Какие системы регулируемого электропривода характерны для насосов компрессоров вентиляторов

Обновлено: 16.05.2024

Эффективное использование энергии является одной из важнейших современных проблем народного хозяйства. Ее решение позволит снизить расход энергетических и материальных ресурсов при производстве промышленной и сельскохозяйственной продукции, уменьшить большие непроизводительные расходы государства и населения в сфере жилищно-коммунального хозяйства, улучшить экологическую обстановку в стране. Важную роль в решении этой проблемы играет электропривод, который является основным потребителем электрической энергии. В общем случае энергосбережение может осуществляться как в самом электроприводе, так и в обслуживаемых им технологических процессах, где используется вырабатываемая им механическая энергия.

Применение регулируемого электропривода позволяет обеспечить энергосбережение при реализации многих технологических процессов. Например, регулирование за счет электропривода скорости ленты транспортера, подающего детали в закалочную печь, позволяет минимизировать количество тепловой энергии на их закалку в зависимости от сортамента, технологии закалки и других факторов. Весьма эффективно регулируемый по скорости электропривод может обеспечить энергосбережение в таких рабочих машинах, как насосы, вентиляторы и компрессоры. Поскольку эти рабочие машины широко используются в промышленности, на транспорте, в сельском и жилищно-коммунальном хозяйствах, энергосбережение в насосных установках средствами электропривода является целесообразным и оказывается очень эффективным. Рассмотрим эффект энергосбережения на примере электропривода центробежного насоса.

Особенностью работы многих насосных установок является изменение количества (расхода) подаваемой ими потребителю жидкости (воды). Например, потребление воды от насосов в жилых зданиях меняется в течение суток, имея два максимума — утренний и вечерний, как это показано на рис. 5.5. Возможность энергосбережения при использовании регулируемого по скорости электропривода можно показать с помощью так называемых формул приведения, связывающих расход Q, напор Н и потребляемую насосом мощность Р с его скоростью вращения. Для двух значений скорости вращения рабочего колеса насоса со, и Юг справедливы следующие соотношения:

Из формул (5.6)—(5.8) видно, что расход можно уменьшать за счет пропорционального снижения скорости вращения насоса, при этом будут снижаться напор (пропорционально квадрату отношения скоростей) и потребляемая насосом мощность (пропорционально кубу отношения скоростей). Тем самым, обеспечивая необходимый расход жидкости, насос будет работать с меньшими напором и потреблением энергии из сети, что и определит эффект энергосбережения.

Рис. 5.5. График водопотребления от насосной установки

Расход Q, напор Я и потребляемая из сети мощность Р_потр связаны между собой следующим соотношением:

где р — плотность жидкости, кг/м 3 ; g = 9,81 м/с 2 — ускорение свободного падения; rj_H0M, г)_эп — соответственно КПД насоса и электропривода. Напор Я в этой формуле измеряется в метрах, а расход Q— в м 3 /с.

Потребляемая за время Т_р электроприводом электроэнергия А_П(Щ) находится по формуле:

Экономия электроэнергии за время работы Т_р насоса с расходом Q за счет снижения напора со значения Я₂ при неизменной скорости насоса до уровня Я, при снижении его скорости составит:

Примеры реализации регулируемого электропривода насосов в системах водоснабжения показывают, что экономия электроэнергии может доходить до 50% и более в зависимости от вида и режимов работы насосных установок. Кроме этого, работа сетей с меньшими напорами будет характеризоваться и сокращением утечек воды (до 15—20% и более) в сетях и арматуре. Применительно к насосам с электроприводами переменного тока для регулирования скорости двигателей обычно используют статические преобразователи частоты.

Пример 5.2. Насос типа КМ 80-50-200 обеспечивает водоснабжение жилого дома и имеет следующие паспортные данные: Н_н = 50 м, Q_H0M = 0,014 м 3 /с, КПД р_ном = 0,63. В год насос работает с номинальным расходом (7_ном в течение 1600 ч, с расходом 0,4 Q_HOM в течение 4000 ч и с расходом О,20_ном в течение 2400 ч. Характеристика насоса выражается формулой

Насос приводится во вращение асинхронным двигателем типа 4А132М2 мощностью 11 кВт, имеющим КПД р_эд= 88%.

Определить экономию электроэнергии при использовании регулируемого электропривода. Принять, что КПД насоса при изменении его расхода и двигателя при регулировании его скорости не изменяются.

Экономию электроэнергии находим, сопоставляя потребление электроэнергии нерегулируемого и регулируемого по скорости электропривода. КПД насоса и ЭП примем неизменными и равными номинальным.

1. Нерегулируемый электропривод

Для каждого уровня расхода Q находим по (5.12) напор Ни далее по (5.9) и (5.10) — соответственно потребляемые мощность и энергию. Результаты расчета представлены в табл. 5.1.

Судовые нагнетатели по числу и общей мощности являются основной группой потребителей электроэнергии. Укрупненно их можно разделить на две большие группы: судовые вспомогательные механизмы, которые обслуживают главную силовую установку, и механизмы судовых систем.

