1.3 Задачи проектирования электропривода
Одним из главных преимуществ использования регулируемого электропривода насосных агрегатов является возможность адаптации его характеристик к характеристикам гидравлической сети посредством выбора рациональной номинальной скорости вращения рабочего колеса, отвечающей основному режиму работы установки. При этом номинальная скорость может быть как выше, так и ниже стандартного значения.
Большинство насосов и насосных станций работает или объективно должны работать с переменной производительностью. Гидравлические способы не экономичны и не дают возможности автоматизированного регулирования.
Второе принципиальное преимущество регулируемого электропривода состоит в том, что если насосный агрегат должен работать с переменной производительностью, то с энергетической точки зрения это наиболее рационально осуществлять путем регулирования скорости рабочего колеса насоса.
Указанные обстоятельства позволяют иначе взглянуть на методы оптимизации характеристик насосов и, следовательно, на вопросы их конструирования.
Задача оптимизации относится уже не к одному номинальному режиму, а к целой области режимов, характеризующихся требуемыми диапазонами изменения скорости и производительности насосов. Это новая постановка вопроса, которая лежит в компетенции специалистов по насосостроению и требует, по-видимому, проведения специальных исследований.
Возможность иметь нестандартную номинальную скорость позволит, возможно, иначе взглянуть на типажные ряды и конструктивную унификацию насосных агрегатов.
Таким образом, новыми конструкторскими вопросами являются:
специальное конструирование насосов под переменную скорость вращения;
гибкий подход к установлению номинальных параметров;
гибкий подход к конструкторской унификации.
Важной задачей при заводском изготовлении насосных станций является повышение их монтажеспособности. Перспективным направлением здесь является модульная конструкция, позволяющая собирать станцию из отдельных модулей, включающих насосные агрегаты, необходимую аппаратуру, соединительные переходы и контрольно-измерительную аппаратуру. В этом случае потребителю поставляется законченная конструкция насосной станции, удобная для сборки на месте монтажа. Принцип модульности относится и к электрической части установки — комплектному устройству управления.
Этап проектирования СУ включает в себя формирование электромеханических (механических) характеристик электропривода (ЭП) с замкнутой СУ, формирование динамических характеристик ЭП, разработку принципиальной схемы управления, схем электрических соединений и подключений.
При проектировании СУЭП особое место занимает анализ динамических режимов, который позволяет определить временные зависимости координат электропривода, время и характер протекания переходных процессов в отношении соответствия их технологическому режиму работы механизма; оценить допустимость возникающих в динамических режимах значений момента, ускорения, тока, которые определяют механические и электрические перегрузки в ЭП; произвести правильный выбор мощности двигателя и аппаратуры управления.
2 Расчетный раздел
2.1 Расчет мощности и выбор двигателя привода
Главной задачей центробежного насоса перекачивания воды. Таким образом, ими осуществляется транспортировка воды, всевозможные твердые вкрапления, а также прочие вещества, характеризующиеся промышленным происхождением.
На питание электропривода используется более половины энергии. Поэтому улучшение основных энергетических показателей имеет большее значение. К основным энергетическим показателям относятся потери мощности и энергии, коэффициент полезного действия, коэффициент мощности. КПД - это мера экономичности превращения энергии системного электропривода. Величина КПД зависит от кратности нагрузки двигателя. Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, близкой к номинальной.
Для электродвигателей переменного тока важным энергетическим показателем является cos φ, который зависит от нагрузки на валу двигателя и, показывает, какая часть главной электрической мощности, которая поступает из сети питания, превращается в активную мощность. При отсутствии нагрузки cos φ имеет небольшое значение. Если нагрузка возрастает, возрастает и cos φ, который также достигает максимума при нагрузке, близкой к номинальной мощность.
Двигатель установки выбирают по:
- условиям окружающей среды;
- номинальной мощности;
- уровню шума;
- чистоте вращения;
-- способу защиты;
способу монтажа;
- допустимой чистоте пуска.
КПД цепи установки при номинальной нагрузке составляет около 0,8.
