Električni pogon pumpnih agregata s frekvencijom

Režimi rada centrifugalnih pumpi energetski se najučinkovitije podešavaju promjenom brzine vrtnje njihovih kotača. Brzina vrtnje kotača može se mijenjati ako se kao pogonski motor koristi podesivi električni pogon.
Konstrukcija i karakteristike plinskih turbina i motora s unutarnjim izgaranjem su takve da mogu osigurati promjenu brzine vrtnje unutar potrebnog raspona.

Proces podešavanja brzine rotacije svakog mehanizma prikladno se analizira pomoću mehaničkih karakteristika uređaja.

Razmotrite mehaničke karakteristike crpne jedinice koja se sastoji od pumpe i elektromotora. Na sl. Slika 1 prikazuje mehaničke karakteristike centrifugalne pumpe opremljene nepovratnim ventilom (krivulja 1) i elektromotora s kaveznim rotorom (krivulja 2).

Riža. 1. Mehaničke karakteristike crpne jedinice

Razlika između vrijednosti momenta elektromotora i momenta otpora crpke naziva se dinamički moment.Ako je moment motora veći od momenta otpora crpke, dinamički moment se smatra pozitivnim, ako je manji, negativan je.

Pod utjecajem pozitivnog dinamičkog trenutka, pumpna jedinica počinje raditi s ubrzanjem, tj. ubrzava. Ako je dinamički moment negativan, pumpna jedinica radi s odgodom, tj. uspori.

Kada su ovi momenti jednaki, dolazi do stacionarnog načina rada, tj. pumpna jedinica radi konstantnom brzinom. Ova brzina i pripadajući zakretni moment određeni su sjecištem mehaničkih karakteristika elektromotora i pumpe (točka a na sl. 1).

Ako se u procesu podešavanja na ovaj ili onaj način mehanička karakteristika promijeni, na primjer, postane mekša uvođenjem dodatnog otpornika u krug rotora elektromotora (krivulja 3 na slici 1), okretni moment elektromotora postat će mali od momenta otpora.

Pod utjecajem negativnog dinamičkog momenta, crpna jedinica počinje raditi s odgodom, tj. usporava dok se zakretni moment i moment otpora ponovno ne uravnoteže (točka b na slici 1). Ova točka odgovara svojstvenoj vrijednosti brzine i momenta.

Dakle, proces upravljanja brzinom vrtnje crpne jedinice stalno je popraćen promjenama momenta elektromotora i momenta otpora crpke.

Kontrola brzine crpke može se vršiti ili promjenom brzine elektromotora, koji je kruto povezan s pumpom, ili promjenom prijenosnog omjera prijenosa koji povezuje pumpu s elektromotorom, koji radi konstantnom brzinom.

Regulacija brzine vrtnje elektromotora

AC motori se uglavnom koriste u pumpnim jedinicama. Brzina vrtnje AC motora ovisi o frekvenciji struje napajanja f, broju pari polova p i klizanju s. Promjenom jednog ili više ovih parametara možete promijeniti brzinu elektromotora i crpke povezane s njim.

Glavni element frekvencijskog elektromotornog pogona je pretvarać frekvencije… Pretvarač ima konstantnu mrežnu frekvenciju f1 pretvorenu u varijablu e2. Proporcionalno frekvenciji e2 mijenja se brzina elektromotora spojenog na izlaz pretvarača.

Kod frekvencijskog pretvarača mrežni napon U1 i frekvencija praktički se ne mijenjaju f1 pretvoreni u varijabilne parametre U2 i e2 potrebne za sustav upravljanja. Kako bi se osigurao stabilan rad elektromotora, ograničilo njegovo preopterećenje u smislu struje i magnetskog toka, kako bi se održali visoki energetski pokazatelji u frekvencijskom pretvaraču, mora se održavati određeni omjer između njegovih ulaznih i izlaznih parametara ovisno o vrsti karakteristike mehaničke pumpe. Ovi odnosi su izvedeni iz jednadžbe zakona kontrole frekvencije.

Za pumpe se mora pridržavati omjera:

U1 / f1 = U2 / f2 = konst

Na sl. Slika 2 prikazuje mehaničke karakteristike asinkronog motora s frekvencijskom regulacijom.Kako se frekvencija f2 smanjuje, mehanička karakteristika ne samo da mijenja svoj položaj u koordinatama n — M, već u određenoj mjeri mijenja i svoj oblik. Posebno se smanjuje maksimalni moment elektromotora. To je zbog činjenice da s omjerom U1 / f1 = U2 / f2 = const i promjenom frekvencije f1 ne uzima u obzir učinak aktivnog otpora statora na veličinu momenta motora.