Судовые насосы различают: по принципу действия — центробежные, осевые, поршневые, ротационные, электромагнитные; по назначению — охлаждающие, циркуляционные, питательные, балластные, пожарные, креновые, санитарные, грузовые и т. д.; по роду обрабатываемой среды — водяные (забортной, пресной, горячей, холодной, питьевой, мытьевой воды), топливные, масляные; по величине давления; по производительности; по способу установки — вертикальные, горизонтальные, стационарные и переносные.

Вентиляторы различают: по принципу действия — центробежные, пропеллерные; по назначению — машинные, котельные, жилых помещений, трюмные; по напору — низкого (до 100 Па), среднего давления (100—300 Па) и высоконапорные (300—1500 Па); по характеру установки — стационарные, переносные, настольные.

Компрессоры различают: по принципу действия — поршневые, центробежные; по роду обрабатываемой среды — воздушные, аммиачные, фреоновые, газовые; по давлению — низкого, среднего и высокого давления; по назначению — главные (пускового воздуха), вспомогательные, аварийные, рефрижераторные, специальные; по производительности; по числу ступеней сжатия — одноступенчатые w многоступенчатые.

Требования к электроприводу судовых нагнетателей могут быть разделены на две группы: первая из них определяется системой или установкой, которую они обслуживают; вторая связана с обеспечением пожаробезопасности, поскольку они перемещают горючие среды или среды, поддерживающие горение, либо обеспечивающие пожаротушение.

Назначение и вытекающие из него требование весьма разнообразны и могут быть сведены к следующим:

обеспечение достаточной производительности и давления; равномерность подачи: возможность регулирования производительности и напора; экономичность работы и регулирования производительности; надежность работы и резервирование.
Вторая группа требований, определяемая безопасностью мореплавания и надежностью электроснабжения; питание пожарных осушительных насосов, а также компрессоров и насосов спринклерной системы должно осуществляться от ГРЩ;
электроприводы топливных, маслоперекачивающих насосов и сепараторов должны иметь дистанционное отключение, а отключаться вне шахт и помещений, где они установлены;
электродвигатели аварийных осушительных насосов должны иметь возможность пуска с поста, расположенного выше палубы переборок;
электродвигатели насосов, откачивающие жидкости за борг з местах спуска аварийно-спасательных средств, должны иметь у постов спуска этих средств выключатели;
электродвигатели вентиляторов машинных отделение должны иметь два выключателя, один из которых должен быть вне машинных отделений и шахт в легко доступном с главной палубы месте;
вентиляторы грузовых трюмов и камбузов должны иметь отключающие устройства в доступных с главной палубы местах вне шахт МКО, все электродвигатели других вентиляторов должны отключаться из двух мест, удаленных друг от друга;
электродвигатели общесудовой вентиляции должны иметь одно отключающее устройство на ПУ судном, второе — в вахтенном помещении или другом, доступном с главкой палубы месте, удаленном от ПУ.

Режимы работы и характеристики судовых нагнетателей определяются их назначением и принципом действия. Подавляющее большинство этих приводов являются нерегулируемыми и рассчитаны на продолжительный режим работы (вентиляторы, циркуляционные и охлаждающие насосы, сепараторы и т. д.), некоторые работают эпизодически и кратковременно (топливоподкачивающие, трюмно-осушительные), другие — в повторно- кратковременном режиме (санитарные насосы, компрессоры рефрижераторов и др.). Мощность на валу центробежного нагнетателя определится производительностью и давлением:

где Q — производительность (объемный расход), м 3 /с; H — давление (напор), Па; η — к. п. д. нагнетателя.

Рис. 1. Характеристики нагнетателей и системы

Соотношение этих величин определяется H — Q характеристикой нагнетателя H = f(Q). Рабочая точка определяется пересечением H — Q характеристики нагнетателя с H — Q характеристикой системы, на которую он работает. На рис. 1, а зависимость H = f(Q) нагнетателя дана для различной частоты вращения (кривые 1, 2, 3). Жесткость характеристики зависит от профиля лопаток: для радиальных лопаток (кривая 4) она жестче, чем для лопаток отогнутых назад, в сторону, противоположную направлению вращения (кривые 1, 2, 3). Уравнение характеристики системы может быть представлено в виде параболы: H = H_ст + k_сQ 2 , где H_ст = H_г + H_пр — напор статический, обусловленный геометрическим напором H_г (разность уровней в емкостях нагнетания и всасывания) и напором противодавления Hпр (давление в емкости, куда нагнетается жидкость или газ); k_с — коэффициент местных потерь, учитывающий гидравлические потери в трубах, клапанах, фильтрах и т. д.

Кривые 5 и 7 свойственны системам, где H_ст = 0, причем кривая 7 соответствует системе с большим сопротивление k_с, кривые 6 и 8 относятся к системам со статическим напором, кривая 3 характеризует систему с большим k_с.

