Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энергосберегающие системы электропривода переменного тока с частотным управлением для механизмов с вентиляторным статическим моментом. Учебное пособие
.pdf
41
Средний расход пара за месяц, т/ч
12,60
12,80
13,00
13,20
13,40
13,60
13,80
14,00
14,20
14,40
14,60
январь
февраль
март
апрель
май
июнь
июль
август
сентябрь
октябрь
ноябрь
декабрь
Расход пара за сутки, т/ч
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Рис. 2.6. Изменение расхода пара в течение года
Рис. 2.7. Изменение суточного расхода воды
42
На рис. 2.8. представлены характеристики способов регулирования пи-
const
НОМ
м
Н
Qg
M
c
изб
Н
,
S
Н
ф
рпкф
pQ
Ф
H
рпк
p
ф
S
52
/мc
тающего насоса и магистрали. Регулирование подачи дроссельной заслонкой
основано на изменении сопротивления магистрали. В этом случае при
рабочая точка механизма перемещается по Q-H – характеристи-
ке, соответствующей номинальной скорости двигателя, в сторону снижения подачи до точки пересечения с новой характеристикой магистрали (точки 1, 2, 3
на рис. 2.8).
Момент сопротивления на валу двигателя
, (2.5)
где - плотность жидкости, кг/м3 (для воды =1000 кг/м3); g – ускорение
свободного падения, g =9,81 м/с2; Q – производительность турбомеханизма,
м3/с; Н - давление, м; ηм - коэффициент полезного действия турбомеханизма
при данном режиме его работы; ω - угловая скорость рабочего органа насоса,
рад/с.
При дроссельном регулировании возникает избыточное давление
которое может превысить нужный напор и тем самым создать опасность в системе трубопровода. Поэтому в такой системе управления избыточное давление
подавляется на выходной задвижке. На рис. 2.9 приведена диаграмма, показывающая зависимость избыточного напора воды от текущего расхода. Так как
расход воды зависит от перепада давления на регулирующем клапане, то его
можно представить в виде:
,
(2.6)
где
давления на клапане;
- фиктивный напор при нулевой подаче воды, м;
- гидравлическое фиктивное сопротивление насоса,
- перепад
.
43
0
C
H
max
Q
max
H
/чм
3
Q,
,H
м
и з б 1
H
и з б 1Hи з б 1
H
Естественная характеристика
0
C1
H
ном
Q
ном
H
/чм
3
Q,
,H
м
1
Q
2
Q
C2
H
1
H
2
H
1
H
2
H
0н
H
1
2
3
5
6
7
4
Рис. 2.8. Характеристики способов регулирования питающего насоса
Рис. 2.9. Зависимость величины избыточного напора воды от текущего
расхода
44
При электрическом способе регулирования подачи рабочая точка перемещается по неизменной характеристике магистрали (точки 4, 5, 6, 7 на рис.
2.8). При этом с уменьшением подачи уменьшается и требуемый напор, что
приводит к снижению статической мощности, необходимой для работы насоса
с заданным расходом воды, по сравнению с дроссельным регулированием.
Применение частотно-регулируемого электропривода позволяет обеспечить требуемые технологические показатели при существенном сокращении затрат электроэнергии. Регулируемый электропривод позволяет экономить не
только электрическую энергию, но и тепловую, снижать электрическую нагрузку в часы максимума, а также экономить воду. При частотном регулировании
насосов можно избежать аварийных ситуаций за счет предотвращения гидравлических ударов, возникающих при изменении режимов работы и пуске системы при нерегулируемом электроприводе. Поэтому проводимые работы по переводу являются актуальными.
Для паровых котлоагрегатов важным параметром регулирования является
уровень воды в барабане котла. Линия тренда уровня при дроссельном регулировании (рис. 2.8) выглядит достаточно стабильной, но это не означает, что
уровень регулируется качественно.
Зачастую исполнительный механизм периодически открывается и закрывается, и его состояние может меняться от полностью закрытого до полностью
открытого. Регулятор не может установить стабильный постоянный расход через клапан и корректировать его в незначительных пределах.