:двигатель выбирают по
- номинальной мощности;
- чистоте вращения;
- условиям окружающей среды;
- способу монтажа;
- допустимой чистоте пуска;
- уровню шума;
- способу защиты.
Определим расчетную мощность двигателя
где
- производительность насоса ,
;
;
-
величина напора, м;
;
-
потеря напора, м;
;
-удельный
вес перекачиваемой жидкости,
;
;
-
кпд насоса;
.
Двигатель выбирается по большей мощности, чем Рдв расч:
60кВт >52кВТ
Выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
типа М-315МК4,
технические параметры которого приведены в таблице 2..
Таблица 2. - Техническая характеристика двигателя типа М-315МК4
Наименование |
Размерность |
Значение |
Номинальная мощность |
кВт |
10 |
Номинальное напряжение |
В |
3х380 |
Номинальный ток |
А |
475 |
Частота вращения |
об/мин |
1500 |
Cosφ |
|
0,9 |
КПД |
% |
0,9 |
Момент инерции |
кг |
6 |
м²
Данный двигатель входит в комплект поставки
насосного агрегата 1Д630-90.
Параметры схемы замещения в относительных единицах представлены
в таблице 2.2
Таблица 2.2 – параметры схемы замещения в относительных единицах
|
В номинальном режиме |
При коротком замыкании |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4.6 |
0.013 |
0.09 |
0.013 |
0.13 |
0.024 |
0.037 |
0.15 |
Определяем номинальный фазный ток статора:
Определяем значения параметров схемы замещения в именованных единицах:
где
,
- сопропивление, Ом;
X,R – сопротивления, отн. ед.
Результаты расчёта сопротивлений в именованных единицах представлены
в таблице .3.
Таблица .3 – Результаты расчёта сопротивлений в именованных единицах
|
В номинальном режиме |
При коротком замыкании |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
2,162 |
0,0061 |
0.0423 |
0.0061 |
0.061 |
0,0113 |
0,0174 |
0,071 |
|
График электрических нагрузок представлены на рис. 1.
2.2 Расчет электрических параметров и выбор преобразователя и его элементов и устройств
Выбор производится по среднему значению тока через вентиль с учетом увеличения тока двигателя в переходных режимах до (2-2,2) · Iн условий охлаждения и максимального значения обратного напряжения.
Выбирали двигатель М-315МК4,
Рн = 10 кВт,
Определяем ток номинальный двигателя
Iн=Pн/Uн *1,73*cos
Iн=10000/380 *1,73*0,8=36,4А
Среднее значение тока через тиристор
Iср= kз· Iн / 3kох·
Где kз = (2-2,5) – коэффициент запаса по току
kох – коэффициент учитывающий интенсивность охлаждения вентиля, при естественном воздушном охлаждении kох = 0,35
этродвигатель преобразователь цепь связь
Idср = 2,5·420/0,35·3= 850А
Максимальная величина обратного напряжения
Uобрм =kзн· kuобр· Idср , В
Где kзн = (1,5-1,8) – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное повышение сети напряжения и периодические выбросы напряжения при коммутациях вентилей
kuобр – коэффициент обратного напряжения;
kuобр = 2,25
Udо – напряжение преобразователя при ά = 0 предварительно подсчитывается по формуле
Udо = kс· ka· kг· Ud = 1,05· 1,05· 1,05· 220 = 254,68 В
Uобрм =1,5· 2,25· 850 = 2420 В
Выбираем тиристоры типа Д235В
Uобрм =3000 Idср = 1200А
2.3 Расчет регулировочных и внешних характеристик преобразователя
Регулировочной характеристикой называется зависимость выпрямленного напряжения, Ud от ȧ Ud (ȧ). Регулировочные характеристики строятся в зависимости от режима работы.
Расчет регулировочных характеристик тиристорного преобразователя производится для 3-х режимов:
1) на активную нагрузку;
2) на индуктивную нагрузку;
3) на активно-индуктивную нагрузку.
Расчет регулировочных характеристик сводится в таблицу 2.
Таблица 2