При известной мощности момент на валу двигателя:

Для центробежных нагнетателей, работающих на систему без значительного статического напора, в оценке нагрузи двигателя при регулировании частотой вращения могут быть приняты следующие соотношения:

Для систем с противодавлением необходимые режимы могут быть рассчитаны только путем совместного анализа характеристик системы и нагнетателя. Зависимость мощности от куба, a момента от квадрата частоты вращения, создает легкие условия пуска двигателя. Характеристику M = f(n 2 ) называют вентиляторной и считают благоприятной для пуска, так как нагрузка при пуске очень мала. В то же время даже незначительное повышение частоты вращения сверх номинальной может привести к значительной перегрузке двигателя. При увеличении n, например, на 10% мощность возрастает на 33%.

Производительность центробежных нагнетателей сложно регулировать заслонкой вплоть до полного перекрытия системы. Напор хотя и возрастает, но остается в допустимых пределах. Этим свойством центробежных нагнетателей широко пользуются для регулирования производительности. Однако этот способ неэкономичен. На рис.1 рабочая точка А соответствует полностью открытому клапану на системе с характеристикой 5.

Для уменьшения расхода вдвое заслонка перекрывается так, чтобы характеристика прошла через точку Б. При этом напор возрастает, а мощность на валу если и уменьшается, то незначительно.

Снизив частоту вращения настолько, чтобы не перекрывая клапана на системе 5, уменьшить производительность вдвое (точка Д), мощность нагнетателя будет определяться напором H_д = H/2 и производительностью Q = Q_н/2, т. е. уменьшится против номинальной почти в четыре раза.

На характеристике А регулирование заслонкой более экономично, чем на характеристике 1. В точке Г напор возрастает незначительно, а производительность упадет вдвое по сравнению с номинальной (точка В). Однако и в этом случае регулирование частотой вращения оказывается более экономичным, чем заслонкой. Поэтому для таких крупных механизмов, как грузовые и циркуляционные насосы, котельные вентиляторы, применяют регулируемые приводы.

В электроприводах поршневых насосов мощность на валу определяется той же зависимостью (первая формула). Однако производительность здесь прямо определяется числом ходов поршня в единицу времени, т. е. частотой вращения двигателя: Q_т = kn, где k — конструктивный коэффициент, учитывающий площадь и ход поршня, передаточное число, число цилиндров и т. д.

Действительная производительность будет меньше теоретической на величину объемных потерь на просачивание жидкости между стенками цилиндра и поршнем, в отсекающих клапанаx и т. д.

Поршневые насосы имеют характеристику H—Q, дающую крутой рост напора при уменьшении расхода клапаном на нагнетательной стороне (рис. 1, б), что может привести к повреждениям в системе. Уменьшение происходит здесь лишь за счет увеличения объемных потерь в насосе, если не считать снижения частоты вращения. Момент на валу насоса растет пропорционально напору, поэтому двигатель перегрузится или остановится под током, сработает отключающая защита.

Регулирование производительности поршневых насосов допустимо только частотой вращения, но не клапаном. В системах, где необходимо изменять расход, устанавливают регулируемый электропривод. Поршневые насосы характеризуются некоторой неравномерностью нагрузки по моменту, току и мощности. В отличие от центробежных механизмов они создают полную нагрузку по моменту во время пуска, что учитывают при выборе способа пуска.

Электроприводы поршневых компрессоров также характеризуются полным моментом при пуске и неравномерностью нагрузки, усугубляемой еще увеличением реакции на поршень по мере сжатия газа в цилиндре. Для выравнивания нагрузки двигателя на его вал устанавливают маховик или массивный шкив, что еще более утяжеляет разгон двигателя при пуске. Поэтому электроприводы компрессоров комплектуют электродвигателями с повышенным пусковым моментом. Мощность электродвигателя определяют по формуле:

где 1,1 - 1,15 — коэффициент запаса; Q — производительность на всасывающей стороне, м 3 /с; η _к — к. п. д. компрессора.

Удельная работа сжатия при изотермическом цикле, Па (p₁ и р₂ — давления всасывания и сжатия соответственно).

Производительность судовых компрессоров обычно не регулируют. Изменение расхода сжатого газа вызывает лишь изменение относительной продолжительности включения двигателя. Это достигается автоматически схемой, включающей электропривод при снижении давления газа в приемном ресивере: чем больше расход газа, тем чаще и на большее время включается компрессор. Так работают компрессоры пускового воздуха, холодильных и климатических установок.

Управление электроприводами судовых нагнетателей выполняется по схемам, которые можно разделить по двум признакам: роду тока и регулируемости. На постоянном токе для пуска нерегулируемых приводов применяют пусковые реостаты и контакторные станции, а для регулируемых приводов — пускорегулировочные реостаты или контакторный пуск при ручном управлении возбуждением двигателя. Лишь для крупных насосов (грузовых) применяют отдельные источники регулируемого напряжения.

На переменном токе обычной является схема прямого пуска асинхронного КЗ-электродвигателя с помощью магнитного пускателя. Если мощность привода соизмерима с мощностью генератора, применяют схемы непрямого пуска: через резисторы, дроссели, автотрансформаторы или переключением со звезды на треугольник. Для регулируемых приводов переменного тока применяются двух-и трехскоростные электродвигатели.

Блок-контакты контактора У отключат реле РУ, которое начнет отсчет времени. Одновременно блок-контакты У подготовят цепь реле ЛР.

