Sūkņu agregātu elektriskā piedziņa ar frekvenci

Centrbēdzes sūkņu darbības režīmi ir energoefektīvākie regulējami, mainot to riteņu griešanās ātrumu. Riteņu griešanās ātrumu var mainīt, ja kā piedziņas motoru izmanto regulējamu elektrisko piedziņu.
Gāzes turbīnu un iekšdedzes dzinēju konstrukcija un raksturlielumi ir tādi, ka tie var nodrošināt rotācijas ātruma izmaiņas vajadzīgajā diapazonā.

Katra mehānisma griešanās ātruma regulēšanas process tiek ērti analizēts, izmantojot ierīces mehāniskās īpašības.

Apsveriet sūknēšanas iekārtas, kas sastāv no sūkņa un elektromotora, mehāniskās īpašības. attēlā. 1 parāda mehāniskās īpašības centrbēdzes sūknim, kas aprīkots ar pretvārstu (līkne 1) un elektromotoru ar vāverveida rotoru (līkne 2).

Rīsi. 1. Sūknēšanas iekārtas mehāniskie parametri

Atšķirību starp elektromotora griezes momenta vērtībām un sūkņa pretestības griezes momentu sauc par dinamisko griezes momentu.Ja motora griezes moments ir lielāks par sūkņa pretestības momentu, dinamiskais griezes moments tiek uzskatīts par pozitīvu, ja tas ir mazāks, tas ir negatīvs.

Pozitīva dinamiskā momenta ietekmē sūkņa iekārta sāk strādāt ar paātrinājumu, t.i. paātrina. Ja dinamiskais griezes moments ir negatīvs, sūkņa iekārta darbojas ar aizkavi, t.i. palēninās.

Kad šie momenti ir vienādi, notiek stacionārs darbības režīms, t.i. sūkņa iekārta darbojas ar nemainīgu ātrumu. Šo ātrumu un atbilstošo griezes momentu nosaka elektromotora un sūkņa mehānisko raksturlielumu krustpunkts (punkts a 1. att.).

Ja regulēšanas procesā tā vai citādi mainās mehāniskais raksturlielums, piemēram, kļūst mīkstāks, elektromotora rotora ķēdē ieviešot papildu rezistoru (3. līkne 1. att.), elektromotora griezes moments. kļūs mazs no pretestības brīža.

Negatīvā dinamiskā griezes momenta ietekmē sūkņa iekārta sāk darboties ar kavēšanos, t.i. palēninās, līdz atkal sabalansējas griezes moments un pretestības moments (punkts b 1. att.). Šis punkts atbilst ātruma un griezes momenta īpašvērtībai.

Tādējādi sūknēšanas iekārtas griešanās ātruma regulēšanas procesu pastāvīgi pavada elektromotora griezes momenta un sūkņa pretestības momenta izmaiņas.

Sūkņa apgriezienu regulēšanu var veikt vai nu mainot elektromotora apgriezienus, kas ir stingri savienots ar sūkni, vai arī mainot pārnesumskaitli transmisijai, kas savieno sūkni ar elektromotoru, kas darbojas nemainīgā ātrumā.

Elektromotoru griešanās ātruma regulēšana

Maiņstrāvas motori galvenokārt tiek izmantoti sūknēšanas iekārtās. Maiņstrāvas motora griešanās ātrums ir atkarīgs no barošanas strāvas frekvences f, polu pāru skaita p un slīdēšanas s. Mainot vienu vai vairākus no šiem parametriem, var mainīt elektromotora un tam pievienotā sūkņa ātrumu.

Frekvences elektriskās piedziņas galvenais elements ir frekvences pārveidotājs… Invertoram ir nemainīga režģa frekvence f1, kas pārveidota par mainīgo e2. Proporcionāli frekvencei e2 maina pārveidotāja izejai pievienotā elektromotora ātrumu.