Причин неустойчивого регулирования достаточно много. В первую очередь это качество подбора регулирующего клапана, его расходная характеристика, проходное сечение. Далее – стабильность давления воды перед клапаном
(оно должно быть постоянным). Фактически при открытии клапана (даже если
это клапан другого котла) давление падает.
Электродвигатели, работающие с постоянной скоростью вращения, потребляют значительно больше электроэнергии, чем это требуется для обеспече-
45
ния оптимального технологического процесса. При этом ежегодно теряются
миллиарды киловатт-часов электроэнергии.
Решить данные проблемы позволяет применение частотного регулирования числа оборотов электродвигателя. Применение частотного регулирования
коренным образом меняет ситуацию. При изменении частоты вращения насоса
изменяется положение характеристики Q-H насоса. С уменьшением частоты
вращения характеристика перемещается вниз параллельно самой себе. Таким
образом, устройство частотного регулирования обеспечивает поддержание такой скорости вращения ротора насоса, которая достаточна для создания необходимого напора при данной величине расхода воды. Изменяется не характеристика системы, а производительность насосного агрегата.
На рис. 2.10 представлены потребляемые из сети мощности при различных законах регулирования, где видно значительное преимущество частотного
регулирования. Потребляемая из сети асинхронным короткозамкнутым двигателем электроэнергия при дроссельном регулировании будет расходоваться не
только на снабжение котла питательной водой, но и на преодоление гидравлического сопротивления, создаваемого регулирующим клапаном, в то время как
при частотном, только на снабжение котла питательной водой.
Наиболее подходящей системой электропривода питательного насоса
ЦНСГА 38/220 парового котла ДЕ-25-14 ГМО является система ПЧ-АД, включающая преобразователь частоты со звеном постоянного тока и асинхронный
двигатель с короткозамкнутым ротором. Такая система позволяет регулировать
скорость вращения вала насоса от 0 до 3000 об/мин в зависимости от производительности котла и необходимого количества деаэрированной воды. При
этом с помощью преобразователя частоты по сигналу от датчика давления
можно автоматически изменять частоту вращения рабочего колеса насоса, оперативно реагируя на изменение расхода жидкости и обеспечивая поддержание
заданного давления с высокой точностью.
46
0
ном
Q
max
P
/чм
3
Q,
P, кВт
ДР
P
ЧР
P
P
ДР
P
ЧР
P
Рис. 2.10. Потребляемые из сети мощности при дроссельном
(
) и частотном (
) регулировании и их разницы (P)
Рис. 2.11. Механические характеристики: A - насосного агрегата ЦНСГа 38-220;
электродвигателя 4А200L2У3: В - при Uф=220 В, f=50 Гц; Е - при Uф=176 В,
f=40 Гц; C - при Uф=132 В, f=30 Гц; D - при Uф=44 В, f=10 Гц
На рис. 2.11 приведены механические характеристики асинхронного
электродвигателя 4А200L2У3 при изменении питающего напряжения и частоты
47
по закону U/f=const и механическая характеристика насоса ЦСНГA 38/220. По-
QRНН
b
0
2
0
Н
b
R
цнпч
АД
пк
11
, fU
зад
U
Н
Н
Q
Q
Н
дача Q на выходе насосного агрегата отвечает определенному значению задающего напряжения и рассчитывается из математической модели системы
“преобразователь частоты – асинхронный двигатель – центробежный насос”
(ПЧ-АД-ЦН). Если указанную модель дополнить параметрами гидравлического
сопротивления парового котла, то с учетом вентиляторного характера нагрузки
АД модель системы ПЧ-АД-ЦН-паровой котел (ПК) будет иметь вид, изображенный на рис. 2.12.
Обратная связь на АД по давлению и подаче обусловлена нагрузкой возникающей на валу двигателя, в качестве которой выступает ЦН, момент сопротивления которого характеризует формула (2.5). Обратная связь на ЦН по подаче обусловлена уравнением насоса, которое связывает давление на его выходе с производительностью и относительной скоростью вращения. Для насосов с
покатыми характеристиками уравнение имеет вид
, (2.7)
где - относительная скорость вращения ротора;
при нулевой подаче;
- внутреннее сопротивление насоса.