Рис. 2. Схема пуска электропривода пожарного насоса

После отпускания якоря реле РУ замкнет свои контакты и цепи ЛР, которое включит линейный контактор Л, шунтирующий пусковые резисторы, УР отключается блок-контактами Л, цепь резисторов разрывается. Пуск окончен, о чем сигнализирует лампа ЛБ. Реле РБ служит для отключения пусковой части схемы (УР и У) по окончании пуска.

Основные положения по эксплуатации электроприводов судовых нагнетателей сводятся к поддержанию в рабочем состоянии контактной аппаратуры, подшипников электродвигателей и сигнализации цепей управления. Поскольку большинство приводов на ходу судна работает постоянно, необходим ежедневный контроль за состоянием электромашин и аппаратуры, наличием и исправностью сигнальных ламп и средств контроля.

При осмотрах необходимо обращать особое внимание на повышение температуры подшипников, появление в них вибрации или шума. Периодический контроль состояния изоляции выполняется приборами ГРЩ, а неработающих механизмов — переносными мегомметрами. Важным условием для поддержания работоспособности всех механизмов является соблюдение заводских инструкций и графиков профилактических осмотров и ремонта.

Системы регулируемого электропривода центробежных насосов

Выбор типа электропривода и способов регулирования выходных параметров ЭГПА должен выполняться с учетом особенностей режимов работы, параметров регулирования (диапазон, быстродействие), характерных для каждой из рассмотренных групп нагнетателей и оценки энергозатрат на их реализацию.

При выборе того или иного типа регулируемого электропривода, наряду с общепринятыми критериями (массогабаритные показатели, стоимость, надежность и т.д.), следует учесть следующие особенности:

- рабочий диапазон регулирования скорости в подавляющем большинстве случаев невелик;

- значительные установленные мощности и продолжительный режим работы ЭГПА определяют повышенные требования к энергетическим показателям электропривода;

- нагнетатели не требуют предельной точности и высокого быстродействия при регулировании производительности.

Поэтому из возможных вариантов регулирования следует исключить двигатели постоянного тока, уступающие машинам переменного тока по надежности, стоимости, массогабаритным показателям. Далее будут рассмотрены способы регулирования нагнетателей на базе асинхронных и синхронных двигателей.

Частоту вращения ротора электродвигателя переменного тока можно определить, как

где f - частотa питающего напряжения;

p_п - число пар полюсов;

Изменяя один или несколько параметров, входящих в (2.1), можно регулировать частоту вращения электродвигателя и, следовательно, насоса.

Питание двигателя частотно - регулируемого электропривода осуществляется вентильным преобразователем частоты (ПЧ) в котором постоянная частота питающей сети преобразуется в переменную . Пропорционально частоте изменяется частота вращения электродвигателя, подключенного к выходу преобразователя.

В настоящее время для реализации частотного управления машинами переменного тока применяют различные варианты преобразователей частоты, отличающиеся принципом действия, схемными решениями, алгоритмами управления и т.д.

Исключив из рассмотрения, применявшиеся ранее электромашинные ПЧ с известными их недостатками, далее будем рассматривать приводы с современными статическими преобразователями.

По принципу формирования выходного напряжения или тока ПЧ можно подразделить на непосредственные преобразователи частоты (НПЧ или циклоконверторы) и ПЧ со звеном постоянного тока.

В НПЧ выходная кривая переменного напряжения (или тока) необходимой частоты, амплитуды и фазы формируется из кривых напряжения многофазной системы переменного тока на входе.

В устройствах данного типа - функции выпрямления напряжения сети и его преобразование в напряжение или ток требуемой частоты выполняются в одном устройстве. Это обусловливает однократное преобразование энергии и высокое значение КПД, малые габариты и массу. Преобразователи частоты с непосредственной связью могут выполняться по тем же схемам, что и выпрямители (однофазные, многофазные, нулевые, мостовые).

Недостатком НПЧ является ограниченный диапазон выходной частоты. При частоте питающей сети, равной 50 Гц верхний предел регулирования составляет 25 Гц. Дальнейшее повышение частоты связано с отказом от естественной коммутации вентилей, увеличением фаз питания или подачей на преобразователь напряжения повышенной частоты. Потому область применения НПЧ в регулируемом электроприводе ограничена тихоходными безредукторными электроприводами и схемами управления по цепи ротора (машины двойного питания).

Регулировочные данные приведенных схем практически одинаковы, использование ШИМ позволяет качественно улучшить гармонический состав выходного напряжения, однако увеличение частоты коммутации вентилей в ПЧ с ШИМ приводит к росту потерь в преобразователе.

Хотя в целом фундаментальные вопросы частотного управления АД и прежде всего принцип управления с ориентацией по потоку двигателя достаточно глубоко разработаны, развитие элементной базы и техники управления, появление новых датчиков, применение микропроцессорного управления обусловливают непрерывное совершенствование системы частотного асинхронного электропривода.

