Pumbaagregaatide elektriajam sagedusega

Tsentrifugaalpumpade töörežiime on kõige energiasäästlikum reguleerida nende rataste pöörlemiskiirust muutes. Rataste pöörlemiskiirust saab muuta, kui ajamimootorina kasutatakse reguleeritavat elektriajamit.
Gaasiturbiinide ja sisepõlemismootorite konstruktsioon ja omadused on sellised, mis võimaldavad muuta pöörlemiskiirust vajalikus vahemikus.

Iga mehhanismi pöörlemiskiiruse reguleerimise protsessi analüüsitakse mugavalt, kasutades seadme mehaanilisi omadusi.

Mõelge pumbast ja elektrimootorist koosneva pumbaseadme mehaanilistele omadustele. Joonisel fig. Joonisel 1 on näidatud tagasilöögiklapiga (kõver 1) ja oravapuuriga rootoriga elektrimootoriga (kõver 2) varustatud tsentrifugaalpumba mehaanilised omadused.

Riis. 1. Pumbaseadme mehaanilised omadused

Elektrimootori pöördemomendi väärtuste ja pumba takistusmomendi erinevust nimetatakse dünaamiliseks pöördemomendiks.Kui mootori pöördemoment on suurem kui pumba takistusmoment, loetakse dünaamiline pöördemoment positiivseks, kui see on väiksem, siis negatiivseks.

Positiivse dünaamilise momendi mõjul hakkab pumbaseade töötama kiirendusega, s.o. kiirendab. Kui dünaamiline pöördemoment on negatiivne, töötab pumbaseade viivitusega, st. aeglustab.

Kui need momendid on võrdsed, toimub statsionaarne töörežiim, s.t. pumbaseade töötab püsiva kiirusega. See kiirus ja vastav pöördemoment määratakse elektrimootori ja pumba mehaaniliste omaduste lõikepunktiga (punkt a joonisel 1).

Kui reguleerimise käigus ühel või teisel viisil mehaaniline karakteristik muutub, näiteks pehmemaks, lisades elektrimootori rootori ahelasse lisatakisti (kõver 3 joonisel 1), siis elektrimootori pöördemoment. muutub vastupanu hetkest väikeseks.

Negatiivse dünaamilise pöördemomendi mõjul hakkab pumbaseade tööle viivitusega, s.o. aeglustub, kuni pöördemoment ja takistusmoment taas tasakaalustuvad (joon. 1 punkt b). See punkt vastab kiiruse ja pöördemomendi omaväärtusele.

Seega kaasnevad pumbaseadme pöörlemiskiiruse reguleerimise protsessiga pidevalt muutused elektrimootori pöördemomendis ja pumba takistusmomendis.

Pumba pöörlemiskiirust saab juhtida kas pumbaga jäigalt ühendatud elektrimootori kiiruse muutmisega või pumba ja konstantsel kiirusel töötava elektrimootoriga ühendava ülekande ülekandearvu muutmisega.

Elektrimootorite pöörlemiskiiruse reguleerimine

Vahelduvvoolumootoreid kasutatakse peamiselt pumbaseadmetes. Vahelduvvoolumootori pöörlemiskiirus sõltub toitevoolu f sagedusest, pooluste paaride arvust p ja libisemisest s. Muutes ühte või mitut neist parameetritest, saate muuta elektrimootori ja sellega ühendatud pumba kiirust.

Sagedusliku elektriajami põhielement on sageduse konverter… Inverteril on konstantne võrgusagedus f1, mis on teisendatud muutujaks e2. Proportsionaalselt sagedusega e2 muudab muunduri väljundiga ühendatud elektrimootori kiirust.

Sagedusmuunduriga võrgupinge U1 ja sagedus praktiliselt ei muutu f1 teisendatuna juhtimissüsteemi jaoks vajalikeks muutuvateks parameetriteks U2 ja e2. Elektrimootori stabiilse töö tagamiseks, selle ülekoormuse piiramiseks voolu ja magnetvoo osas, kõrgete energianäitajate säilitamiseks sagedusmuunduris tuleb sõltuvalt mootori tüübist säilitada teatud suhe selle sisend- ja väljundparameetrite vahel. pumba mehaanilised omadused. Need seosed on tuletatud sageduse juhtimise seaduse võrrandist.

Pumpade puhul tuleb järgida suhet:

U1 / f1 = U2 / f2 = konst

Joonisel fig. 2 kujutab sageduse reguleerimisega asünkroonmootori mehaanilisi omadusi.Kui sagedus f2 väheneb, ei muuda mehaaniline karakteristik mitte ainult oma asukohta n — M koordinaatides, vaid muudab teatud määral ka kuju. Eelkõige väheneb elektrimootori maksimaalne pöördemoment. See on tingitud asjaolust, et suhtega U1 / f1 = U2 / f2 = const ja sageduse muutus f1 ei võta arvesse staatori aktiivse takistuse mõju mootori pöördemomendi suurusele.

