ВКР 13.03.02 ПЗ-648 (1231015), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

ШУ для насосной станции обеспечивает:

– защиту насосной установки от нарушений параметров питающей сети, перегрузки, короткого замыкания, «сухого хода»;

– автоматическую работу наносных агрегатов, соблюдение временных режимов работы для обеспечения требуемой производительности;

– аварийный останов при выходе технологических параметров за установленные пределы.

Проектируемый ШУ будет содержать в себе основное оборудование такое как: контроллер, два преобразователя частоты (ПЧ) соответственно для двух двигателей предназначенных для насосов, а третий двигатель будет пускаться на прямую, а также электрооборудование питания и защиты для контроллера и ПЧ.

2.2 Частотное управление

Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию и приводит в движение исполнительный орган технологического механизма. На рисунке 2.1 представлена принципиальная схема частотного управления электроприводом.

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема частотного управления электроприводом

Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и представляет собой электронное статическое устройство. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменными амплитудой и частотой.

Название «частотно регулируемый электропривод» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя частоты [7]. В наиболее распространенном частотно регулируемом приводе на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются скалярное и векторное частотное управление.

При скалярном управлении по определенному закону изменяют амплитуду и частоту приложенного к двигателю напряжения. Изменение частоты питающего напряжения приводит к отклонению от расчетных значений максимального и пускового моментов двигателя, к.п.д., коэффициента мощности. Поэтому для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя необходимо с изменением частоты одновременно соответственно изменять и амплитуду напряжения.

В существующих преобразователях частоты при скалярном управлении чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу. То есть при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность двигателя. При постоянстве перегрузочной способности номинальные коэффициент мощности и к.п.д. двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не изменяются. Дополнительной особенностью скалярного метода является легкость и простота при реализации.

Векторное управление позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя.

Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле. При непосредственном управлении моментом необходимо изменять кроме амплитуды и фазу статорного тока, то есть вектор тока. Этим и обусловлен термин «векторное управление».

Для управления вектором тока, а, следовательно, положением магнитного потока статора относительно вращающегося ротора требуется знать точное положение ротора в любой момент времени. Задача решается либо с помощью выносного датчика положения ротора, либо определением положения ротора путем вычислений по другим параметрам двигателя. В качестве этих параметров используются токи и напряжения статорных обмоток.

Преимущества применения частотного управления электроприводом:

– высокая точность регулирования;

– экономия электроэнергии в случае переменной нагрузки (то есть работы электродвигателя с неполной нагрузкой);

– равный максимальному пусковой момент;

– возможность удалённой диагностики привода по промышленной сети;

– распознавание выпадения фазы для входной и выходной цепей;

– повышенный ресурс оборудования;

– уменьшение гидравлического сопротивления трубопровода из-за отсутствия регулирующего клапана;

– плавный пуск двигателя, что значительно уменьшает его износ;

– управляемое торможение и автоматический перезапуск при пропадании сетевого напряжения;

– подхват вращающегося электродвигателя;

– стабилизация скорости вращения при изменении нагрузки;

– дополнительная экономия электроэнергии от оптимизации возбуждения электродвигателя.

2.3 РАСЧЕТ И ВЫБОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

Начало расчета преобразователя частоты (ПЧ) начинается с нахождения номинального и динамического моментов ЭД [8].

Рассчитаем номинальный момент на валу двигателя М_н, по формуле:

, (2.1)

где Р_н – номинальная мощность двигателя (кВт);

n – частота вращения (об/мин).

Подставим известные значения в формулу (2.1) и найдем М_н:

Рассчитаем динамический момент на валу двигателя М_дин., по формуле:

, (2.2)

где J – приведенный к валу двигателя момент инерции нагрузки (Н·м);

t – время (сек) в течение которого требуется разогнать двигатель до частоты вращения n.