К достоинствам системы ПЧ-АД можно отнести следующее:

- высокий КПД в широком диапазоне регулирования скорости АД, так как он во всем диапазоне регулирования работает с малой величиной скольжения ротора (малыми потерями скольжения);

- хорошие регулировочные свойства, обеспечивающие возможность плавно регулировать скорость и формировать требуемые характеристики и законы регулирования;

- надежность используемого в системе АД с короткозамкнутым ротором.

Наличие в составе электропривода частотного преобразователя дает основание отнести к группе частотных электроприводов и вентильный двигатель - электромеханическую систему, состоящую из преобразователя частоты, синхронного электродвигателя и устройства, указывающего положение его ротора в пространстве. Преобразователь выполнен с явно выраженным звеном постоянного тока и состоит из управляемых выпрямителя и инвертора. Коммутация тиристорных вентилей инвертора в зоне малых частот осуществляется с помощью датчика положения ротора, а в зоне частот более 3-5 Гц осуществляется по коммутирующей сверхпереходной ЭДС, получаемой из напряжения на зажимах электродвигателя с помощью узла выделения коммутирующей ЭДС. По принципу действия эта система аналогична электродвигателю постоянного тока, у которого функции коллектора и щеточного аппарата выполняют тиристорный инвертор и датчик положения ротора. Вентильный электродвигатель, поэтому называют также и бесколлекторным электродвигателем постоянного тока.

Электропривод центробежных механизмов является основной областью, где системам частотного регулирования асинхронных двигателей (ПЧ-АД) имеется альтернатива - каскадные схемы управления. Наряду с известными преимуществами, первый вариант имеет и значительные недостатки: большая мощность преобразователя, которая, независимо от диапазона регулирования скорости, рассчитывается на полную мощность двигателя, высокая сложность силовой схемы и системы управления и обусловленная всем этим высокая стоимость [7].

В электроприводе по схеме асинхронного вентильного каскада регулирование частоты вращения электродвигателя осуществляется изменением противо-ЭДС инвертора, вводимой в цепь выпрямленного тока ротора асинхронного электродвигателя с фазным ротором. Энергия скольжения ротора рекуперируется в питающую электрическую сеть через преобразователь АВК, который состоит из двух основных элементов: неуправляемого выпрямителя и управляемого инвертора. Согласующий трансформатор необходим в том случае, если номинальное напряжение питающей сети отличается от номинального напряжения преобразователя АВК.

Основными достоинствами данной системы по сравнению с вариантом ПЧ-АД являются меньшая установленная мощность преобразователя, соответствующая глубине регулирования скорости, и простота управления. Как положительное качество отмечается также возможность при аварии в преобразователе перейти в нерегулируемый режим (закоротив ротор) или в режим с пониженной частотой вращения при введении в цепь ротора резистора.

Особенно заметными эти преимущества становятся для центробежных механизмов, момент сопротивления которых зависит от частоты вращения рабочего колеса. Определим мощность скольжения электропривода центробежного насоса из выражения для механической характеристики ЦН [5]. В первом разделе номинальную частоту вращения ротора в относительных единицах мы приняли за . Тогда частота вращения электромагнитного поля статора

а частоту вращения ротора в относительных единицах можно записать, как

После подстановки в (2.1) и простых преобразований получим

Наиболее общим вариантом привода с регулированием мощности скольжения является машина двойного питания (МДП - рисунок 10, е) - асинхронный двигатель, к контактным кольцам ротора которого подводится регулируемое по амплитуде, частоте и фазе напряжение. Сохраняя все преимущества АВК, МДП выгодно отличается более высоким КПД, обусловленным однократным преобразованием энергии скольжения в непосредственном преобразователе частоты (НПЧ). Кроме того, возможность регулирования реактивной мощности по цепи статора позволяет принципиально обеспечить работу привода с единичным (и даже опережающим, как будет показано ниже) коэффициентом мощности. Аналитические соотношения для такого варианта известны [4,5] и используются для теоретических исследований и разработок алгоритмов управления и отдельных схемных решений. Мощность преобразователя МДП, благодаря двухзонному регулированию скорости, ниже, чем у АВК, но система управления - сложнее. Учитывая бурное развитие силовой электроники, можно предположить МДП наиболее перспективным вариантом привода ЦН в будущем.

Хотя в целом фундаментальные вопросы частотного управления АД и прежде всего принцип управления с ориентацией по потоку двигателя достаточно глубоко разработаны, развитие элементной базы и техники управления, появление новых датчиков, применение микропроцессорного и компьютерного управления обусловливают непрерывное совершенствование системы частотного асинхронного электропривода.

В России уже накоплен опыт применения регулируемых электроприводов с частотным управлением для турбомеханизмов. Введено 26 частотно - регулируемых электропривода мощностью от 500 до 4000 кВт напряжением 3300 и 6000 В. Только прямая экономия электроэнергии составила более 60 млн. кВт.ч в год.

К сегодняшнему дню более тридцати крупных мировых фирм заняты выпуском преобразователей частоты и электроприводов на их основе. Лидерами на мировом рынке в области частотно - регулируемого привода являются такие фирмы, как Siemens (Германия), Аllen Bradley (США), транснациональная АВВ, Schneider Electric (Франция), Mitsubishi (Япония), разработки которых (SIEMOVERT MV, ACS и другие) не уступают по регулировочным характеристикам приводам постоянного тока. Шкала типоразмеров ПЧ, выпускаемых этими фирмами, содержит мощности от 0.75 кВт до десятков МВт 20.