Riis. 2. Sagedusliku elektriajami mehaanilised omadused maksimaalsel (1) ja vähendatud (2) sagedusel

Sageduse reguleerimisel, võttes arvesse seda mõju, jääb maksimaalne pöördemoment muutumatuks, mehaanilise karakteristiku kuju säilib, muutub ainult selle asend.

Sagedusmuundurid koos impulsi laiuse modulatsioon (PWM) neil on kõrged energiaomadused, mis tulenevad asjaolust, et muunduri väljundis on sinusoidile lähenevate voolu- ja pingekõverate kuju. Viimasel ajal on kõige levinumad IGBT-moodulitel (isoleeritud paisuga bipolaarsed transistorid) põhinevad sagedusmuundurid.

IGBT-moodul on ülitõhus võtmeelement. Sellel on madal pingelang, suur kiirus ja madal lülitusvõimsus. Asünkroonse mootori juhtimiseks mõeldud PWM-i ja vektoralgoritmiga IGBT-moodulitel põhineval sagedusmuunduril on eeliseid teist tüüpi muundurite ees. Sellel on kõrge võimsustegur kogu väljundsagedusvahemikus.

Konverteri skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 3.

Riis. 3.IGBT moodulite sagedusmuunduri skeem: 1 — ventilaatorite plokk; 2 — toiteallikas; 3 — kontrollimatu alaldi; 4 — juhtpult; 5 — juhtpaneeli plaat; 6 — PWM; 7 — pinge muundamise seade; 8 — süsteemi juhtplaat; 9 — autojuhid; 10 — inverterseadme kaitsmed; 11 — vooluandurid; 12 — asünkroonne oravapuuriga mootor; Q1, Q2, Q3 — toiteahela, juhtahela ja ventilaatoriploki lülitid; K1, K2 — kontaktorid kondensaatorite ja toiteahela laadimiseks; C — kondensaatorpank; Rl, R2, R3 — takistid kondensaatori laengu voolu, kondensaatorite tühjenemise ja äravooluploki piiramiseks; VT – inverteri toitelülitid (IGBT moodulid)

Sagedusmuunduri väljundis moodustub sinusoidist veidi erinev pinge (voolu) kõver, mis sisaldab kõrgemaid harmoonilisi komponente. Nende olemasolu põhjustab elektrimootori kadude suurenemist. Sel põhjusel, kui elektriajam töötab nimikiirusele lähedasel kiirusel, on elektrimootor ülekoormatud.

Vähendatud kiirustel töötades halvenevad pumbaajamites kasutatavate iseventilatsiooniga elektrimootorite jahutustingimused. Pumbaseadmete normaalses reguleerimisvahemikus (1: 2 või 1: 3) kompenseeritakse see ventilatsioonitingimuste halvenemine koormuse olulise vähenemisega, mis on tingitud voolukiiruse ja pumba kõrguse vähenemisest.

Nimiväärtusele (50 Hz) lähedastel sagedustel töötades nõuab jahutustingimuste halvenemine koos kõrgemat järku harmooniliste ilmnemisega lubatud mehaanilise võimsuse vähendamist 8-15%.Tänu sellele väheneb elektrimootori maksimaalne pöördemoment 1 — 2%, selle kasutegur — 1 — 4%, cosφ — 5-7%.

Elektrimootori ülekoormamise vältimiseks on vaja kas piirata selle kiiruse ülemist väärtust või varustada ajam võimsama elektrimootoriga. Viimane meede on kohustuslik, kui pumpamisseade on kavandatud töötama sagedusel e2> 50 Hz. Mootori pöörete ülemise väärtuse piiramine toimub sageduse e2 piiramisega kuni 48 Hz. Ajami mootori nimivõimsuse suurenemine ümardatakse ülespoole lähima standardväärtuseni.

Muutuva elektriploki ajamite grupijuhtimine

Paljud pumbakomplektid koosnevad mitmest plokist. Reeglina ei ole kõik seadmed varustatud reguleeritava elektriajamiga. Kahest või kolmest paigaldatud seadmest piisab, kui varustada üks reguleeritava elektriajamiga. Kui mõne seadmega on püsivalt ühendatud muundur, kulub nende mootoriressurssi ebaühtlaselt, kuna muutuva kiirusega ajamiga seadet kasutatakse palju kauem.

Koormuse ühtlaseks jaotamiseks kõigi jaama paigaldatud plokkide vahel on välja töötatud grupijuhtimisjaamad, mille abil saab plokke jadamisi ühendada muunduriga. Juhtimisjaamu valmistatakse tavaliselt madalpingeseadmetele (380 V).

