הנעה חשמלית של יחידות משאבה עם תדר

מצבי הפעולה של משאבות צנטריפוגליות הם היעילים ביותר באנרגיה להתאמה על ידי שינוי מהירות הסיבוב של הגלגלים שלהן. ניתן לשנות את מהירות הסיבוב של הגלגלים אם משתמשים בהנעה חשמלית מתכווננת כמנוע ההנעה.
העיצוב והמאפיינים של טורבינות גז ומנועי בעירה פנימית הם כאלה שהם יכולים לספק שינוי במהירות הסיבוב בטווח הנדרש.

תהליך התאמת מהירות הסיבוב של כל מנגנון מנותח בצורה נוחה באמצעות המאפיינים המכניים של המכשיר.

שקול את המאפיינים המכניים של יחידת שאיבה המורכבת ממשאבה ומנוע חשמלי. באיור. 1 מציג את המאפיינים המכניים של משאבה צנטריפוגלית המצוידת בשסתום סימון (עקומה 1) ומנוע חשמלי עם רוטור של כלוב סנאי (עקומה 2).

אורז. 1. מאפיינים מכניים של יחידת השאיבה

ההבדל בין ערכי המומנט של המנוע החשמלי ומומנט ההתנגדות של המשאבה נקרא מומנט דינמי.אם המומנט של המנוע גדול מרגע ההתנגדות של המשאבה, המומנט הדינמי נחשב חיובי, אם הוא קטן, הוא שלילי.

בהשפעת רגע דינמי חיובי, יחידת המשאבה מתחילה לעבוד עם האצה, כלומר. מאיץ. אם המומנט הדינמי שלילי, יחידת המשאבה פועלת באיחור, כלומר. מאט.

כאשר הרגעים הללו שווים, מתקיים מצב פעולה נייח, כלומר. יחידת המשאבה פועלת במהירות קבועה. מהירות זו והמומנט המתאים נקבעים על ידי המפגש בין המאפיינים המכניים של המנוע החשמלי והמשאבה (נקודה a באיור 1).

אם בתהליך ההתאמה בצורה כזו או אחרת המאפיין המכאני משתנה, למשל, להתרכך על ידי החדרת נגד נוסף במעגל הרוטור של המנוע החשמלי (עקומה 3 באיור 1), המומנט של המנוע החשמלי יהפוך קטן מרגע ההתנגדות.

בהשפעת מומנט דינמי שלילי, יחידת המשאבה מתחילה לעבוד עם עיכוב, כלומר. מאט עד שהמומנט ורגע ההתנגדות מאזנים שוב (נקודה b באיור 1). נקודה זו מתאימה לערך העצמי של מהירות ומומנט.

לפיכך, תהליך השליטה במהירות הסיבוב של יחידת השאיבה מלווה כל הזמן בשינויים במומנט של המנוע החשמלי וברגע ההתנגדות של המשאבה.

שליטה על מהירות המשאבה יכולה להתבצע או על ידי שינוי מהירות המנוע החשמלי המחובר בקשיחות למשאבה, או על ידי שינוי יחס ההילוכים של תיבת ההילוכים המחברת את המשאבה למנוע החשמלי, הפועל במהירות קבועה.

ויסות מהירות הסיבוב של מנועים חשמליים

מנועי AC משמשים בעיקר ביחידות שאיבה. מהירות הסיבוב של מנוע זרם חילופין תלויה בתדירות זרם האספקה ​​f, במספר זוגות הקטבים p וההחלקה s. על ידי שינוי אחד או יותר מהפרמטרים הללו, ניתן לשנות את מהירות המנוע החשמלי והמשאבה המחוברת אליו.

המרכיב העיקרי של הכונן החשמלי בתדר הוא ממיר תדרים... למהפך יש תדר רשת קבוע f1 המומר למשתנה e2. פרופורציונלי לתדר e2 משנה את מהירות המנוע החשמלי המחובר ליציאה של הממיר.