Riža. 2. Mehaničke karakteristike frekvencijskog elektromotornog pogona pri maksimalnim (1) i smanjenim (2) frekvencijama

Pri podešavanju frekvencije, uzimajući u obzir ovaj utjecaj, maksimalni zakretni moment ostaje nepromijenjen, oblik mehaničke karakteristike se čuva, samo se mijenja njegov položaj.

Frekvencijski pretvarači sa modulacija širine impulsa (PWM) imaju visoke energetske karakteristike zbog činjenice da se na izlazu pretvarača osigurava oblik krivulja struje i napona koji se približava sinusoidnom. U posljednje vrijeme najrašireniji su pretvarači frekvencije temeljeni na IGBT modulima (bipolarni tranzistor s izoliranim vratima).

IGBT modul je ključni element visoke učinkovitosti. Odlikuje ga mali pad napona, velika brzina i niska snaga prebacivanja. Frekvencijski pretvarač baziran na IGBT modulima s PWM i vektorskim algoritmom za upravljanje asinkronim motorom ima prednosti u odnosu na druge vrste pretvarača. Ima visok faktor snage u cijelom rasponu izlazne frekvencije.

Shematski dijagram pretvarača prikazan je na sl. 3.

Riža. 3.Shema pretvarača frekvencije IGBT modula: 1 - blok ventilatora; 2 — napajanje; 3 — nekontrolirani ispravljač; 4 — upravljačka ploča; 5 — ploča upravljačke ploče; 6 - PWM; 7 — jedinica za pretvorbu napona; 8 — upravljačka ploča sustava; 9 — vozači; 10 — osigurači za jedinicu pretvarača; 11 — strujni senzori; 12 — asinkroni kavezni motor; Q1, Q2, Q3 — sklopke za strujni krug, upravljački krug i ventilatorsku jedinicu; K1, K2 — kontaktori za punjenje kondenzatora i strujni krug; C — baterija kondenzatora; Rl, R2, R3 - otpornici za ograničavanje struje punjenja kondenzatora, pražnjenje kondenzatora i odvodni blok; VT - Prekidači napajanja invertera (IGBT moduli)

Na izlazu pretvarača frekvencije formira se krivulja napona (struje), malo drugačija od sinusoide, koja sadrži komponente viših harmonika. Njihova prisutnost dovodi do povećanja gubitaka u elektromotoru. Iz tog razloga, kada električni pogon radi brzinom blizu nazivne brzine, elektromotor je preopterećen.

Kad rade pri smanjenim brzinama, pogoršavaju se uvjeti hlađenja samoventiliranih elektromotora koji se koriste u pogonima pumpi. U normalnom regulacijskom rasponu crpnih jedinica (1: 2 ili 1: 3), ovo pogoršanje uvjeta ventilacije kompenzira se značajnim smanjenjem opterećenja zbog smanjenja protoka i visine crpke.

Pri radu na frekvencijama blizu nazivne vrijednosti (50 Hz), pogoršanje uvjeta hlađenja u kombinaciji s pojavom harmonika višeg reda zahtijeva smanjenje dopuštene mehaničke snage za 8-15%.Zbog toga se maksimalni zakretni moment elektromotora smanjuje za 1 — 2%, njegova učinkovitost — za 1 — 4%, cosφ — za 5-7%.

Kako bi se izbjeglo preopterećenje elektromotora, potrebno je ili ograničiti gornju vrijednost njegove brzine ili pogon opremiti snažnijim elektromotorom. Posljednja mjera je obavezna kada je crpna jedinica projektirana za rad na frekvenciji e2> 50 Hz. Ograničenje gornje vrijednosti okretaja motora vrši se ograničavanjem frekvencije e2 na 48 Hz. Povećanje nazivne snage pogonskog motora zaokružuje se na najbližu standardnu ​​vrijednost.

Grupno upravljanje varijabilnim elektroblok pogonima

Mnogi pumpni setovi sastoje se od nekoliko blokova. U pravilu nisu sve jedinice opremljene podesivim električnim pogonom. Od dvije ili tri instalirane jedinice, dovoljno je opremiti jednu s podesivim električnim pogonom. Ako je pretvarač trajno spojen na jedan od agregata, dolazi do neravnomjernog trošenja njihovog motornog resursa, budući da se agregat opremljen varijabilnim pogonom koristi mnogo duže.

Za ravnomjernu raspodjelu opterećenja između svih blokova instaliranih na stanici, razvijene su grupne upravljačke stanice, uz pomoć kojih se blokovi mogu serijski spojiti na pretvarač. Upravljačke stanice obično se proizvode za jedinice niskog napona (380 V).

Obično su niskonaponske upravljačke stanice dizajnirane za upravljanje dvjema ili trima jedinicama.Niskonaponske upravljačke stanice uključuju prekidače koji pružaju zaštitu od fazno-faznog kratkog spoja i uzemljenja, toplinske releje za zaštitu uređaja od preopterećenja, kao i upravljačku opremu (prekidači, gumb postove i drugi.).