Типовая схема электропривода имеет главную обратную связь по скорости, реализованную с помощью тахогенератора G и обратную связь по напряжению (ДН, РН). Поддерживает примерно постоянным поток при изменении M_с - Var.

Выпускаются частотные преобразователи для управления асинхронными и синхронными машинами с предельной частотой питания статорной цепи машины 2,5 кГц. Асинхронный двигатель при таких частотах питания имеет ряд конструктивных особенностей: толщина электротехнической стали статора и ротора не превышает 0,1 мм; асинхронная машина выполняется с водяным охлаждением; смазка подшипников производится капельным способом и другие особенности.

Зарубежные электроприводы строятся преимущественно с микропроцессорным управлением, с силовыми элементами в инверторе, выполненными на базе транзисторов и тиристоров. Программируется темп разгона и торможения электропривода, работа на повышенной и пониженной частотах. Удается уменьшить весогабаритные показатели, исключив силовой трансформатор, а также строя блок питания на повышенной частоте.

Применение частотного управления машиной переменного тока, уменьшение весогабаритных показателей преобразователей, расширение диапазона регулирования, применение микропроцессорного управления, повышение точности регулирования, делает частотный электропривод переменного тока конкурентоспособным с электроприводами постоянного тока.

Какие системы регулируемого электропривода характерны для насосов компрессоров насосов вентиляторов

Насосные, вентиляционные и компрессорные установки широко применяются на строительных площадках и предприятиях строительной индустрии.

В рассматриваемых установках небольшой мощности в основном применяются асинхронные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым или фазным ротором, работающим на напряжении 380/220 в, в защищенном или закрытом исполнении. При мощности электродвигателей свыше 150 обычно применяют высоковольтные двигатели, а при мощности свыше 200 кет иногда целесообразнее использовать синхронные двигатели.

В строительной практике обычно не требуется регулирования скорости насосов, вентиляторов или компрессоров. В случае необходимости такого регулирования используются асинхронные двигатели с фазным ротором и пускорегулировочным реостатом или асинхронные двигатели с дросселями насыщения.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Насосы и вентиляторы являются высокоскоростными механизмами, что позволяет в большинстве случаев осуществлять прямое соединение вала двигателя с валом механизма. Компрессоры, обычно поршневого типа, используемые в строительной практике, являются тихоходными механизмами, что приводит к необходимости применять ту или иную передачу со шкива двигателя на шкив механизма.

Насосные, вентиляторные и компрессорные установки относительно легко автоматизируются, что целесообразно предусматривать при проектировании новых и реконструкции действующих установок.

При разработке автоматизации данных установок следует учитывать автоматизацию работы механизмов, обеспечивающих основной технологический процесс, и автоматизацию вспомогательных механизмов. В первом случае имеются в виду процессы подачи воды, технологических растворов и воздуха определенных параметров в соответствии с графиком потребления. Эти параметры определяют время пуска, остановки и регулирования производительности основных механизмов. Во втором случае предполагается автоматизация работы различного рода задвижек, вспомогательных вентиляторов, двигателей встряхивания фильтров и др.

Автоматизация осуществляется в результате получения импульсов на изменение в рабочей схеме от соответствующих датчиков. В основном эти датчики при управлении насосами, вентиляторами и компрессорами реагируют на изменения неэлектрических величин, таких, как давление в водяных и воздушных магистралях температура, влажность или на прекращение протекания воды или газов. Соответствующие изменения отмечаются различной аппаратурой: измерительными приборами и реле, которые через промежуточную аппаратуру воздействуют на схему управления.

Особенности электропривода и выбор мощности двигателей компрессоров и вентиляторов

Для механизмов данной группы типичен продолжительный режим работы, поэтому их электроприводы, как правило, нереверсивные, с редкими пусками. В отличие от механизмов непрерывного транспорта компрессоры и вентиляторы имеют небольшие пусковые статические моменты – до 20 – 25% от номинального. В зависимости от назначения, мощности и характера производства, где установлены механизмы этой группы, они могут требовать или небольшого, но постоянного подрегулирования производительности при отклонении параметров воздуха (газа) от заданных значений, или же регулирования производительности в широких пределах.

Производительность компрессоров, вентиляторов и воздуходувок можно изменять тремя способами: изменением угловой скорости приводного двигателя, изменением сопротивления магистрали (трубопровода) с помощью задвижки, а также конструктивным изменением рабочих органов механизма в процессе регулирования (поворотные лопатки в вентиляторах и т.п.)

Для вентиляционных установок цеховых помещений и большинства поршневых компрессоров не требуется регулирования угловой скорости приводных двигателей. Поэтому здесь применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные двигатели. При мощности более 50 – 100 кВт привод с синхронным двигателем оказывается экономически выгоднее, чем привод с асинхронным двигателем. Хотя синхронные двигатели сложнее по устройству и дороже, чем асинхронные, применение их целесообразнее для одновременного улучшения предприятия.

