Elektrinė siurblių pavara su dažniu

Išcentrinių siurblių darbo režimus efektyviausiai galima reguliuoti keičiant jų ratų sukimosi greitį. Ratų sukimosi greitis gali būti keičiamas, jei kaip varomasis variklis naudojama reguliuojama elektrinė pavara.
Dujų turbinų ir vidaus degimo variklių konstrukcija ir charakteristikos yra tokios, kad jie gali pakeisti sukimosi greitį reikiamame diapazone.

Kiekvieno mechanizmo sukimosi greičio reguliavimo procesas yra patogiai analizuojamas naudojant įrenginio mechanines charakteristikas.

Apsvarstykite siurblio, kurį sudaro siurblys ir elektros variklis, mechanines charakteristikas. Fig. 1 pavaizduotos išcentrinio siurblio su atbuliniu vožtuvu (1 kreivė) ir elektros variklio su voverės narvelio rotoriumi (2 kreivė) mechaninės charakteristikos.

Ryžiai. 1. Siurbimo įrenginio mechaninės charakteristikos

Skirtumas tarp elektros variklio sukimo momento verčių ir siurblio pasipriešinimo momento vadinamas dinaminiu sukimo momentu.Jei variklio sukimo momentas yra didesnis už siurblio pasipriešinimo momentą, dinaminis sukimo momentas laikomas teigiamu, jei mažesnis – neigiamas.

Veikiamas teigiamo dinaminio momento, siurblio agregatas pradeda dirbti su pagreičiu, t.y. įsibėgėja. Jei dinaminis sukimo momentas yra neigiamas, siurblio agregatas veikia su uždelsimu, t.y. lėtėja.

Kai šie momentai yra vienodi, vyksta stacionarus veikimo režimas, t.y. siurblio agregatas dirba pastoviu greičiu. Šį greitį ir atitinkamą sukimo momentą lemia elektros variklio ir siurblio mechaninių charakteristikų sankirta (taškas a 1 pav.).

Jei reguliavimo procese vienaip ar kitaip keičiasi mechaninė charakteristika, pavyzdžiui, tampa minkštesnė, įvedant papildomą rezistorių į elektros variklio rotoriaus grandinę (3 kreivė 1 pav.), elektros variklio sukimo momentas. pasipriešinimo momento taps maža.

Veikiamas neigiamo dinaminio sukimo momento, siurblio agregatas pradeda dirbti su uždelsimu, t.y. sulėtėja, kol sukimo momentas ir pasipriešinimo momentas vėl susibalansuoja (1 pav. b taškas). Šis taškas atitinka greičio ir sukimo momento savąją vertę.

Taigi, siurbimo agregato sukimosi greičio valdymo procesą nuolat lydi elektros variklio sukimo momento ir siurblio pasipriešinimo momento pokyčiai.

Siurblio sūkių reguliavimas gali būti atliekamas arba keičiant elektros variklio, kuris yra standžiai prijungtas prie siurblio, greitį arba keičiant pavaros santykį, jungiantį siurblį su elektros varikliu, kuris dirba pastoviu greičiu.

Elektros variklių sukimosi greičio reguliavimas

Kintamosios srovės varikliai daugiausia naudojami siurbimo įrenginiuose. Kintamosios srovės variklio sukimosi greitis priklauso nuo maitinimo srovės dažnio f, polių porų skaičiaus p ir slydimo s. Pakeitus vieną ar kelis iš šių parametrų, galima keisti elektros variklio ir prie jo prijungto siurblio greitį.

Pagrindinis dažninės elektros pavaros elementas yra dažnio keitiklis… Inverteris turi pastovų tinklo dažnį f1, konvertuotą į kintamąjį e2. Proporcingai dažniui e2 keičia elektros variklio, prijungto prie keitiklio išėjimo, greitį.

Naudojant dažnio keitiklį, tinklo įtampa U1 ir dažnis praktiškai nesikeičia f1 paverčiant kintamus parametrus U2 ir e2, reikalingus valdymo sistemai. Siekiant užtikrinti stabilų elektros variklio veikimą, apriboti jo perkrovą srovės ir magnetinio srauto atžvilgiu, palaikyti aukštus energijos rodiklius dažnio keitiklyje, turi būti palaikomas tam tikras jo įėjimo ir išėjimo parametrų santykis, priklausomai nuo variklio tipo. mechaninės siurblio charakteristikos. Šie ryšiai yra išvesti iš dažnio valdymo dėsnio lygties.

Siurblių atveju reikia laikytis santykio:

U1 / f1 = U2 / f2 = konst

Fig. 2 parodytos asinchroninio variklio su dažnio reguliavimu mechaninės charakteristikos.Mažėjant dažniui f2, mechaninė charakteristika ne tik keičia savo padėtį n — M koordinatėse, bet tam tikru mastu keičia ir formą. Visų pirma sumažėja didžiausias elektros variklio sukimo momentas. Taip yra dėl to, kad esant santykiui U1 / f1 = U2 / f2 = const ir pasikeitus dažniui f1, neatsižvelgiama į statoriaus aktyviosios varžos poveikį variklio sukimo momento dydžiui.

