ВКР 13.03.02 - 648 (1230896), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Согласно характеристикам насосов, представленным в таблице 7 и 8, выбираем частотный преобразователь для управления пуском, остановкой двигателя насосного агрегата и поддержания необходимого давления в трубопроводе.
4.2 Выбор частотного преобразователя
Частотные преобразователи – устройство регулирования скорости вращения асинхронных электродвигателей вследствие изменения частоты напряжения питания электродвигателя. Применение частотно-регулируемого привода позволяет осуществлять регулирование скорости как в процессе работы, так и при разгоне и торможении. Частотный преобразователь к тому же осуществляет защиту электродвигателя от перегрузок, что увеличивает долговечность электрической и механической части оборудования. С экономической точки зрения применение частотно-регулируемого привода в различных механизмах увеличивает энергосбережение до 60%.
Допустим, насосы имеют характеристики вида 1, а магистраль — характеристику вида 4(рисунок З). Увеличение подачи и давления производится в следующем порядке. На начальном этапе в работу включается один насос с частотно-регулируемым электроприводом. Для обеспечения подачи Q1 его частота вращения увеличивается до значения ɷ1. Дальнейший рост подачи и давления возможен до величин Q3 и РЗ соответственно.
Если необходимо обеспечить дальнейшее увеличение подачи, то происходит переключение питания электропривода второго насоса с выхода преобразователя частоты на сеть, а к выходу преобразователя частоты коммутируется электропривод второго насоса и частота вращения увеличивается до требуемого значения. Например, для обеспечения подачи и давления Q2' и Р2' соответственно частота вращения второго насоса должна быть увеличена до значения ɷ2’. Таким образом обеспечивается регулирование параметров насосной станции в области, заключенной между характеристиками 1 и 2.
Рисунок 4.3 - График комбинированного режима работы системы подкачки
При снижении подачи и давления коммутация и регулирование частоты вращения электроприводов насосов происходит в обратном порядке.
Рассмотренный способ регулирования режима работы насосной установки обеспечивает плавное и непрерывное изменение подачи и давления жидкости в широком диапазоне изменения значений регулируемых параметров от Q1 до Q3" и характеристики сети от 4 до 4’.
По заданию частотный преобразователь осуществляет функцию разгона и торможения асинхронного двигателя, регулирует скорость вращения двигателя по давлению.
Исходя из мощности выбранного двигателя, а так же условий пуска двигателя выбираем частотный преобразователь Altivar 61. Преобразователи частоты серии Altivar 61 предназначены для регулирования скорости вращения трехфазных асинхронных электродвигателей мощностью от 0,75 до 630 кВт и номинальным напряжением 380 В. Встроенный ПИД-регулятор преобразователя частоты позволяет управлять такими процессами как поддержание давления, расхода. Нагрузкой электродвигателя могут служить как насосы, вентиляторы, так и приводы различных механизмов с постоянным и переменным моментом.
Внешний вид реле давления изображен на рисунке 4.3.
Рисунок 4.3 – Внешний вид выбранного частотного преобразователя
Технические данные преобразователя частоты приведены в таблице 4.3.
Таблица 4.3 - Технические данные преобразователя частоты
| Наименование параметра | ATV61HC25N4D |
| 1 | 2 |
| Максимальная мощность применяемого двигателя, кВт | 250 |
| Полная мощность преобразователя, кВА | 292,2 |
| Номинальный выходной ток, А | 302 |
| Сетевое напряжение | Трёхфазное 380 В |
| Коэффициент полезного действия | 1 – 16 кГц, автоматически регулируется в зависимости от температуры и нагрузки |
| Выходная частота | 0 - 500 Гц |
| Номинальная выходная частота | 50 Гц |
| Допустимое отклонение напряжения | +10 %, -15 % |
Окончание таблицы 4.3
| 1 | 2 | |
| Допустимые отклонения частоты | ±5 % | |
| Метод управления | Синусоидальная ШИМ | |
| Стартовый крутящий момент | 150 % при 1 Гц | |
| Полоса пропускания ПИД-регулятора по скорости | 5 Гц | |
| Диапазон управления частотой | От 1,5 до 50 Гц | |
| Точность частотных режимов | Цифровая команда ±0,01 % | |
| Аналоговая команда: ±0,1 % | ||
| Разрешение по частоте | Опорный цифровой сигнал: ± 0,01 Гц | |
| Опорный аналоговый сигнал: ±0,03 Гц / 60 Гц (11 бит + код) | ||
| Разрешение по частоте | 0,01 Гц | |
| Запас по перегрузке | 150 % от номинального выходного тока (1 минута) | |
| Сигнал задания частоты | от-10 до 10 В, от 0 до 10 В, от 4 до 20 мА | |
| Время разгона/торможения | от 0,01 до 9000 с | |
4.3 Выбор силового выключателя
Для того, чтобы выбрать автоматический выключатель рассчитаем пусковой ток двигателя по формуле (4.3):
где 
= 6,9 – кратность пускового тока выбранного асинхронного двигателя.
