8. Разработка системы насосной станции

8.1.Структурная схема насосного агрегата

Перекачивание воды со скважин идет через систему труб и установленную группу насосов (рис. ).

Очевидно, что в установившемся режиме работы приток равен стоку . Таким образом, управляющей величиной является приток жидкости, управляемой – величина уровня, а главным возмущением - изменение потока жидкости потребителей.

Передаточная функция объекта управления представляет собой интегрирующее звено вида:

где T-постоянная времени численно T=S

Структурная схема объекта управления имеет вид и представлена на рисунке 31.

Рис.31. Структурная схема объекта управления

Функциональная схема системы автоматического регулирования имеет вид и представлена на рисунке 32.

Рис.32. Структурная схема САР электропривода

8.2.Передаточная функция насосного агрегата

Передаточная функция насоса имеет вид:

где производительность насоса пропорциональна входной величине:

Передаточная функция насосного агрегата пропорциональна коэффициенту усиления насосного агрегата:

где

где q – объем рабочей камеры насоса или удельная производительность насоса.

Производительность центробежного насоса прямо пропорциональна угловой скорости вращения приводного электродвигателя:

8.3.Передаточная функция частотного преобразователя

Преобразователь частоты обеспечивает регулировку как по частоте так и по напряжению, причем выходное напряжение пропорционально частоте. В связи с этим возьмем в качестве выходного параметра напряжение, и представим структурную схему преобразователя частоты в виде передаточной функции:

где – постоянная времени преобразователя (для преобразователей на быстродействующих транзисторах 0,001 с), – коэффициент усиления преобразователя по напряжению.

В трехфазном преобразователе входное напряжение с регулятора является входным для каждой фазы. Схемы регуляторов собраны на основе операционных усилителей. Максимальное напряжение задания на выходе с регулятора составляет 10 В.

Коэффициент усиления преобразователя:

8.4.Структурная схема асинхронного двигателя

Пусковой момент:

522 Н∙м

Пусковой ток:

Данные для анализа САР электропривода приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1.

Параметры двигателя

Номинальный ток статора, Iн	205	А
Пусковой ток, Iп	1230	А
Пусковой момент	0,522	кН∙м
Активное сопротивление короткого замыкания, Rк	0,051	Ом
Индуктивное сопротивление короткого замыкания, Хк	0,061	Ом
Частота вращения двигателя, ω	157	рад/с

Для вывода передаточных функций используем упрощенную Г-образную схему замещения асинхронного двигателя представлена на рисунке 33.

По II-му закону Кирхгофа:

Рис.33. Г-образная схема замещения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

При пуске двигателя:

где - сопротивления короткого замыкания двигателя

Отсюда:

где - постоянная времени АД

- коэффициент двигателя

Получаем,

Ток статора:

где – коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение I₁/I₂, при .Находим значение коэффициента из графика на рисунке 34.

Рис.34. Зависимость коэффициента от коэффициента мощности

Уравнение движения АД:

Т.к. максимальный момент развиваемый двигателем при работе равен

Следовательно, характеристика двигателя на этом участке близка к линейной.

Жесткость механической характеристики β равна:

Электромагнитный момент:

Т.к. электромагнитный момент пропорционален току :

то для момента пуска:

Запишем уравнение в операторной форме:

Таким образом, звено представлено интегрирующим звеном с передаточной функцией:

.

Составим структурную схему АД с короткозамкнутым ротором на рисунке 35.

Рис.35. Структурная схема АД с короткозамкнутым ротором

8.4.Регулятор тока

Контур регулирования тока обычно содержит ПИ-регулятор, настроенный по условиям технического оптимума.

Передаточная функция разомкнутого контура тока имеет вид:

При настройке контура необходимо подобрать такие настройки регулятора, чтобы передаточная функция разомкнутого контура имела вид:

.

Приравняв правые части уравнений , получим:

Откуда

Таким образом, получили ПИ-регулятор тока:

,

где