EN
V distribuovanej priemyselnej výkonnej sústave sa zaťaženie zvyčajne neprejavuje ako stály laboratórny odpor. Pohonný pás sa môže spustiť, čerpadlo môže cyklovať, zvárací stánok môže pulzovať a motor napájaný meničom môže náhle prestáť odoberať výkon. Užitočnou otázkou nie je, či trvalý magnetický generátor PMG dokáže vyrábať elektrinu. Otázkou je, či generátor, menič, ochrana a riadiace systémy dokážu udržať použiteľné zbernice stabilné, keď sa požiadavky menia rýchlejšie, než je schopný reagovať pohonný stroj.
Ako inžinier v oblasti obnoviteľných zdrojov energie, ktorý prehliada krivky zaťaženia a správy o uvedení do prevádzky, začínam s cyklom zaťaženia namiesto menovitých hodnôt. Toto rozlíšenie je dôležité, pretože permanentný magnetický generátor (PMG) má pevné magnetické pole. Nedokáže zvyšovať ani znížiť budivací prúd rotora rovnakým spôsobom ako alternátor s vinutím na budenie. Jeho prispôsobenie nestabilným podmienkam zaťaženia preto vyplýva zo súradného systému: mechanická zotrvačnosť, konštrukcia elektrickej strojovej jednotky, výkonová elektronika, akumulácia energie a postupné riadenie zaťaženia.
Prečo nestabilné zaťaženia predstavujú výzvu pre permanentný magnetický generátor (PMG)
Napätie a frekvencia generátora sú prepojené s rýchlosťou rotora a vlastnosťami stroja. Keď sa priemyselná záťaž náhle zvýši, elektrický krútiaci moment stúpne. Ak motor, turbína, hydraulický pohonný mechanizmus alebo iný pohonný stroj neposkytne okamžite zodpovedajúci krútiaci moment, rýchlosť klesne. Pri priamej striedavovej konfigurácii to môže spôsobiť pokles frekvencie a napätia na svorkách. Náhle odpojenie záťaže môže mať opačný účinok: rýchlosť a napätie môžu stúpnuť, kým regulátor nezníži vstupný výkon, neodvedie energiu alebo nepoužije brzdenie.
Kľúčovým bodom je, že PMG nie je zásadne nestabilný. Reaguje rýchlo, pretože nemá obvod rotorového magnetického poľa, ktorý by sa musel postupne vytvárať. Avšak táto rýchla elektromagnetická reakcia neodstraňuje problém vyváženia energie. Systém stále potrebuje miesto, odkiaľ sa energia počas náhlého zvýšenia záťaže berie, a miesto, kam sa počas náhleho odpojenia záťaže ukladá.
Toto sa často nesprávne chápe len ako problém veľkosti generátora. Presnejšie povedané, ide o problém zhody medzi prechodovou schopnosťou generátora, krútiacim momentom a rýchlosťou hnacej sily, výkonom meniča, kapacitou DC-zbernice alebo úložiska a postupnosťou zaťaženia. Jednotka, ktorá vyzerá dostatočná pri menovitom výkone, môže stále poskytovať zlú spojitosť procesu, ak tieto komponenty nie sú dobre koordinované.
Ako elektronické výkonové rozhranie vytvára prispôsobivosť
Pri distribuovanej generácii s premennou rýchlosťou je bežnou architektúrou striedavý výstup z permanentného magnetického generátora (PMG), usmernenie na DC zbernicu a následné pretvorenie na napätie a frekvenciu požadované priemyselnými záťažami. Riadený alebo aktívny usmerňovač dokáže regulovať prúd generátora, zatiaľ čo menič udržiava striedavú zbernici v dolnom smere v rámci programovaných limít. Tým sa oddeľuje rýchlosť generátora od výstupnej frekvencie vnímanej v závode.
Počas kladného skoku zaťaženia invertor zaznamenáva tendenciu poklesu napätia na DC-zbernici a zvyšuje požiadavku na výkon. Regulátor usmerňovača požaduje väčší prúd generátora v rámci bezpečných limít. Stále môže dôjsť k krátkodobej výchylke napätia; cieľom je kontrolované obnovenie, nie nereálne sľubovanie nulovej odchýlky. Po odpojení zaťaženia systém riadenia zníži elektrické zaťaženie PMG a musí spravovať nadbytok mechanického vstupu prostredníctvom riadenia hnacej jednotky, odberu do odpadového zaťaženia, nabíjania úložného zariadenia alebo brzdenia.