Ar frekvences pārveidotāju tīkla spriegums U1 un frekvence praktiski nemainās f1 pārvēršot mainīgos parametros U2 un e2, kas nepieciešami vadības sistēmai. Lai nodrošinātu stabilu elektromotora darbību, ierobežotu tā pārslodzi strāvas un magnētiskās plūsmas ziņā, uzturētu augstus enerģijas rādītājus frekvences pārveidotājā, ir jāuztur noteikta attiecība starp tā ieejas un izejas parametriem atkarībā no elektromotora veida. mehāniskā sūkņa īpašības. Šīs attiecības ir iegūtas no frekvences kontroles likuma vienādojuma.

Sūkņiem ir jāievēro attiecība:

U1 / f1 = U2 / f2 = konst

attēlā. 2 parāda asinhronā motora mehāniskos raksturlielumus ar frekvences regulēšanu.Samazinoties frekvencei f2, mehāniskais raksturlielums ne tikai maina savu pozīciju n — M koordinātēs, bet arī zināmā mērā maina savu formu. Jo īpaši tiek samazināts elektromotora maksimālais griezes moments. Tas ir saistīts ar faktu, ka ar attiecību U1 / f1 = U2 / f2 = const un frekvences izmaiņas f1 neņem vērā statora aktīvās pretestības ietekmi uz motora griezes momenta lielumu.

Rīsi. 2. Frekvences elektriskās piedziņas mehāniskie raksturlielumi maksimālajās (1) un samazinātajās (2) frekvencēs

Regulējot frekvenci, ņemot vērā šo ietekmi, maksimālais griezes moments paliek nemainīgs, tiek saglabāta mehāniskā raksturlieluma forma, mainās tikai tā pozīcija.

Frekvences pārveidotāji ar impulsa platuma modulācija (PWM) ir augstas enerģijas īpašības, jo pārveidotāja izejā tiek nodrošināta strāvas un sprieguma līkņu forma, kas tuvojas sinusoidālai. Pēdējā laikā visizplatītākie ir frekvences pārveidotāji, kuru pamatā ir IGBT moduļi (izolēti vārti bipolāri tranzistori).

IGBT modulis ir augstas efektivitātes galvenais elements. Tam ir zems sprieguma kritums, liels ātrums un zema pārslēgšanas jauda. Frekvences pārveidotājam, kura pamatā ir IGBT moduļi ar PWM un vektora algoritmu asinhronā motora vadībai, ir priekšrocības salīdzinājumā ar citiem pārveidotāju veidiem. Tam ir augsts jaudas koeficients visā izejas frekvenču diapazonā.

Pārveidotāja shematiskā diagramma ir parādīta attēlā. 3.

Rīsi. 3.IGBT moduļu frekvences pārveidotāja shēma: 1 — ventilatoru bloks; 2 — barošanas avots; 3 — nekontrolējams taisngriezis; 4 — vadības panelis; 5 — vadības paneļa panelis; 6 — PWM; 7 — sprieguma pārveidošanas vienība; 8 — sistēmas vadības panelis; 9 — autovadītāji; 10 — drošinātāji invertora blokam; 11 — strāvas sensori; 12 — asinhronais vāveres dzinējs; Q1, Q2, Q3 — jaudas ķēdes, vadības ķēdes un ventilatora bloka slēdži; K1, K2 — kondensatoru un strāvas ķēdes uzlādes kontaktori; C — kondensatora banka; Rl, R2, R3 — rezistori kondensatora lādiņa strāvas ierobežošanai, kondensatoru izlādei un drenāžas blokam; VT — invertora barošanas slēdži (IGBT moduļi)

Frekvences pārveidotāja izejā veidojas sprieguma (strāvas) līkne, kas nedaudz atšķiras no sinusoīda un satur augstākas harmonikas sastāvdaļas. To klātbūtne izraisa elektromotora zudumu palielināšanos. Šī iemesla dēļ, kad elektriskā piedziņa darbojas ar ātrumu, kas ir tuvu nominālajam ātrumam, elektromotors tiek pārslogots.