Ryžiai. 2. Mechaninės dažninės elektrinės pavaros charakteristikos esant maksimaliam (1) ir sumažintam (2) dažniui

Reguliuojant dažnį, atsižvelgiant į šią įtaką, maksimalus sukimo momentas išlieka nepakitęs, išsaugoma mechaninės charakteristikos forma, keičiasi tik jos padėtis.

Dažnio keitikliai su impulsų pločio moduliacija (PWM) turi dideles energetines charakteristikas dėl to, kad keitiklio išvestyje yra srovės ir įtampos kreivių forma, artėjanti prie sinusinės formos. Pastaruoju metu labiausiai paplitę dažnio keitikliai, kurių pagrindą sudaro IGBT moduliai (izoliuotų vartų bipoliniai tranzistoriai).

IGBT modulis yra didelio efektyvumo pagrindinis elementas. Jis pasižymi mažu įtampos kritimu, dideliu greičiu ir maža perjungimo galia. Dažnio keitiklis, pagrįstas IGBT moduliais su PWM ir vektoriniu algoritmu, skirtas valdyti asinchroninį variklį, turi pranašumų prieš kitų tipų keitiklius. Jis turi didelį galios koeficientą visame išėjimo dažnių diapazone.

Konverterio schema parodyta fig. 3.

Ryžiai. 3.IGBT modulių dažnio keitiklio schema: 1 — ventiliatorių blokas; 2 — maitinimo šaltinis; 3 — nevaldomas lygintuvas; 4 — valdymo pultas; 5 — valdymo pulto plokštė; 6 — PWM; 7 — įtampos keitimo blokas; 8 — sistemos valdymo plokštė; 9 — vairuotojai; 10 — keitiklio bloko saugikliai; 11 — srovės jutikliai; 12 — asinchroninis voverės narvelio variklis; Q1, Q2, Q3 — maitinimo grandinės, valdymo grandinės ir ventiliatoriaus bloko jungikliai; K1, K2 — kondensatorių ir maitinimo grandinės įkrovimo kontaktoriai; C — kondensatorių bankas; Rl, R2, R3 — rezistoriai, skirti riboti kondensatoriaus įkrovimo srovę, kondensatorių iškrovimą ir nutekėjimo bloką; VT – keitiklio maitinimo jungikliai (IGBT moduliai)

Dažnio keitiklio išėjime susidaro įtampos (srovės) kreivė, šiek tiek skiriasi nuo sinusoidės, kurioje yra aukštesnių harmoninių komponentų. Jų buvimas padidina elektros variklio nuostolius. Dėl šios priežasties elektrinei pavarai veikiant greičiu, artimu vardiniam greičiui, elektros variklis perkraunamas.

Dirbant sumažintu greičiu, pablogėja siurblių pavarose naudojamų savaime ventiliuojamų elektros variklių aušinimo sąlygos. Įprastame siurbimo agregatų valdymo diapazone (1: 2 arba 1: 3) šis vėdinimo sąlygų pablogėjimas kompensuojamas žymiai sumažėjusia apkrova dėl sumažėjusio srauto ir siurblio aukščio.

Dirbant dažniais, artimais vardinei vertei (50 Hz), aušinimo sąlygų pablogėjimas kartu su aukštesnės eilės harmonikų atsiradimu reikalauja sumažinti leistiną mechaninę galią 8-15%.Dėl to didžiausias elektros variklio sukimo momentas sumažėja 1 — 2 %, jo efektyvumas — 1 — 4 %, cosφ — 5-7 %.

Norint išvengti elektros variklio perkrovos, reikia arba apriboti viršutinę jo greičio vertę, arba pavarą aprūpinti galingesniu elektros varikliu. Paskutinė priemonė yra privaloma, kai siurbimo įrenginys suprojektuotas veikti dažniu e2> 50 Hz. Viršutinė variklio sūkių vertė ribojama ribojant dažnį e2 iki 48 Hz. Variklio variklio vardinės galios padidėjimas suapvalinamas iki artimiausios standartinės vertės.

Kintamų elektrinių blokų pavarų grupinis valdymas

Daugelis siurblių komplektų susideda iš kelių blokų. Paprastai ne visuose įrenginiuose yra reguliuojama elektrinė pavara. Iš dviejų ar trijų sumontuotų blokų pakanka įrengti vieną su reguliuojama elektros pavara. Jei keitiklis yra nuolat prijungtas prie vieno iš įrenginių, jų variklio resursas suvartojamas netolygiai, nes įrenginys su kintamo greičio pavara yra naudojamas daug ilgiau.

Vienodai apkrovai paskirstyti tarp visų stotyje įrengtų blokų sukurtos grupinės valdymo stotys, kurių pagalba blokus galima nuosekliai prijungti prie keitiklio. Valdymo stotys dažniausiai gaminamos žemos įtampos blokams (380 V).