Поскольку поршневой компрессор при работе создаёт на валу периодически изменяющийся момент сопротивления, это вызывает колебания ротора синхронного двигателя. Чтобы уменьшить такие колебания и устранить возможность выпадания двигателя из синхронизма, для привода поршневых компрессоров применяют специальные тихоходные синхронные двигатели ( до 26,2–31,4 рад/с) с большой перегрузочной способностью, повышенным моментом инерции ротора и большими значениями входного (синхронизирующего) момента.

При достаточной мощности питающей сети производится прямой пуск асинхронных и синхронных двигателей. В тех случаях, когда сеть не позволяет осуществить прямой пуск, применяют различные способы ограничения пускового тока, например пуск двигателя через автотрансформатор или реакторы.

Если необходимо регулирование скорости механизмов с вентиляторным характером нагрузки на валу, например вентиляторов и дымососов котельных, то применяют асинхронные двигатели с фазным ротором, а также приводы с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором и дросселями в цепи статора или с электромагнитной муфтой скольжения, устанавливаемой между двигателем и механизмом.

При выборе мощности двигателя для компрессоров и вентиляторов, как и для всех механизмов с продолжительным режимом работы и постоянной нагрузкой, требуемую мощность двигателя находят по мощности на валу механизма с учётом потерь в промежуточных механических передачах.

Мощность двигателя поршневого компрессора , кВт определяют по приближённой формуле(1)

(1)

где – производительность (подача) компрессора, ; – работа, , изотермического и адиабатического сжатия 1 атмосферного воздуха давлением Па до требуемого давления , Па; для давлений до значения А указаны ниже:

– индикаторный КПД компрессора, учитывающий потери мощности при реальном процессе сжатия воздуха и равный 0,6 – 0,8; – КПД механической передачи между компрессором и двигателем, его значения лежат в пределах 0,9 – 0,95; – коэффициент запаса, равный 1,05 – 1,15 и учитывающий не поддающиеся расчёту факторы.

Мощность двигателя вентилятора , кВт можно вычислить по формуле: (2)

где – производительность вентилятора, ; Н – напор (давление) газа, Па; – КПД вентилятора, равный 0,5 – 085 для осевых, 0,4 – 0,7 для центробежных вентиляторов; – КПД механической передачи; – коэффициент запаса, равный 1,1 – 1,2 при мощности больше 5 кВт, 1,5 при мощности до 2 кВт и 2,0 при мощности до 1 кВт.

По формуле (2) определяется и мощность двигателя центробежного компрессора.

3. Автоматизация работы вентиляторных и компресорных установок

Вентиляторные и компрессорные установки промышленных предприятий в основном предназначаются для обслуживания определённых технологических процессов, поэтому их производительность зависит от потребления воздуха (газа) в ходе работы производственного участка и изменений внешних условий, например температуры, влажности воздуха, запылённости.

Эти установки достаточно просто поддаются автоматизации путём применения специальной аппаратуры, которая даёт сигнал об изменении режима работы и производит соответствующее переключение в схеме управления без участия обслуживающего персонала; задача последнего сводится лишь к периодическому контролю действия аппаратов и профилактике.

Рассмотрим некоторые примеры построения схем управления электроприводами, которые позволяют обеспечивать автоматизацию вентиляторных и компрессорных установок.

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Блог судового электромеханика. Электроника, электромеханика и автоматика на судне. Обучение и практика. В помощь студентам и специалистам

11.04.2015

Особенности работы и предъявляемые требования к электроприводам насосов, вентиляторов и компрессоров

Насосы, вентиляторы, компрессоры и воздуходувки — самые распространенные на судах механизмы. На каждом судне их в несколько раз больше, чем палубных механизмов. Электроприводы этих механизмов потребляют более половины всей электроэнергии, вырабатываемой судовой электростанцией.

Большинство из них работает в длительном режиме, в основном во время плавания судна. Схемы таких электроприводов просты и служат для прямого или плавного пуска. Только немногие электроприводы рассматриваемой группы выполняют с регулированием частоты вращения — это самый удобный и экономичный способ регулирования подачи насосов и вентиляторов.

Например, при изменении нагрузки на паровые котлы необходимо изменять количество воздуха, подаваемого в топку. С этой целью котельные вентиляторы имеют две или даже три частоты вращения. Обычно переход с одной частоты на другую осуществляется автоматически в функции расхода пара котлом.

По Правилам Регистра, некоторые электроприводы обязательно должны иметь устройство для дистанционного отключения: электроприводы вентиляторов машинного отделения, топливо- и маслоперекачивающих насосов и котельных воздуходувок, т. е. механизмов, которые во время пожара могут раздувать пламя и подавать масло и топливо. Посты дистанционного отключения указанных электроприводов располагают вне машинно-котельного отделения и его шахты. Аналогичное требование распространяется и на электроприводы общесудовых вентиляторов. Их отключающее устройство, обычно централизованного типа, размещают в рулевой рубке. На пассажирских судах таких устройств должно быть два, удаленных как можно дальше одно от другого.