Darbojoties ar samazinātu ātrumu, pasliktinās dzesēšanas apstākļi pašventilējamiem elektromotoriem, ko izmanto sūkņu piedziņās. Sūknēšanas iekārtu parastajā regulēšanas diapazonā (1: 2 vai 1: 3) šo ventilācijas apstākļu pasliktināšanos kompensē ievērojams slodzes samazinājums plūsmas ātruma un sūkņa augstuma samazināšanās dēļ.

Darbojoties frekvencēs, kas ir tuvu nominālajai vērtībai (50 Hz), dzesēšanas apstākļu pasliktināšanās kombinācijā ar augstākas pakāpes harmoniku parādīšanos prasa samazināt pieļaujamo mehānisko jaudu par 8-15%.Sakarā ar to elektromotora maksimālais griezes moments tiek samazināts par 1 — 2%, tā efektivitāte — par 1 — 4%, cosφ — par 5-7%.

Lai izvairītos no elektromotora pārslodzes, nepieciešams vai nu ierobežot tā ātruma augšējo vērtību, vai arī piedziņu aprīkot ar jaudīgāku elektromotoru. Pēdējais pasākums ir obligāts, ja sūknēšanas iekārta ir paredzēta darbam ar frekvenci e2> 50 Hz. Dzinēja apgriezienu augšējās vērtības ierobežošana tiek veikta, ierobežojot frekvenci e2 līdz 48 Hz. Piedziņas motora nominālās jaudas pieaugums tiek noapaļots līdz tuvākajai standarta vērtībai.

Mainīgu elektrisko bloku piedziņas grupu vadība

Daudzi sūkņu komplekti sastāv no vairākiem blokiem. Parasti ne visas vienības ir aprīkotas ar regulējamu elektrisko piedziņu. No divām vai trim uzstādītajām vienībām pietiek ar vienu aprīkot ar regulējamu elektrisko piedziņu. Ja pārveidotājs ir pastāvīgi pievienots kādam no agregātiem, rodas nevienmērīgs motora resursa patēriņš, jo iekārta, kas aprīkota ar mainīga ātruma piedziņu, tiek izmantota daudz ilgāk.

Vienmērīgai slodzes sadalei starp visiem stacijā uzstādītajiem blokiem ir izstrādātas grupu vadības stacijas, ar kuru palīdzību blokus var virknē savienot ar pārveidotāju. Vadības stacijas parasti tiek ražotas zemsprieguma iekārtām (380 V).

Parasti zemsprieguma vadības stacijas ir paredzētas divu vai trīs vienību vadīšanai.Zemsprieguma vadības stacijās ietilpst automātiskie slēdži, kas nodrošina aizsardzību pret fāzes fāzes īssavienojumu un zemējumu, termoreleji ierīču aizsardzībai no pārslodzes, kā arī vadības iekārtas (slēdži, pogu ziņas un citi.).

Vadības stacijas komutācijas ķēde satur nepieciešamos bloķētājus, kas ļauj pieslēgt frekvences pārveidotāju jebkuram izvēlētajam blokam un nomainīt darba blokus, netraucējot sūknēšanas vai pūšanas agregāta darbības tehnoloģisko režīmu.

Vadības stacijas, kā likums, kopā ar jaudas elementiem (automātiskajiem slēdžiem, kontaktoriem utt.) satur vadības un regulēšanas ierīces (mikroprocesoru kontrolleri utt.).

Pēc klienta pieprasījuma stacijas ir aprīkotas ar ierīcēm rezerves jaudas (ATS) automātiskai ieslēgšanai, patērētās elektroenerģijas komercmērīšanai, izslēgšanas iekārtu kontrolei.

Ja nepieciešams, vadības stacijā tiek ievadītas papildu ierīces, kas nodrošina agregātu mīkstā startera izmantošanu kopā ar frekvences pārveidotāju.