עם ממיר תדר, מתח הרשת U1 והתדר למעשה אינם משתנים f1 המומרים לפרמטרים משתנים U2 ו-e2 הנחוצים למערכת הבקרה. על מנת להבטיח פעולה יציבה של המנוע החשמלי, להגביל את עומס היתר שלו מבחינת זרם ושטף מגנטי, לשמור על מחווני אנרגיה גבוהים בממיר התדרים, יש לשמור על יחס מסוים בין פרמטרי הקלט והיציאה שלו בהתאם לסוג של מאפייני משאבה מכנית. קשרים אלה נגזרים ממשוואת חוק בקרת התדרים.

עבור משאבות, יש להקפיד על היחס:

U1 / f1 = U2 / f2 = const

באיור. 2 מציג את המאפיינים המכניים של מנוע אינדוקציה עם ויסות תדר.ככל שהתדר f2 יורד, המאפיין המכני לא רק משנה את מיקומו בקואורדינטות n - M, אלא משנה במידה מסוימת את צורתו. בפרט, המומנט המרבי של המנוע החשמלי מופחת. זאת בשל העובדה שעם יחס של U1 / f1 = U2 / f2 = const והשינוי בתדר f1 אינו לוקח בחשבון את השפעת ההתנגדות הפעילה של הסטטור על גודל מומנט המנוע.

אורז. 2. מאפיינים מכניים של כונן חשמלי בתדר בתדרים מקסימליים (1) ומופחתים (2)

בעת התאמת התדר, תוך התחשבות בהשפעה זו, המומנט המרבי נשאר ללא שינוי, צורת המאפיין המכאני נשמרת, רק מיקומו משתנה.

ממירי תדר עם אפנון רוחב דופק (PWM) בעלי מאפייני אנרגיה גבוהים בשל העובדה שצורת עקומות הזרם והמתח המתקרבות לסינוס מסופקת במוצא הממיר. לאחרונה, ממירי תדר המבוססים על מודולי IGBT (טרנזיסטורים דו-קוטביים של שער מבודדים) הם הנפוצים ביותר.

מודול IGBT הוא מרכיב מפתח ביעילות גבוהה. הוא כולל מפל מתח נמוך, מהירות גבוהה וכוח מיתוג נמוך. לממיר התדרים המבוסס על מודולי IGBT עם PWM ואלגוריתם וקטור לשליטה במנוע אסינכרוני יש יתרונות על פני סוגים אחרים של ממירים. יש לו מקדם הספק גבוה על כל טווח תדרי המוצא.

התרשים הסכמטי של הממיר מוצג באיור. 3.

אורז. 3.תכנית של ממיר תדרים של מודולי IGBT: 1 - בלוק מאווררים; 2 - ספק כוח; 3 - מיישר לא מבוקר; 4 - לוח בקרה; 5 - לוח בקרה; 6 - PWM; 7 - יחידת המרת מתח; 8 - לוח בקרת מערכת; 9 - נהגים; 10 - נתיכים ליחידת המהפך; 11 - חיישני זרם; 12 - מנוע אסינכרוני של כלוב סנאי; Q1, Q2, Q3 - מתגים למעגל מתח, מעגל בקרה ויחידת מאוורר; K1, K2 - מגעים לטעינת קבלים ומעגל מתח; C - בנק קבלים; Rl, R2, R3 - נגדים להגבלת זרם מטען הקבלים, פריקת הקבלים ובלוק הניקוז; VT - מתגי מתח מהפך (מודולי IGBT)

במוצא ממיר התדר נוצרת עקומת מתח (זרם), השונה מעט מסינוסואיד, המכילה רכיבים הרמוניים גבוהים יותר. נוכחותם מובילה לעלייה בהפסדים במנוע החשמלי. מסיבה זו, כאשר הכונן החשמלי פועל במהירות הקרובה למהירות המדורגת, המנוע החשמלי עומס יתר על המידה.

