Driefasige generator
Evenwichtige verdeling van de monofasige belasting
Generator
Root server » TechTalk » Electriciteit » Generatoren » Aansluiten » Verdeling van de belasting
Ik kreeg een concrete vraag van een bezoeker van de site: hoe evenwichtig moet de belasting van de drie fasen zijn. Hoeveel verschil mag er zijn tussen de fasen? 20%? 50%? of meer?
-

-

Generator: 400/230V 3Ph+N 50kVA / 40kW
Hoe gaan we te werk om de maximale belasting per fase te berekenen? We hebben verschillende monofasige belastingen die we over de drie fasen moeten verdelen.

De maximale stroom per fase kan gemakkelijk berekend worden, we gebruiken hiervoor het schijnbaar vermogen. We hebben 50kVA te verdelen over drie fasen, dus 16.6kVA met een fasespanning van 230V geeft ons 72.4A per fase. Dit is de maximale stroom die een wikkeling van de alternator kan leveren (hoe de generator verder gecableerd wordt speelt geen rol).

We hebben het werkelijk vermogen van 40kW, dit is het vermogen dat de aandrijfmotor kan leveren. We hebben een vermogen van 13.3kW per fase, dus een stroom van 58A per fase in het geval van een zuivere ohmse belasting. In de praktijk zal men nooit de amperemeter gebruiken om het vermogen te bepalen, want de meeste belastingen zijn geen zuivere weerstanden.

Er bestaan geen formules om te bepalen hoeveel stroom en vermogen een fase kan leveren bij een ongelijke belasting, maar er zijn limieten die niet overschreden mogen worden en richtwaarden die van de alternator afhangen.

Een limiet die niet overschreden mag worden is 72.4A per fase. Men mag een fase niet zwaarder belasten als men een andere fase minder zwaar belast. Het schijnbaar vermogen per fase bedraagt 16.6kVA.

Het maximaal effektief vermogen dat een generator op één fase kan leveren is een mechanisch probleem. Als we slechts één fase belasten, dan hebben we een voordurende pulsatie van het koppel van 0 naar 100%. De aandrijfas kan daardoor beschadigd geraken. Het vermogen van 13.3kW op één fase halen we dus zeker niet. De reden waarom alle alternatoren driefasig zijn, is omdat het koppel (de mechanische belasting op de motor) altijd constant is als de belasting evenwichtig is.

De aandrijfmotor is meestal een dieselmotor, en die geeft op zich een onstabiel koppel. Bij de verbranding in een cylinder heeft men kortstondig een hoog koppel. De koppelverschillen worden opgevangen door het vliegwiel. De motor zelf heeft dus nauwelijks last van de ongelijke belasting op de fasen.

Het probleem situeert zich aan de kant van de alternator. Hoe ongelijk mag de belasting zijn? Men moet de documentatie van de fabrikant raadplegen, maar ken kan algemene richtlijnen geven.

Bij een laag vermogen van 50kVA zou men één fase mogen belasten tot 10kW mechanisch vermogen (als men slechts één enkele fase belast) en 20kW bij een belasting op twee fasen. Gebaseerd op deze cijfers is een verschil in stroomsterkte tussen de fasen van maximaal 40A aanvaardbaar (verschil tussen de meest en de minst belaste fase). We gaan ervan uit dat de arbeidsfactor van alle belastingen ongeveer identiek is.

Bij een generator met een hoger vermogen is de mechanische belasting hoger. De limieten zijn dan ook stricter: een generator van 500kVA kan bijvoorbeeld slechts 50kW leveren als die op één fase belast wordt.

Vaak doet men een trillingsanalyse van de alternator om na te gaan tot hoe ver men een alternator op één fase kan belasten. Deze waarden zijn voor iedere alternator verschillend en hangen af van de mechanische slijtage van de alternator (rollagers, excentriciteit van de veldwikkeling, enz).

Om de belasting over de verschillende fasen te spreiden gebruikt men de fase-ampèremeters. We gaan ervan uit dat de arbeidsfactor ongeveer identiek is. Het verschil in stroomsterkte moet zo klein mogelijk zijn, en mag een bepaalde waarde niet overschrijden.

Indien men één enkele zware belasting op de generator moet aansluiten, dan is de situatie veel duidelijker. Men zal dan de belasting op een speciale manier aansluiten, de dog leg aansluiting (ook open delta aansluiting genoemd). In dit geval beschikt men over 16.7kVA in plaats van 10kW (één fase aangesloten). ik gebruik hier bewust het schijnbaar en het effektief vermogen door elkaar: bij een dog leg aansluiting is de limiet de maximale stroom door de wikkelingen, bij een enkelfasige aansluiting is de beperking mechanisch.

Bij een dog leg aansluiting heeft men een gegarandeerd schijnbaar vermogen (en effektief vermogen, als men de arbeidsfactor kent). Maar we zetten alles nog even in een tabel:

Generator 230/400V 50kVA/40kW (fasestroom 72.4A)
Eén fase belast

Imax = 72.4A
Pmax = 10kW

Limiet: ongelijke mechanische belasting

Verdeelde belasting

Imax = 72.4A
verschil < 40A

Limiet: maximaal stroomverschil

Dog leg (open delta)

Imax = 72.4A
Pmax = 16.6kVA (gewaarborgd)

Limiet: maximale stroom in een wikkeling

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's

-