Diodový usmerňovač môže byť vhodný pre jednoduchšie aplikácie, avšak ponúka nižšiu ovládateľnosť prúdu a správania sa DC-zbernice v porovnaní s aktívnym vstupným konvertorom. Správna voľba závisí od dynamiky zaťaženia na mieste, obmedzení harmonických zložiek, stratégie pri poruchách, schopností údržby a rozpočtu. Ak je vašou prioritou nepretržitý chod procesu pri častých skokoch zaťaženia, prvým faktorom na vyhodnotenie je komplexný balík riadenia konvertora, nie samotný PMG.
Mechanický návrh stále zohráva dôležitú úlohu počas rýchlych prechodných javov
Elektrické riadenia pracujú v rámci fyzikálnych obmedzení. Zotrvačnosť rotora dodáva alebo absorbuje energiu po krátky časový interval, avšak príliš malá zotrvačnosť môže spôsobiť rýchlu zmenu rýchlosti po skokovej zmene. Príliš veľká zotrvačnosť môže spomaliť schopnosť systému sledovať dostupný premenný zdroj energie. Na výsledok tiež vplývajú tuhosť spojky, torzné módy, limity prepríškovej rýchlosti a odpoveď regulátora alebo turbínového regulátora.
Konfigurácie generátorov s trvalým magnetom (PMG) s priamym pohonom môžu znížiť počet mechanických porúch vylúčením prevodovky v vhodných aplikáciách. To je užitočné na odľahlých alebo ťažko prístupných priemyselných lokalitách, hoci priamy pohon nezrušuje potrebu posúdiť vlnivosť krútiaceho momentu a dynamiku hriadeľa. Keď sa zohľadnia okolitá teplota, nadmorská výška, chladenie krytu a skutočný režim prevádzky, menovitý výkon nie je rovnaký ako nepretržitá výkonnosť na mieste.
Rovnaké uvažovanie platí aj vtedy, keď sa Motor s permanentnými magnetmi (PMSM) je súčasťou zaťaženia. PMSM riadený frekvenčným meničom môže počas zrýchľovania, spomaľovania alebo rekuperatívneho brzdenia spôsobiť rýchle zmeny požiadaviek na výkon. Súlad medzi rampovými rýchlosťami meniča a správou rekuperácie s regulátorom na strane generátora zabraňuje tomu, aby jedna časť mikro-siete donútila inú časť k nevyhnutnému vypnutiu.
Štyri návrhové opatrenia pre nestabilné priemyselné zaťaženia
1. Vytvorte realistický profil skokového zaťaženia
Zoznam najväčších štartov motorov, zváracích cyklov, prechodov kompresorov, rekuperatívnych udalostí a súčasných prevádzkových režimov. Zaznamenajte spôsob štartu, očakávaný čas rampy, správanie sa účinnejho faktora a trvanie. Nepočítajte veľkosť len zo súčtu ustálených kW. Kľúčový posun, ktorý mení charakter špecifikácie, spočíva v uvedomovaní si, že maximálny výkon má význam len vtedy, ak ho generátor a jeho riadiaca elektronika dokážu podporiť v reálnom časovom profile tohto maxima.
2. Vyhradte prechodový prúd a rezervu meniča
Určte samostatne prúdové limity pre nepretržitý a krátkodobý prevádzkový režim pre PMG, usmerňovač, invertor, káble a zariadenia na ochranu. Prebytok výkonu meniča je užitočný len vtedy, ak to umožňujú tepelné limity, limity napätia na DC-zbernici a poháňací stroj. Počas uvádzania do prevádzky sa musí overiť odpoveď systému na typické skoky zaťaženia namiesto predpokladu, že zverejnené percento prebytku výkonu platí pre každú inštaláciu.