Preklopni krug upravljačke stanice sadrži potrebne blokade koje omogućuju spajanje frekvencijskog pretvarača na bilo koji odabrani blok i zamjenu radnih blokova bez narušavanja tehnološkog načina rada crpne ili puhačke jedinice.

Upravljačke stanice u pravilu zajedno s energetskim elementima (automatske sklopke, kontaktori i dr.) sadrže upravljačko-regulacijske uređaje (mikroprocesorske kontrolere i dr.).

Na zahtjev kupca, stanice su opremljene uređajima za automatsko uključivanje rezervnog napajanja (ATS), komercijalno mjerenje utrošene električne energije, kontrolu opreme za isključivanje.

Ako je potrebno, u upravljačku stanicu uvode se dodatni uređaji koji osiguravaju korištenje, zajedno s pretvaračem frekvencije, mekog pokretača jedinica.

Automatizirane kontrolne stanice pružaju:

• održavanje zadane vrijednosti tehnološkog parametra (tlak, razina, temperatura itd.);

• upravljanje režimima rada elektromotora reguliranih i nereguliranih jedinica (kontrola utrošene struje, snage) i njihova zaštita;

• automatsko pokretanje rezervnog uređaja u slučaju kvara glavnog uređaja;

• prebacivanje blokova izravno na mrežu u slučaju kvara pretvarača frekvencije;

• automatsko uključivanje pomoćnog (ATS) električnog ulaza;

• automatsko ponovno uključivanje (AR) stanice nakon gubitka i dubokih padova napona u mreži napajanja;

• automatska promjena načina rada stanice sa zaustavljanjem i pokretanjem radnih jedinica u određeno vrijeme;

• automatsko aktiviranje dodatne neregulirane jedinice ako kontrolirana jedinica, dostigavši ​​nazivnu brzinu, nije osigurala potrebnu opskrbu vodom;

• automatska izmjena radnih blokova u određenim intervalima kako bi se osigurala ravnomjerna potrošnja motornih resursa;

• operativno upravljanje načinom rada crpne (puhajuće) jedinice s upravljačke ploče ili s upravljačke ploče.

Riža. 4. Stanica za grupno upravljanje električnim pogonima pumpi promjenjive frekvencije

Učinkovitost korištenja promjenjive frekvencije u crpnim jedinicama

Korištenje pogona s promjenjivom frekvencijom omogućuje vam značajnu uštedu energije, jer omogućuje korištenje velikih crpnih jedinica pri malim protokima. Zahvaljujući tome, moguće je, povećanjem jediničnog kapaciteta jedinica, smanjiti njihov ukupni broj i, sukladno tome, smanjiti ukupne dimenzije zgrada, pojednostaviti hidrauličku shemu stanice i smanjiti broj cjevovoda. ventili.

Dakle, korištenje podesivog električnog pogona u crpnim jedinicama omogućuje, uz uštedu električne energije i vode, smanjenje broja crpnih jedinica, pojednostavljenje hidrauličkog kruga stanice i smanjenje građevinskih volumena zgrade crpne stanice.S tim u vezi nastaju sekundarni ekonomski učinci: smanjuju se troškovi grijanja, rasvjete i popravka zgrade, smanjeni troškovi, ovisno o namjeni stanica i drugim specifičnim uvjetima, mogu se smanjiti za 20-50%.

Tehnička dokumentacija za pretvarače frekvencije pokazuje da korištenje podesivog električnog pogona u crpnim jedinicama omogućuje uštedu do 50% energije utrošene na crpljenje čiste i otpadne vode, a razdoblje povrata je od tri do devet mjeseci.

Istodobno, proračuni i analiza učinkovitosti kontroliranog električnog pogona u radnim pumpnim jedinicama pokazuju da se za male pumpne jedinice s jedinicama snage do 75 kW, posebno kada rade s velikom komponentom statičkog tlaka, ispostavlja nije pogodan za korištenje kontroliranih električnih pogona. U tim slučajevima možete koristiti jednostavnije sustave upravljanja korištenjem prigušnice, mijenjanjem broja radnih pumpnih jedinica.

Korištenje varijabilnog električnog pogona u sustavima automatizacije pumpnih jedinica, s jedne strane, smanjuje potrošnju energije, as druge strane zahtijeva dodatne kapitalne troškove, stoga se mogućnost korištenja varijabilnog električnog pogona u pumpnim jedinicama utvrđuje usporedbom smanjenih troškova dvije opcije: osnovna i nova. Kao nova opcija uzima se pumpna jedinica opremljena podesivim električnim pogonom, a kao glavna jedinica čiji uređaji rade konstantnom brzinom.