Частотное регулирование скорости двигателя
Регулирование производительности турбо механизмов возможно рядом способов:
дросселированием в напорной магистрали
рециркуляцией
изменением числа работающих агрегатов
изменением скорости рабочего колеса
поворотом направляющих лопаток направляющей аппаратуры на входе рабочего колеса
Наиболее экономичным способом является изменение расхода посредством регулирования скорости вращения. Необходимо отметить, что при регулировании подачи изменением скорости, в отличие от других способов, К.П.Д. насоса практически не изменяется.
Существует несколько способов регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя, такие как:
реостатное регулирование частоты вращения;
регулирование частоты вращения двигателя при изменении величины питающего напряжения;
регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов;
регулирование частоты вращения асинхронных двигателей изменением частоты питающего напряжения.
В данном случае наиболее целесообразно применить регулирование скорости двигателя изменением частоты питающей сети. Так как это обеспечивает плавный пуск двигателя и регулирование скорости вращения вала двигателя.
В настоящее время благодаря развитию преобразовательной техники нашли широкое применение частотно регулируемые электропривода. Основным достоинством этой системы является:
плавность регулирования и высокая жесткость механической характеристики, что позволяет регулировать скорость в широком диапазоне
экономичность регулирования, определяемая тем, что двигатель работает с малыми величинами абсолютного скольжения, и потери в двигатели не превышают номинальные.
Преобразователи частоты служат для плавного, бесступенчатого регулирования скорости трехфазного асинхронного электродвигателя. Регулирование происходит за счет создания на выходе трехфазного тока переменной частоты.
Принцип регулирования частоты вращения можно представить в виде следующего выражения
,
(13)
где
– напряжение питания двигателя, В;
– частота питания, Гц.
Величины моментов электродвигателя для заданных значений скольжения определяю по формуле 8.
Результаты расчетов сведены в таблицу 2.3.
Таблица 2.3 – Расчётные величины моментов и скоростей при меняющейся частоте питающей сети
S |
при f=50 |
Мд при f=50 |
при f=40 |
Мд при f=40 |
при f=30 |
Мд при f=30 |
при f=20 |
Мд при f=20 |
при f=10 |
Мд при f=10 |
0,000 |
157,000 |
0,000 |
125,600 |
0,000 |
94,200 |
0,000 |
62,800 |
0,000 |
31,400 |
0,000 |
0,010 |
155,430 |
0,878 |
124,344 |
0,894 |
93,258 |
0,912 |
62,172 |
0,934 |
31,086 |
0,956 |
0,015 |
154,645 |
1,282 |
123,716 |
1,302 |
92,787 |
1,323 |
61,858 |
1,349 |
30,929 |
1,374 |
0,017 |
154,331 |
1,434 |
123,465 |
1,454 |
92,599 |
1,476 |
61,732 |
1,502 |
30,866 |
1,527 |
0,025 |
153,075 |
1,975 |
122,460 |
1,993 |
91,845 |
2,013 |
61,230 |
2,037 |
30,615 |
2,059 |
0,040 |
150,720 |
2,672 |
120,576 |
2,681 |
90,432 |
2,690 |
60,288 |
2,702 |
30,144 |
2,712 |
0,060 |
147,580 |
3,046 |
118,064 |
3,047 |
88,548 |
3,048 |
59,032 |
3,049 |
29,516 |
3,050 |
0,069 |
146,167 |
3,076 |
116,934 |
3,076 |
87,700 |
3,076 |
58,467 |
3,076 |
29,233 |
3,076 |
0,100 |
141,300 |
2,877 |
113,040 |
2,882 |
84,780 |
2,887 |
56,520 |
2,893 |
28,260 |
2,898 |
0,200 |
125,600 |
1,902 |
100,480 |
1,920 |
75,360 |
1,941 |
50,240 |
1,965 |
25,120 |
1,988 |
0,300 |
109,900 |
1,349 |
87,920 |
1,369 |
65,940 |
1,390 |
43,960 |
1,416 |
21,980 |
1,441 |
0,400 |
94,200 |
1,035 |
75,360 |
1,053 |
56,520 |
1,073 |
37,680 |
1,097 |
18,840 |
1,120 |
0,600 |
62,800 |
0,702 |
50,240 |
0,716 |
37,680 |
0,732 |
25,120 |
0,751 |
12,560 |
0,770 |
0,800 |
31,400 |
0,530 |
25,120 |
0,541 |
18,840 |
0,554 |
12,560 |
0,570 |
6,280 |
0,585 |
1,000 |
0,000 |
0,425 |
0,000 |
0,435 |
0,000 |
0,445 |
0,000 |
0,458 |
0,000 |
0,471 |
На
основании таблицы 2.3 строю механические
характеристики асинхронного двигателя
и насоса, представленные на рисунке
2.2.
Рисунок 2.2 – Механические характеристики двигателя и насоса
По полученным точкам пересечения характеристики насоса и характеристик двигателя строю зависимость напора Н, м от частоты питающей сети Н=f(f).
,
(14)
где
– текущее значение угловой скорости,
с-1;
М – текущее значение момента двигателя,
;
kз
– коэффициент
запаса двигателя по мощности, учитывающий
не точности расчёта; kp
– коэффициент, учитывающий мощность
двигателей в регулируемых приводах; Q
– объемная подача или производительность
данного насоса, м3/час;
g
–
ускорение
свободного падения, м/с2;
– общий
КПД насоса;
– плотность пульпы.
При частоте 30 Гц момент равен 1,068 , а скорость равна 94,2 с-1, тогда напор насоса:
м.
Результаты расчетов сведены в таблицу 2.4.
Таблица 2.4 – Данные для построения напорной характеристики насоса
f, Гц |
М, кН∙м |
, с-1 |
Н, м |
n, об/мин |
0 |
0,230 |
0 |
0 |
0 |
10 |
0,418 |
31,4 |
1,13 |
300 |
20 |
0,730 |
62,8 |
4,10 |
600 |
30 |
1,068 |
94,2 |
10,753 |
900 |
40 |
1,699 |
123,6 |
20,64 |
1180,892 |
50 |
0,230 |
155,43 |
42 |
1485 |
По результатам таблицы 2.4 строю характеристику напора насоса в зависимости от изменения частоты питающей сети и скорости вращения двигателя, представленные на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 – Характеристики напора насоса
По представленным зависимостям можно сказать, что с постепенным увеличением частоты питающей сети напор увеличивается плавно, исключая перепад давления между всасывающим и напорным патрубками насосного агрегата, а также гидроудары.