3. Pridajte energetické vyrovnávanie a bezpečnú cestu na odvod energie
Kondenzátory na DC-zbernici zvládajú veľmi krátke poruchy. Batérie, superkondenzátory, zotrvačníky alebo iné úložné zariadenia môžu pokryť dlhšie medzery medzi zmenou zaťaženia a reakciou poháňacieho stroja. Pri nadmernom dodávke energie alebo náhlom vypnutí zaťaženia môže byť potrebná riaditeľná odberová záťaž, brzdiaci odpor, nabíjačka úložného zariadenia alebo cesta na zníženie vstupného výkonu. Správna kombinácia závisí od veľkosti a trvania energie, nie od všeobecného preferovaného výrobku.
4. Koordinujte nastavenia riadenia a ochrany
Nastavte rozumné limity pre napätie na DC-zbernici, prúd generátora, rýchlosť, preťaženie invertora, frekvenciu a odpojenie zaťaženia. Použite postupné priority tak, aby sa nekritické zaťaženia odpojili pred základnými ovládacími prvkami alebo bezpečnostným vybavením. Vyhnite sa nastaveniam ochrany, ktoré sa navzájom vylučujú: napríklad príliš rýchly limit prúdu generátora spoločne s vypnutím invertora pri podnapätí môže premieniť ovládateľnú udalosť na výpadok.
Postup uvádzania do prevádzky, ktorý odhalí slabé miesta
- Skontrolujte polaritu, uzemnenie, izoláciu a kalibráciu snímačov pred zapnutím celého systému.
- Prevádzkujte pohonný stroj a trvalý magnetický generátor (PMG) v očakávanej rýchlostnej škále bez technologického zaťaženia.
- Postupne aplikujte odporové a indukčné zaťaženia a pozorujte rýchlosť, striedavý prúd, napätie na DC-zbernici, výstupné napätie a dobu obnovy.
- Opakujte testy pre skutočné vysokej dôležitosti zariadenia vrátane nábežných charakteristík každého pohonu s trvalým magnetickým motorom (PMSM).
- Testovanie odmietnutia zaťaženia, obmedzenia nabíjania úložiska, prevádzka odberu prebytočnej energie (dump-load) a postupné vypínanie zaťaženia za dozoru.
- Zaznamenajte poplachy a trendy, aby budúce tímy údržby mohli rozlíšiť mechanický problém spôsobený starnutím od problému vyvolaného nesprávnym nastavením riadenia.
Podmienky majú význam. Nastavenie riadenia, ktoré je stabilné pri teplom motore a čiastočne zaťaženej dielni, môže vyžadovať úpravu pri nízkej vonkajšej teplote, na veľkej nadmorskej výške alebo po rozšírení výroby. Preto by sa skúška prevádzkovej spôsobilosti na mieste mala považovať za súčasť prispôsobenia generátora, nie za doplnkovú aktivitu.
Čo sa opýtať pred výberom systému
- Aké sú najväčšie kladné a záporné skoky zaťaženia a ako často sa vyskytujú?
- Ako rýchlo môže hlavný pohonný stroj pridať alebo odobrať krútiaci moment?
- Bude výstup tvoriť priamy striedavý prúdový zberný vedenie (AC bus) alebo regulované jednosmerné prúdové zberný vedenie (DC bus), za ktorým nasleduje menič?
- Ktoré zaťaženia sú kritické, odložiteľné alebo bezpečné na vypnutie?
- Ako bude absorbovaná regeneračná energia z permanentného magnetického motora (PMSM) alebo iného pohonného zariadenia?
- Aké okolné podmienky vyžadujú zníženie výkonu a aké monitorovanie bude po uvedení do prevádzky k dispozícii?
Tu neexistuje univerzálna odpoveď. Skromná, predvídateľná záťaž môže fungovať dobre s jednoduchým usporiadaním, zatiaľ čo miesto s častými štartmi, rekuperáciou a meniacou sa rýchlosťou pohonnej jednotky zvyčajne profituje z výkonnejšej konverzie, vyrovnávacej pamäte a dozornej regulácie. Najspoľahlivejšia inštalácia permanentného magnetického generátora (PMG) je tá, ktorá je špecifikovaná na základe nameraného správania záťaže a overená prechodovými testami – nie tá, ktorá je vybraná iba na základe ustáleného výkonu v kW.