Подставив известные значения в формулу (4.3), получим:
Автоматические выключатели ВА-99 торговой марки EKF предназначены для оперативных включений и отключений тока в нормальном режиме, а также защиты от токов перегрузки и коротких замыканий в различных электроустановках номинальным рабочим напряжением до 400 В переменного тока частотой 50 Гц с токами от 12,5 до 630 А. Выбираем силовой выключатель ВА-99/800 630A.
Техническая характеристика выключателя приведена в таблице 4.4.
Таблица 4.4 - Техническая характеристика силового выключателя.
| Параметр | Значение
измерения |
| Номинальное напряжение Uном, В | 400 |
| Номинальный ток Iном, A | 630 |
| Уставка электромагнитного расцепителя | 10хIном |
-
РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НАСОСНЫМИ АГРЕГАТАМИ
Основным элементом водопроводного узла,, обеспечивающим подачу воды в промышленные и жилые районы городов, является подсистема подкачки - группа центробежных насосов, приводимых в движение асинхронными трехфазными двигателями. Задачей подсистемы подкачки является подача в магистрали определенного объема воды с давлением, не ниже некоторого требуемого, обычно определяемого необходимым давлением в самой верхней точке магистрали. Достижение необходимого расхода и давления осуществляется несколькими путями: изменением положения задвижек на выходном трубопроводе насоса или изменением частоты вращения. Тогда, как метод с использованием задвижек имеет меньший КПД и увеличивает износ запорного и насосного оборудования, в методе с изменением частоты вращения отсутствуют такие недостатки. Зачастую, вал насоса связан с ротором электродвигателя напрямую без понижающих или повышающих редукторов, что означает возможность изменения скоростей их вращения лишь путем изменения скорости вращения ротора двигателя. В этом случае использование асинхронного электродвигателя в качестве привода дает преимущество в управлении и упрощает систему управления электронасосом.
На основе подсистемы подкачки составим структурную схему автоматической системы управления. Питание электродвигателей осуществляется с подстанции напряжением постоянной частоты и постоянной амплитуды, затем электродвигатели приводят в действие центробежные насосы так, что те способны обеспечить максимальный необходимый напор и расход воды, притом последний является величиной переменной. При необходимости уменьшения подаваемых объемов воды используются задвижки на выходных трубопроводах. Для улучшения КПД и снижения энергетических затрат подсистемы следует отказаться от существующего способа поддержания гидравлических параметров и разработать систему с динамически изменяющейся мощностью.
Наблюдаем, что при постоянном напоре на выходе следует управлять лишь расходом воды, т.е. частотой вращения крыльчатки насоса и как следствие - частотой вращения ротора привода насоса. Составим структурную схему системы автоматического управления на основе сделанных выводов. Структурная схема представлена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 - Структурная схема автоматического управления насосными агрегатами
Система состоит из управляющего устройства(УУ), получающего уставку U и влияющего на скорость ротора асинхронного двигателя(АД) и как следствие - на крыльчатку центробежного насоса(ЦН). Объем воды, перекачанный насосом, проходит некоторый промежуток по магистрали(М), величина которого снимается датчиком и в качестве обратной связи поступает на элемент сравнения, формируя сигнал рассогласования. К тому же следует учесть момент сопротивления ротора двигателя, который будет возмущающим воздействием в системе управления. Для предотвращения аварийной ситуации целесообразно получать сведения о скорости вращения ротора двигателя.
В качестве выходной величины системы принят расход воды. Выберем входной параметр, который будет отвечать за изменение скорости вращения ротора двигателя.
Известно что, скорость вращения ротора асинхронного двигателя зависит от частоты питающего напряжения:
(5.1)
где fl - частота питающего напряжения, р - число полюсов, s - скольжение.
Исходя из этого выражения, очевидно, что осуществлять управление скоростью ротора можно путем изменения частоты напряжения питания. Подобное управление называют частотным и в последнее время получает широкое распространение. К тому же, сейчас широко выпускаются интеллектуальные частотные преобразователи, позволяющие не только изменять частоту напряжения, а программировать в себя определенные законы управления, что может значительно упростить реализацию системы управления. Для выбора закона управления необходимо проанализировать передаточную функцию объекта относительно частоты питающего напряжения. Определим передаточные функции каждого из звеньев.
Будем искать передаточную функцию асинхронного двигателя как отношение частоты вращения ротора к частоте питающего напряжения. В [1] предлагается эту передаточную функцию разбить на две составляющих - «момент/частота» и «частота/момент» для возможности учета момента сопротивления, действующего на вал двигателя. Структурная схема при управлении частотой напряжения статора представлена на рисунке 5.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