כאשר פועלים במהירויות מופחתות, תנאי הקירור של מנועים חשמליים מאווררים בעצמם המשמשים בכונני משאבות מתדרדרים. בטווח הבקרה הרגיל של יחידות השאיבה (1: 2 או 1: 3), הידרדרות זו של תנאי האוורור מפוצה בהפחתה משמעותית בעומס עקב הפחתה בקצב הזרימה ובראש המשאבה.

כאשר פועלים בתדרים הקרובים לערך הנומינלי (50 הרץ), ההידרדרות של תנאי הקירור בשילוב עם הופעת הרמוניות מסדר גבוה מחייבת הפחתת ההספק המכני המותר ב-8-15%.בשל כך, המומנט המרבי של המנוע החשמלי מופחת ב-1 - 2%, היעילות שלו - ב-1 - 4%, cosφ - ב-5-7%.

על מנת למנוע עומס יתר על המנוע החשמלי, יש צורך להגביל את הערך העליון של מהירותו או לצייד את הכונן במנוע חשמלי חזק יותר. המדד האחרון הוא חובה כאשר יחידת השאיבה מתוכננת לפעול בתדר e2> 50 הרץ. הגבלת הערך העליון של סיבובי המנוע נעשית על ידי הגבלת התדר e2 ל-48 הרץ. הגידול בהספק הנקוב של מנוע ההנעה מעוגל כלפי מעלה לערך הסטנדרטי הקרוב ביותר.

שליטה קבוצתית של כונני בלוק חשמלי משתנים

ערכות משאבות רבות מורכבות ממספר בלוקים. ככלל, לא כל היחידות מצוידות בכונן חשמלי מתכוונן. משניים או שלוש יחידות מותקנות, זה מספיק כדי לצייד אחת עם כונן חשמלי מתכוונן. אם ממיר מחובר לצמיתות לאחת מהיחידות, יש צריכה לא אחידה של משאב המנוע שלהם, מכיוון שהיחידה המצוידת בכונן מהירות משתנה משמשת הרבה יותר זמן.

לפיזור אחיד של העומס בין כל הבלוקים המותקנים בתחנה פותחו עמדות בקרה קבוצתיות, בעזרתן ניתן לחבר את הבלוקים בסדרה לממיר. תחנות בקרה מיוצרות בדרך כלל עבור יחידות מתח נמוך (380 וולט).

בדרך כלל, תחנות בקרה במתח נמוך מתוכננות לשלוט על שתיים או שלוש יחידות.תחנות בקרה במתח נמוך כוללות מפסקי זרם המספקים הגנה מפני קצר פאזי והארקה, ממסרים תרמיים להגנה על מכשירים מעומס יתר, וכן ציוד בקרה (מתגים, הודעות כפתור ואחרים.).

מעגל המיתוג של עמדת הבקרה מכיל את המנעולים הדרושים המאפשרים לחבר את ממיר התדרים לכל בלוק נבחר ולהחליף את בלוקי העבודה מבלי להפריע לאופן הפעולה הטכנולוגי של יחידת השאיבה או הנשיפה.

תחנות בקרה, ככלל, יחד עם רכיבי כוח (מתגים אוטומטיים, מגעים וכו') מכילות התקני בקרה וויסות (בקרי מיקרו-מעבד וכו').

לבקשת הלקוח, התחנות מצוידות במכשירים להפעלה אוטומטית של כוח גיבוי (ATS), מדידה מסחרית של חשמל נצרך, בקרה על ציוד כיבוי.

במידת הצורך, מוכנסים לתחנת הבקרה מכשירים נוספים, המבטיחים את השימוש, יחד עם ממיר התדרים, במתנע הרך של היחידות.