Paprastai žemos įtampos valdymo stotys yra skirtos valdyti du ar tris įrenginius.Žemos įtampos valdymo stotyse yra grandinės pertraukikliai, apsaugantys nuo fazinio trumpojo jungimo ir įžeminimo, šiluminės relės, apsaugančios įrenginius nuo perkrovos, taip pat valdymo įranga (jungikliai, mygtukų įrašai ir kiti.).

Valdymo stoties perjungimo grandinėje yra būtini blokatoriai, leidžiantys dažnio keitiklį prijungti prie bet kurio pasirinkto bloko ir pakeisti darbinius blokus nepažeidžiant siurbimo ar pūtimo agregato technologinio darbo režimo.

Valdymo stotyse, kaip taisyklė, kartu su maitinimo elementais (automatiniais jungikliais, kontaktoriais ir kt.) yra valdymo ir reguliavimo įtaisai (mikroprocesorių valdikliai ir kt.).

Klientui pageidaujant, stotyse yra įrengti automatinio atsarginės galios (ATS) įjungimo, suvartotos elektros komercinio matavimo, išjungimo įrangos valdymo įrenginiai.

Esant poreikiui į valdymo pultą įvedami papildomi įrenginiai, užtikrinantys, kad kartu su dažnio keitikliu būtų naudojamas ir agregatų minkštasis starteris.

Automatinės valdymo stotys suteikia:

• technologinio parametro nustatytos vertės palaikymas (slėgis, lygis, temperatūra ir kt.);

• reguliuojamų ir nereguliuojamų mazgų elektros variklių darbo režimų valdymas (suvartotos srovės, galios valdymas) ir jų apsauga;

• automatinis atsarginio įrenginio paleidimas sugedus pagrindiniam įrenginiui;

• blokų perjungimas tiesiai į tinklą sugedus dažnio keitikliui;

• automatinis atsarginio (ATS) elektros įėjimo įjungimas;

• automatinis stoties perjungimas (AR) po nuostolių ir gilių įtampos kritimų maitinimo tinkle;

• automatinis stoties darbo režimo pakeitimas, sustojus ir paleidžiant darbinius mazgus nurodytu laiku;

• automatinis papildomo nereguliuojamo įrenginio įjungimas, jei valdomas blokas, pasiekęs vardinį greitį, neužtikrino reikiamo vandens tiekimo;

• automatinis darbo blokų kaitaliojimas tam tikrais intervalais, kad būtų užtikrintas vienodas variklio resursų suvartojimas;

• siurbimo (pūtimo) įrenginio veikimo režimo eksploatacinis valdymas iš valdymo pulto arba iš valdymo pulto.

Ryžiai. 4. Kintamo dažnio siurblių elektrinių pavarų grupinio valdymo stotis

Kintamo dažnio naudojimo siurbimo įrenginiuose efektyvumas

Kintamo dažnio pavaros naudojimas leidžia žymiai sutaupyti energijos, nes tai leidžia naudoti didelius siurbimo įrenginius esant mažam srautui. Dėl šios priežasties, padidinus agregatų vienetinį pajėgumą, galima sumažinti bendrą jų skaičių ir atitinkamai sumažinti bendrus pastatų matmenis, supaprastinti stoties hidraulinę schemą ir sumažinti vamzdynų skaičių. vožtuvai.

Taigi reguliuojamos elektros pavaros panaudojimas siurblinėse, taupant elektrą ir vandenį, leidžia sumažinti siurblinių skaičių, supaprastinti stoties hidraulinę grandinę ir sumažinti siurblinės pastato statybines apimtis.Šiuo atžvilgiu atsiranda antriniai ekonominiai efektai: sumažėja išlaidos pastato šildymui, apšvietimui ir remontui, sumažintos išlaidos, priklausomai nuo stočių paskirties ir kitų specifinių sąlygų, gali būti sumažintos 20-50%.

Techninė dažnio keitiklių dokumentacija rodo, kad reguliuojamos elektros pavaros naudojimas siurbimo agregatuose leidžia sutaupyti iki 50% energijos, sunaudojamos siurbiant švarų ir nuotekų vandenį, o atsipirkimo laikotarpis yra nuo trijų iki devynių mėnesių.

Tuo pačiu metu atliekami valdomos elektrinės pavaros efektyvumo skaičiavimai ir analizė veikiančiuose siurblių įrenginiuose rodo, kad mažiems siurblių agregatams, kurių galia iki 75 kW, ypač kai jie dirba su dideliu statinio slėgio komponentu, netinka naudoti valdomų elektrinių pavarų. Tokiais atvejais galite naudoti paprastesnes valdymo sistemas, naudodami droselį, keičiant veikiančių siurblių skaičių.

Kintamos elektros pavaros panaudojimas siurblinių agregatų automatikos sistemose, viena vertus, sumažina energijos sąnaudas, kita vertus, reikalauja papildomų kapitalo sąnaudų, todėl kintamos elektros pavaros panaudojimo siurblių agregatuose galimybė nustatoma lyginant sumažėjusias sąnaudas. iš dviejų variantų: pagrindinis ir naujas. Siurbimo agregatas su reguliuojama elektrine pavara imamas kaip nauja parinktis, o agregatas, kurio agregatai veikia pastoviu greičiu, yra pagrindinis.