- давление насоса
В соответствии с (2.7) структурная схема насоса, на вход которой подается относительная скорость вращения рабочего органа, а на выходе снимается
производительность, представлена на рис. 2.13. При сравнении режимов работы электродвигателя насоса с дроссельным и частотным регулированием производительности можно сделать вывод о снижении при частотном регулировании потребляемой из сети мощность до 50%.
Рис. 2.12. Структурная схема системы ПЧ-АД-ЦН-ПК
48
Рис. 2.13. Структурная схема ЦН при дроссельном регулировании
Рис. 2.14. Функциональная схема частотного асинхронного
электропривода с системой IR-компенсации
На насосных установках в основном применяются системы частотного
асинхронного электропривода со скалярным управлением без датчика скорости
на валу двигателя. Выбор скалярной системы управления частотным асинхронным электроприводом насосного агрегата определяется диапазоном регулирования частоты вращения около 1:3 и отсутствием высоких требований к стабилизации пускового момента, стабилизации установившейся частоты вращения
при изменении нагрузки на валу двигателя, или быстродействию системы электропривода. Для стабилизации основного магнитного потока двигателя в сис-
49
теме частотного асинхронного электропривода, реализующей закон управления
constfU /
, используют метод IR-компенсации (рис. 2.14). В этом случае сиг-
нал задания напряжения на статоре формируется как сумма заданного значения напряжения за активным сопротивлением статора и величины, пропорциональной падению напряжения за активным сопротивлением обмотки статора. Второе слагаемое в правой части этого равенства определяется
по измеренному и преобразованному с помощью выпрямителя току статора
при известном активном сопротивлении обмотки статора , которое в современных преобразователях автоматически измеряется при первом включении
привода. Наличие блока предусматривает возможность задания
различных зависимостей напряжения за активным сопротивлением от частоты.
50
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Аракелян, А. К. Вентильный электропривод с синхронным двигате-
лем и зависимым инвертором [Текст] / Аракеляв А. К., Афанасьев А. А., Чиликин М. Г. // Москва, Энергия, 1977. – 224 с.
2. Вейнгер A.M. Регулируемый синхронный электропривод [Текст] /
Вейнгер А.М. // Москва, Энергоатомиздат, 1985. – 224 с.
3. Дейч, М.Е. Техническая газодинамика [Текст] / Дейч М.Е. // Моск-
ва, Госэнергоиздат, 1961. – 669 с.
4. Дмитриенко, Ю.А. Регулируемый электропривод насосоных агрега-
тов [Текст] / Ю.А. Дмитриенко. - Кишинев: Штиинца, 1985. - 120 с.
5. Зайцев, А.И. Эффективность применения регулируемого электро-
привода турбомеханизмов [Текст] / Зайцев А.И., Колесников С.М. // Электротехнические комплексы и системы управления, Сборник научных трудов, Воронеж: ВГТУ, 2003. с. 71-76.
6. Благов, Э.Е. Дроссельно-регулирующая арматура в энергетике [Текст] /
Э.Е. Благов, Б.Я. Ивницкий. - М.: Энергия, 1974. – 264 с.
7. Ключев, В. И. Электропривод и автоматизация общепромышленных
механизмов: учебник для вузов [Текст] / В.И. Ключев, В.М. Терехов. - М.:
Энергия, 1980. - 360 с.
8. Лезнов, Б.С. Экономия электроэнергии в насосных установках [Текст]
/ Б.С. Лезнов. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 116 с.
9. Мещеряков, В.Н. Системы электропривода переменного тока для подъемно-транспортных механизмов и насосных агрегатов: учеб. пос. [Текст] / В.Н.
Мещеряков, Л.Н. Языкова. – Липецк: ЛГТУ, 2009. – 48 с.
10. Онищенко, Г.Б. Электропривод турбомеханизмов [Текст] / Г.Б.
Онищенко, М.Г. Юньков. – М.: Энергия, 1972. – 240 с.
11. Елисеев В.А. Справочник по автоматизированному электроприводу
[Текст] / В.А.Елисеев, А.В.Шинянский.-М.: Энергоатом издат, 1983. - 616 c.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]