Подставим известные значения в формулу (2.5) и найдем М_дин.:

Далее следует рассчитать пусковую мощность двигателя Р_п, по формуле:

, (2.3)

где k – коэффициент искажения тока, на выходе ПЧ. Коэффициент искажения принято брать k = 0,95 – 1,05;

– коэффициент полезного действия (КПД) двигателя.

Подставим все известные значения в формулу (2.3) и найдем пусковую мощность двигателя:

На основании этой величины выбирается рабочая мощность преобразователя частоты Р_пч, которая должна соответствовать условию:

, (2.4)

Подставим пусковую мощность Р_п в формулу (2.4) и найдем предполагаемую мощность преобразователя частоты Р_пч:

При этом ток, который потребляет электродвигатель при линейном разгоне – I_d, не должен превышать пусковой ток преобразователя частоты:

, (2.5)

где U_н – номинальное напряжение на двигателе вентилятора.

Подставляем все известные значения в формулу (2.5) и находим ток I_d:

.

Очень важно сделать правильный выбор ПЧ. От него будет зависеть эффективность и ресурс работы ПЧ и всего электропривода в целом. Так если мощность преобразователя будет слишком завышена, он не сможет в должной мере обеспечить защиту двигателя. С другой стороны, если мощность преобразователя мала, он не сможет обеспечить высоко динамичный режим работы и из-за перегрузок может выйти из строя. Правильная эксплуатация так же сильно влияет на срок службы преобразователя. Основным критерием выбора ПЧ является паспортная мощность, она должна быть больше или равна паспортной мощности двигателя.

В соответствии с рассчитанными данными произведём выбор преобразователя частоты по следующим параметрам электродвигателя М315МК-4:

– номинальная мощность – 250 кВт;

– номинальный ток – 456 А;

– ток, потребляемый электродвигателем при разгоне – 589,713 А.

Мощность является одним из наиболее основных параметров электропривода при выборе преобразователя. В соответствии с имеющейся номинальной мощностью двигателя выбирается преобразователь частоты, рассчитанный на такую же мощность. И такой выбор будет являться правильным при условии, что нагрузка на валу не будет динамично изменяться, ток не будет значительно превышать номинальное установленное значение, как для данного двигателя, так и преобразователя. Поэтому более корректным было бы производить выбор по максимальному значению тока потребляемого двигателем от частотного преобразователя с учетом перегрузочной способности последнего. Выбираем преобразователь частоты модели EI-7011 Российской компании ВЕСПЕР. Преобразователи этой серии специально используются для двигателей насосов.

Преобразователь частоты модели EI-7011 – общепромышленный преобразователь скалярного типа. Область применения связана с приводами насосов и вентиляторов [9]. Кроме этого, частотные преобразователи со скалярными методом управления используют там, где важно поддерживать определенный технологический параметр, например, давление в трубопроводе. Изменение амплитуды, а также частоты питающего напряжения выступает в качестве основного принципа, на котором основывается данный метод. Дополнительные особенности скалярного метода заключается в свойственной ему легкости при реализации.

EI-7011 предназначен для управления общепромышленными механизмами, не требующими специального регулирования. На рисунке 2.2 представлен внешний вид преобразователя частоты EI-7011.

Рисунок 2.2 Внешний вид преобразователя частоты

QF – автоматический выключатель; D – входной фильтр для ПЧ; R, S, T – выводы для подключения ПЧ к трехфазной сети; U,V,W – выводы для подключения электродвигателя M

Рисунок 2.3 – Схема электрических соединений системы преобразователя

Таблица 2.1 – Технические характеристики преобразователя частоты

2.4 Выбор микроконтроллера

В настоящее время практически все современные системы, процессы производства и контроля на многих предприятиях полностью автоматизированы. Но также есть необходимость автоматизировать процессы используемые уже очень давно. Для осуществления процесса автоматизации существует огромное количество сложных механизмов и хитрых приспособлений, малую часть которых составляют небольшие устройства, называемые программируемыми реле или микроконтроллерами.

Характеристики

Список файлов ВКР