Tavaliselt on madalpinge juhtimisjaamad ette nähtud kahe või kolme seadme juhtimiseks.Madalpinge juhtimisjaamade hulka kuuluvad kaitselülitid, mis pakuvad kaitset faasifaasi lühise ja maanduse eest, soojusreleed seadmete kaitsmiseks ülekoormuse eest, samuti juhtimisseadmed (lülitid, nupupostid ja teised.).

Juhtjaama lülitusahel sisaldab vajalikke blokeeringuid, mis võimaldavad sagedusmuundurit ühendada mis tahes valitud plokiga ja vahetada tööplokke ilma pumpamis- või puhumisseadme tehnoloogilist töörežiimi häirimata.

Juhtjaamad sisaldavad reeglina koos toiteelementidega (automaatlülitid, kontaktorid jne) juhtimis- ja reguleerimisseadmeid (mikroprotsessori kontrollerid jne).

Kliendi soovil on jaamad varustatud varutoite (ATS) automaatse sisselülitamise, tarbitud elektri kommertsmõõtmise, seiskamisseadmete juhtimise seadmetega.

Vajadusel viiakse juhtimispulti sisse lisaseadmed, mis tagavad koos sagedusmuunduriga seadmete pehmekäiviti kasutamise.

Automatiseeritud juhtimisjaamad pakuvad:

• tehnoloogilise parameetri (rõhk, tase, temperatuur jne) seatud väärtuse säilitamine;

• reguleeritavate ja mittereguleeritavate sõlmede elektrimootorite töörežiimide juhtimine (tarbitud voolu, võimsuse juhtimine) ja nende kaitse;

• varuseadme automaatne käivitamine põhiseadme rikke korral;

• plokkide lülitamine otse võrku sagedusmuunduri rikke korral;

• varu (ATS) elektrisisendi automaatne sisselülitamine;

• jaama automaatne taasühendamine (AR) pärast kaotust ja sügavaid pingelangusi toitevõrgus;

• jaama töörežiimi automaatne muutmine koos töösõlmede seiskamise ja käivitamisega etteantud ajal;

• täiendava reguleerimata seadme automaatne aktiveerimine, kui juhtseade, saavutades nimikiiruse, ei taganud vajalikku veevarustust;

• automaatne tööplokkide vaheldumine teatud ajavahemike järel, et tagada ühtlane mootoriressursside tarbimine;

• pumpamise (puhumis) seadme töörežiimi juhtimine juhtpaneelilt või juhtpaneelilt.

Riis. 4. Muutuva sagedusega pumpade elektriajamite rühmajuhtimise jaam

Pumbaseadmetes muutuva sagedusega kasutamise efektiivsus

Muutuva sagedusega ajami kasutamine võimaldab oluliselt säästa energiat, kuna see võimaldab kasutada suuri pumbaseadmeid väikese vooluhulgaga. Tänu sellele on võimalik sõlmede ühikuvõimsust suurendades vähendada nende koguarvu ja vastavalt vähendada hoonete üldmõõtmeid, lihtsustada jaama hüdroskeemi ja vähendada torustike arvu. klapid.

Seega võimaldab reguleeritava elektriajami kasutamine pumbaagregaatides koos elektri ja vee kokkuhoiuga vähendada pumbaagregaatide arvu, lihtsustada jaama hüdroahelat ning vähendada pumbajaama hoone ehitusmahtusid.Sellega seoses tekivad sekundaarsed majanduslikud efektid: vähenevad kulud hoone küttele, valgustusele ja remondile, vähenenud kulusid, olenevalt jaamade kasutusotstarbest ja muudest spetsiifilistest tingimustest, on võimalik vähendada 20-50%.

Sagedusmuundurite tehniline dokumentatsioon näitab, et reguleeritava elektriajami kasutamine pumbaseadmetes võimaldab säästa kuni 50% puhta ja heitvee pumpamiseks kuluvast energiast ning tasuvusaeg on kolm kuni üheksa kuud.

Samal ajal näitavad arvutused ja juhitava elektriajami efektiivsuse analüüs töötavates pumbaseadmetes, et kuni 75 kW võimsusega väikeste pumbaseadmete puhul, eriti kui need töötavad suure staatilise rõhu komponendiga, selgub ei sobi juhitavate elektriajamite kasutamiseks. Nendel juhtudel saate kasutada lihtsamaid juhtimissüsteeme, kasutades drosselit, muutes töötavate pumbaagregaatide arvu.

Muutuva elektriajami kasutamine pumbaagregaatide automaatikasüsteemides ühelt poolt vähendab energiatarbimist, teisalt nõuab täiendavaid kapitalikulusid, mistõttu muudetava elektriajami kasutamise võimalus pumbaagregaatides määratakse vähenenud kulude võrdlemise teel. kahest valikust: tavaline ja uus. Uue võimalusena võetakse reguleeritava elektriajamiga pumpamisseade ja põhiliseks seade, mille agregaadid töötavad püsiva kiirusega.