תחנות בקרה אוטומטיות מספקות:

• שמירה על הערך המוגדר של הפרמטר הטכנולוגי (לחץ, רמה, טמפרטורה וכו');

• בקרה על מצבי הפעולה של מנועים חשמליים של יחידות מוסדרות ולא מוסדרות (בקרת זרם נצרך, כוח) והגנתם;

• התחלה אוטומטית של מכשיר הגיבוי במקרה של כשל במכשיר הראשי;

• מיתוג בלוקים ישירות לרשת במקרה של כשל בממיר התדרים;

• הפעלה אוטומטית של כניסת הגיבוי (ATS) החשמלית;

• חיבור אוטומטי מחדש (AR) של התחנה לאחר אובדן וירידות מתח עמוקות ברשת אספקת החשמל;

• שינוי אוטומטי של מצב הפעולה של התחנה עם עצירה והתנעה של יחידות העבודה בזמן נתון;

• הפעלה אוטומטית של יחידה לא מווסתת נוספת אם היחידה המבוקרת, שהגיעה למהירות הנומינלית, לא סיפקה את אספקת המים הדרושה;

• החלפה אוטומטית של בלוקי עבודה במרווחים מסוימים כדי להבטיח צריכה אחידה של משאבים מוטוריים;

• בקרה תפעולית של מצב הפעולה של יחידת השאיבה (נושבת) מלוח הבקרה או מלוח הבקרה.

אורז. 4. תחנה לבקרה קבוצתית של כוננים חשמליים של משאבות בתדר משתנה

היעילות של שימוש בתדר משתנה ביחידות שאיבה

השימוש בכונן תדר משתנה מאפשר לך לחסוך משמעותית באנרגיה, שכן הוא מאפשר להשתמש ביחידות שאיבה גדולות בקצבי זרימה נמוכים. הודות לכך, ניתן, על ידי הגדלת קיבולת היחידות של היחידות, להקטין את מספרן הכולל ובהתאם להקטין את הממדים הכוללים של המבנים, לפשט את התוכנית ההידראולית של התחנה ולהפחית את מספר הצינורות. שסתומים.

כך, שימוש בהנעה חשמלית מתכווננת ביחידות שאיבה מאפשר לצד חיסכון בחשמל ובמים לצמצם את מספר יחידות השאיבה, לפשט את המעגל ההידראולי של התחנה ולהקטין את היקפי הבנייה של מבנה תחנת השאיבה.בהקשר זה נוצרות השפעות כלכליות משניות: מופחתות עלויות החימום, התאורה והתיקון של המבנה, ניתן להוזיל את העלויות המופחתות, בהתאם לייעוד התחנות ולתנאים ספציפיים נוספים, ב-20-50%.

תיעוד טכני לממירי תדרים מראה כי השימוש בכונן חשמלי מתכוונן ביחידות שאיבה מאפשר לחסוך עד 50% מהאנרגיה המושקעת בשאיבת מים נקיים ושפכים, ותקופת ההחזר היא בין שלושה לתשעה חודשים.

יחד עם זאת, חישובים וניתוח של יעילות ההנעה החשמלית המבוקרת בהפעלת יחידות משאבה מראים כי עבור יחידות משאבה קטנות בעלות יחידות בעלות הספק של עד 75 קילוואט, במיוחד כאשר הן עובדות עם רכיב לחץ סטטי גדול, מסתבר. לא מתאים לשימוש בכוננים חשמליים מבוקרים. במקרים אלה, אתה יכול להשתמש במערכות בקרה פשוטות יותר באמצעות מצערת, שינוי מספר יחידות המשאבה העובדות.

השימוש בהנעה חשמלית משתנה במערכות אוטומציה של יחידות משאבה, מצד אחד, מפחית את צריכת האנרגיה, ומצד שני, דורש עלויות הון נוספות, ולכן האפשרות להשתמש בהנעה חשמלית משתנה ביחידות משאבה נקבעת על ידי השוואת העלויות המופחתות משתי אפשרויות: בסיסית וחדשה. יחידת שאיבה המצוידת בהנעה חשמלית מתכווננת נלקחת כאופציה חדשה, ויחידה שיחידותיה פועלות במהירות קבועה נלקחת כעיקרית.