tụt từ 8,00 xuống 6,67, mất 31 phần trăm mô-men xoắn, và cơ cấu nâng sẽ không nâng được tải danh định. Hãy đặt động cơ theo nguồn điện, hoặc lắp bộ biến tần và đặt điện áp nền cùng tần số nền theo nhãn máy.
Với cầu trục một dầm thì không. Năng lượng thu hồi trên cầu trục 5 tấn ở cấp A5 khoảng 384 kWh một năm, trị giá 46 đô la, so với phần chênh lệch 1.500 đến 3.000 đô la. Trên cầu trục 20 tấn ở chế độ nặng, thời gian hoàn vốn là chín đến mười sáu năm với điện lưới, không thành bài toán đầu tư. Nó đảo chiều ở các công trường dùng máy phát, nơi mỗi kilowatt-giờ biên là dầu diesel, và ở cầu trục công nghệ trên 50 tấn nơi ví dụ tính toán của chính ABB cho thấy tái sinh hoàn vốn. Hãy chi tiền cho cuộn kháng trước.
Bài viết liên quan:
Dấu chân carbon của cầu trục chuyên dụng: Vì sao bốn phân loại con mang gần gấp ba lần một cầu trục móc
Tiêu thụ năng lượng của cầu trục: Cầu trục một dầm thực sự tốn bao nhiêu để vận hành
Lắp đặt cầu trục một dầm: Chạy thử, kiểm định tải và bàn giao
Tiêu chuẩn cầu trục một dầm: So sánh CMAA 74, FEM và EN 15011
Chọn cỡ cầu trục một dầm: Lựa chọn tải trọng, khẩu độ và cấp chế độ làm việc
Cầu trục một dầm: 1 đến 20 tấn, chứng nhận CE