Automatizētās vadības stacijas nodrošina:

• tehnoloģiskā parametra (spiediena, līmeņa, temperatūras utt.) iestatītās vērtības saglabāšana;

• regulējamo un neregulējamo agregātu elektromotoru darbības režīmu kontrole (patērētās strāvas, jaudas kontrole) un to aizsardzība;

• automātiska rezerves ierīces palaišana galvenās ierīces atteices gadījumā;

• bloku pārslēgšana tieši uz tīklu frekvences pārveidotāja atteices gadījumā;

• rezerves (ATS) elektriskās ievades automātiska ieslēgšanās;

• stacijas automātiska atkārtota pieslēgšana (AR) pēc zudumiem un dziļiem sprieguma kritumiem elektroapgādes tīklā;

• automātiska stacijas darbības režīma maiņa ar darba agregātu apturēšanu un iedarbināšanu noteiktā laikā;

• automātiska papildu neregulējamā agregāta aktivizēšana, ja vadāmais agregāts, sasniedzot nominālo ātrumu, nenodrošināja nepieciešamo ūdens padevi;

• automātiska darba bloku maiņa noteiktos intervālos, lai nodrošinātu vienmērīgu motora resursu patēriņu;

• sūknēšanas (pūšanas) iekārtas darbības režīma darbības vadība no vadības paneļa vai no vadības paneļa.

Rīsi. 4. Stacija mainīgas frekvences sūkņu elektrisko piedziņu grupu vadībai

Mainīgas frekvences izmantošanas efektivitāte sūknēšanas iekārtās

Mainīgas frekvences piedziņas izmantošana ļauj ievērojami ietaupīt enerģiju, jo tas ļauj izmantot lielas sūknēšanas iekārtas ar zemu plūsmas ātrumu. Pateicoties tam, ir iespējams, palielinot agregātu vienības jaudu, samazināt to kopējo skaitu un attiecīgi samazināt ēku kopējos izmērus, vienkāršot stacijas hidraulisko shēmu un samazināt cauruļvadu skaitu. vārsti.

Tādējādi regulējamās elektriskās piedziņas izmantošana sūkņu agregātos ļauj vienlaikus ar elektroenerģijas un ūdens taupīšanu samazināt sūkņu agregātu skaitu, vienkāršot stacijas hidraulisko kontūru un samazināt sūkņu stacijas ēkas būvniecības apjomus.Šajā sakarā rodas sekundāri ekonomiskie efekti: samazinās ēkas apkures, apgaismojuma un remonta izmaksas, samazinātās izmaksas atkarībā no staciju mērķa un citiem specifiskiem apstākļiem var samazināt par 20-50%.

Frekvences pārveidotāju tehniskā dokumentācija liecina, ka regulējamās elektriskās piedziņas izmantošana sūknēšanas agregātos ļauj ietaupīt līdz pat 50% no enerģijas, kas iztērēta tīra un notekūdeņu atsūknēšanai, un atmaksāšanās laiks ir no trīs līdz deviņiem mēnešiem.

Tajā pašā laikā vadāmās elektriskās piedziņas efektivitātes aprēķini un analīze darba sūkņu agregātos liecina, ka maziem sūkņu agregātiem ar jaudu līdz 75 kW, it īpaši, ja tie strādā ar lielu statiskā spiediena komponentu, izrādās. nav piemērots kontrolētu elektrisko piedziņu lietošanai. Šādos gadījumos var izmantot vienkāršākas vadības sistēmas, izmantojot droseles, mainot darba sūkņa bloku skaitu.

Mainīgas elektriskās piedziņas izmantošana sūkņu agregātu automatizācijas sistēmās, no vienas puses, samazina enerģijas patēriņu, no otras puses, prasa papildu kapitāla izmaksas, tāpēc mainīgās elektriskās piedziņas izmantošana sūkņu agregātos tiek noteikta, salīdzinot samazinātās izmaksas. divas iespējas: pamata un jauna. Kā jauna iespēja tiek ņemta sūknēšanas iekārta, kas aprīkota ar regulējamu elektrisko piedziņu, un par galveno tiek ņemta iekārta, kuras agregāti darbojas nemainīgā ātrumā.