Дистанционное отключение необходимо и для электроприводов насосов, имеющих слив за борт выше ватерлинии, особенно в районе спуска спасательных шлюпок. Выключатели устанавливают на шлюпочной палубе, чтобы в случае спуска шлюпок при аварии судна можно было остановить насосы, которые своей струей могут залить и затопить спущенные на воду шлюпки.

Электроприводы аварийных трюмно-осушительных насосов должны иметь, по Правилам Регистра, дистанционные посты управления не только для остановки, но и для пуска. Они должны быть установлены в помещениях, расположенных выше палубы переборок. Аналогичное дистанционное управление применяют для пожарных насосов, насосов химического пенотушения на танкерах и т. д.

Для электроприводов грузовых и зачистных насосов на танкерах применяют дистанционное управление, обеспечивающее возможность не только пуска и остановки электропривода, но и регулирования частоты вращения.

Автоматическое управление широко распространено для электроприводов санитарных насосов и насосов пресной воды, питающих гидрофоры, насосов, пополняющих различные расходные цистерны, компрессоров пускового воздуха, компрессоров и насосов холодильных установок и др. Обычно эти электроприводы работают эпизодически и управляются автоматически в функции давления или уровня жидкости.

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

26.11.2014

Электропривод судовых насосов, компрессоров и вентиляторов

В отличие от палубных механизмов остальные судовые вспомогательные механизмы (наибольшее распространение среди них имеют насосы, компрессоры и вентиляторы) работают главным образом в длительном режиме. В соответствии с этим схемы управления электроприводами данных механизмов значительно проще, чем электроприводами палубных механизмов. Наиболее распространены реостатные схемы управления.

В тех случаях, когда надо обеспечить дистанционное или автоматическое управление электроприводом, применяют станции управления с релейно-контакторной аппаратурой.

На судах широко используется схема автоматического управления электродвигателями санитарных насосов, обеспечивающих подачу воды для бытовых целей во все помещения судна. На рис. 1 изображена такая схема управления электроприводом постоянного тока. В схеме предусмотрена возможность переключения с ручного управления на автоматическое, для чего служит переключатель ПК.

В случае автоматического управления с понижением давления воды в системе ниже допустимого замыкается контакт манометрического реле РДмин. При этом получает питание катушка линейного контактора, который замыкает свои главные контакты в цепи якоря электродвигателя, а блок-контактами шунтирует контакт РДмин, размыкает цепь удерживающей катушки таймтактора ускорения У’ и подготавливает цепь втягивающей катушки таймтактора У. По истечении некоторого времени контакт таймтактора У’замыкается и включает втягивающую катушку таймтактора У. В результате пуск электродвигателя происходит через одну ступень пускового сопротивления. При повышении давления воды до максимального размыкается контакт реле РДмакс и электродвигатель останавливается.

Аналогичная схема для электропривода переменного тока получается еще проще за счет прямого пуска электродвигателя. Такая схема содержит только один линейный контактор и два тепловых реле для защиты электродвигателя от перегрузки.

Управление электродвигателями грузовых насосов на танкерах

Рассмотрим особенности управления электродвигателями грузовых насосов на танкерах.
Насосные отделения танкеров могут располагаться либо рядом с машинным отделением, либо вдали от него. В первом случае электродвигатели грузовых насосов устанавливают в машинном отделении, а передача от них к насосам осуществляется горизонтальными валами, проходящими через сальники в переборке. Во втором случае электродвигатели грузовых насосов устанавливают в специальном помещении — моторной рубке. Моторная рубка располагается над насосным отделением и отделяется от последнего горизонтальным коффердамом. Передача от электродвигателей к насосам в этом случае осуществляется вертикальными валами, которые проходят через сальники в палубах моторной рубки и насосного отделения.

В моторной рубке допускается установка защищенных электродвигателей. Однако в этом случае требуется оборудование моторной рубки искусственной вентиляцией.

Пусковая и регулировочная аппаратура электродвигателей грузовых насосов должна устанавливаться в помещениях третьей категории, причем аварийное отключение должно быть предусмотрено из близрасположенных помещений третьей категории.

Таким образом, приходится учитывать, что пуско-регулировочная аппаратура, т. е. посты управления электродвигателями нефтяных насосов, в ряде случаев находится в отдельных от электродвигателей помещениях. При перекачке нефтепродуктов из танкеров в те или иные емкости (баки, цистерны и т. п.), установленные на берегу, необходимо регулировать подачу нефтепродуктов. Для этого приходится изменять число оборотов насосов, останавливать их и пускать вновь в ход. Это осложняет управление работой электродвигателей насосов.

Обслуживание электродвигателей нефтяных насосов, т. е. пуск, регулирование числа оборотов и остановка, производится судовым электриком. Последний должен все время находиться у одного из постов управления двигателями, внимательно следить за сигналами, подаваемыми помповым машинистом.

На случай неувязки в подаче и приемке сигналов схемами управления электродвигателями нефтяных насосов обычно предусматривается выключение электродвигателя не только с поста управления, но также и с других пунктов при помощи кнопок дистанционного выключения. Нажатием кнопки разрывают цепь катушки контактора, и двигатель останавливается.

Читайте также: