Електрични погон пумпних агрегата са фреквенцијом

Начини рада центрифугалних пумпи су енергетски најефикаснији за подешавање променом брзине ротације њихових точкова. Брзина ротације точкова може се променити ако се као погонски мотор користи подесиви електрични погон.
Дизајн и карактеристике гасних турбина и мотора са унутрашњим сагоревањем су такви да могу да обезбеде промену брзине обртања у потребном опсегу.

Процес подешавања брзине ротације сваког механизма је погодно анализиран коришћењем механичких карактеристика уређаја.

Размотрите механичке карактеристике пумпне јединице која се састоји од пумпе и електромотора. На сл. 1 приказане су механичке карактеристике центрифугалне пумпе опремљене неповратним вентилом (крива 1) и електромотором са кавезним ротором (крива 2).

Пиринач. 1. Механичке карактеристике пумпне јединице

Разлика између вредности обртног момента електромотора и обртног момента отпора пумпе назива се динамички обртни момент.Ако је обртни момент мотора већи од момента отпора пумпе, динамички обртни момент се сматра позитивним, ако је мањи негативан.

Под утицајем позитивног динамичког момента, пумпна јединица почиње да ради са убрзањем, тј. убрзава. Ако је динамички обртни момент негативан, пумпна јединица ради са закашњењем, тј. успорава.

Када су ови моменти једнаки, одвија се стационарни режим рада, тј. пумпна јединица ради константном брзином. Ова брзина и одговарајући обртни момент одређени су пресеком механичких карактеристика електромотора и пумпе (тачка а на сл. 1).

Ако се у процесу подешавања на овај или онај начин промени механичка карактеристика, на пример, да постане мекша увођењем додатног отпорника у коло ротора електромотора (крива 3 на сл. 1), обртни момент електромотора постаће мали од тренутка отпора.

Под утицајем негативног динамичког обртног момента, пумпна јединица почиње да ради са закашњењем, тј. успорава док се обртни момент и момент отпора поново не изједначе (тачка б на сл. 1). Ова тачка одговара сопственој вредности брзине и обртног момента.

Дакле, процес регулације брзине ротације пумпне јединице је стално праћен променама обртног момента електромотора и момента отпора пумпе.

Контрола брзине пумпе може се вршити или променом брзине електромотора, који је круто повезан са пумпом, или променом преносног односа преноса који повезује пумпу са електромотором, који ради константном брзином.

Регулација брзине ротације електромотора

АЦ мотори се углавном користе у пумпним јединицама. Брзина ротације мотора на наизменичну струју зависи од фреквенције струје напајања ф, броја парова полова п и клизања с. Променом једног или више ових параметара, можете променити брзину електромотора и пумпе која је на њега повезана.

Главни елемент фреквентног електричног погона је конвертер фреквенције… Инвертор има константну фреквенцију мреже ф1 конвертовану у променљиву е2. Пропорционално фреквенцији е2 мења се брзина електромотора прикљученог на излаз претварача.

Код фреквентног претварача, мрежни напон У1 и фреквенција се практично не мењају ф1 претворене у променљиве параметре У2 и е2 неопходне за управљачки систем. Да би се обезбедио стабилан рад електромотора, ограничило његово преоптерећење у смислу струје и магнетног флукса, да би се одржали високи енергетски индикатори у фреквентном претварачу, мора се одржавати одређени однос између његових улазних и излазних параметара у зависности од типа уређаја. карактеристике механичке пумпе. Ови односи су изведени из једначине закона контроле фреквенције.

За пумпе, однос се мора поштовати:

У1 / ф1 = У2 / ф2 = конст

На сл. 2 приказане су механичке карактеристике асинхроног мотора са регулацијом фреквенције.Како се фреквенција ф2 смањује, механичка карактеристика не само да мења свој положај у н — М координатама, већ донекле мења и свој облик. Посебно се смањује максимални обртни момент електромотора. Ово је због чињенице да са односом У1 / ф1 = У2 / ф2 = цонст и променом фреквенције ф1 не узима се у обзир ефекат активног отпора статора на величину обртног момента мотора.

Пиринач. 2. Механичке карактеристике фреквентног електромотора на максималним (1) и смањеним (2) фреквенцијама

Приликом подешавања фреквенције, узимајући у обзир овај утицај, максимални обртни момент остаје непромењен, облик механичке карактеристике је очуван, мења се само његов положај.

Претварачи фреквенције са модулација ширине импулса (ПВМ) имају високе енергетске карактеристике због чињенице да се на излазу претварача обезбеђује облик криве струје и напона који се приближавају синусоидној. У последње време су најраспрострањенији фреквентни претварачи засновани на ИГБТ модулима (биполарни транзистори са изолованим вратима).

ИГБТ модул је кључни елемент високе ефикасности. Одликује се малим падом напона, великом брзином и малом снагом пребацивања. Фреквентни претварач заснован на ИГБТ модулима са ПВМ и векторским алгоритмом за управљање асинхроним мотором има предности у односу на друге типове претварача. Има висок фактор снаге у целом опсегу излазних фреквенција.

Шематски дијаграм претварача је приказан на сл. 3.

Пиринач. 3.Шема фреквентног претварача ИГБТ модула: 1 — блок вентилатора; 2 — напајање; 3 — неконтролисани исправљач; 4 — контролна табла; 5 — табла контролне табле; 6 — ПВМ; 7 — јединица за конверзију напона; 8 — контролна табла система; 9 — возачи; 10 — осигурачи за инверторску јединицу; 11 — струјни сензори; 12 — асинхрони кавезни мотор; К1, К2, К3 — прекидачи за струјни круг, управљачки круг и вентилатор; К1, К2 — контактори за пуњење кондензатора и струјни круг; Ц — кондензаторска банка; Рл, Р2, Р3 — отпорници за ограничавање струје пуњења кондензатора, пражњења кондензатора и одводног блока; ВТ - Прекидачи за напајање инвертера (ИГБТ модули)

На излазу фреквентног претварача формира се напонска (струјна) крива, мало другачија од синусоида, која садржи више хармонијске компоненте. Њихово присуство доводи до повећања губитака у електромотору. Из тог разлога, када електрични погон ради при брзини блиској називној брзини, електромотор је преоптерећен.

Када раде на смањеним брзинама, погоршавају се услови хлађења електромотора са самовентилацијом који се користе у погонима пумпи. У нормалном опсегу регулације пумпних јединица (1:2 или 1:3), ово погоршање услова вентилације се компензује значајним смањењем оптерећења услед смањења протока и висине пумпе.

При раду на фреквенцијама близу номиналне вредности (50 Хз), погоршање услова хлађења у комбинацији са појавом хармоника вишег реда захтева смањење дозвољене механичке снаге за 8-15%.Због тога се максимални обртни момент електромотора смањује за 1—2%, његова ефикасност — за 1—4%, цосφ — за 5-7%.

Да би се избегло преоптерећење електромотора, потребно је или ограничити горњу вредност његове брзине или опремити погон снажнијим електромотором. Последња мера је обавезна када је пумпна јединица пројектована да ради на фреквенцији е2> 50 Хз. Ограничавање горње вредности обртаја мотора врши се ограничавањем фреквенције е2 на 48 Хз. Повећање називне снаге погонског мотора се заокружује на најближу стандардну вредност.

Групно управљање варијабилним електроблок погонима

Многи пумпни сетови се састоје од неколико блокова. По правилу, нису све јединице опремљене подесивим електричним погоном. Од две или три уграђене јединице, довољно је опремити једну са подесивим електричним погоном. Ако је претварач стално повезан на једну од јединица, долази до неравномерне потрошње њиховог моторног ресурса, јер се јединица опремљена променљивим погоном користи много дуже.

За равномерну расподелу оптерећења између свих блокова инсталираних на станици, развијене су групне контролне станице, помоћу којих се блокови могу серијски повезати са претварачем. Управљачке станице се обично производе за нисконапонске јединице (380 В).

Типично, нисконапонске контролне станице су дизајниране да контролишу две или три јединице.Нисконапонске контролне станице укључују прекидаче који обезбеђују заштиту од фазно-фазног кратког споја и уземљења, термичке релеје за заштиту уређаја од преоптерећења, као и контролну опрему (прекидачи, постови са дугмадима и други.).

Преклопно коло контролне станице садржи неопходне блокаде које омогућавају да се фреквентни претварач повеже са било којим одабраним блоком и да замени радне блокове без нарушавања технолошког режима рада пумпне или дувачке јединице.

Управљачке станице, по правилу, заједно са енергетским елементима (аутоматски прекидачи, контактори и др.) садрже управљачке и регулационе уређаје (микропроцесорске контролере и др.).

На захтев купца станице су опремљене уређајима за аутоматско укључивање резервног напајања (АТС), комерцијално мерење утрошене електричне енергије, контролу опреме за искључење.

По потреби се у контролну станицу уводе додатни уређаји који обезбеђују коришћење, заједно са фреквентним претварачем, меког покретача јединица.

Аутоматизоване контролне станице обезбеђују:

• одржавање задате вредности технолошког параметра (притисак, ниво, температура итд.);

• контрола режима рада електромотора регулисаних и нерегулисаних јединица (контрола утрошене струје, снаге) и њихова заштита;

• аутоматско покретање резервног уређаја у случају квара главног уређаја;

• пребацивање блокова директно на мрежу у случају квара фреквентног претварача;

• аутоматско укључивање резервног (АТС) електричног улаза;

• аутоматско поновно повезивање (АР) станице након губитка и дубоких падова напона у мрежи напајања;

• аутоматска промена режима рада станице са заустављањем и покретањем радних јединица у датом тренутку;

• аутоматско активирање додатне нерегулисане јединице ако контролисана јединица, достижући називну брзину, није обезбедила потребно водоснабдевање;

• аутоматска промена радних блокова у одређеним интервалима како би се обезбедила равномерна потрошња моторних ресурса;

• оперативно управљање режимом рада пумпне (дувачке) јединице са централе или са централе.

Пиринач. 4. Станица за групно управљање електромоторним погонима пумпи променљиве фреквенције

Ефикасност коришћења променљиве фреквенције у пумпним јединицама

Употреба фреквентног фреквентног претварача вам омогућава да значајно уштедите енергију, јер омогућава коришћење великих пумпних јединица са малим протоком. Захваљујући томе, могуће је повећањем јединичног капацитета јединица смањити њихов укупан број и, сходно томе, смањити укупне димензије зграда, поједноставити хидрауличку шему станице и смањити број цевовода. вентили.

Дакле, употреба подесивог електричног погона у пумпним јединицама омогућава, уз уштеду електричне енергије и воде, да се смањи број пумпних јединица, да се поједностави хидраулично коло станице и да се смање грађевински обим зграде пумпне станице.С тим у вези настају секундарни економски ефекти: смањују се трошкови грејања, осветљења и поправке зграде, смањени трошкови, у зависности од намене станица и других специфичних услова, могу се смањити за 20-50%.

Техничка документација за фреквентне претвараче показује да употреба подесивог електричног погона у пумпним јединицама омогућава уштеду до 50% енергије утрошене на пумпање чисте и отпадне воде, а период поврата је од три до девет месеци.

Истовремено, прорачуни и анализа ефикасности контролисаног електромоторног погона у погонским пумпним јединицама показују да се за мале пумпне јединице са јединицама снаге до 75 кВ, посебно када раде са великом компонентом статичког притиска, испоставља није погодан за коришћење контролисаних електричних погона. У овим случајевима можете користити једноставније системе управљања коришћењем пригушивања, променом броја радних пумпних јединица.

Употреба променљивог електромоторног погона у системима аутоматизације пумпних агрегата, с једне стране, смањује потрошњу енергије, а са друге стране, захтева додатне капиталне трошкове, па се могућност коришћења варијабилног електромоторног погона у пумпним јединицама утврђује упоређивањем смањених трошкова. две опције: основна и нова. Као нова опција узима се пумпна јединица опремљена подесивим електричним погоном, а као главна јединица чије јединице раде са константном брзином.