Pumppuyksiköiden sähkökäyttö taajuudella

Keskipakopumppujen toimintatapoja on energiatehokkain säätää muuttamalla pyörien pyörimisnopeutta. Pyörien pyörimisnopeutta voidaan muuttaa, jos käyttömoottorina käytetään säädettävää sähkökäyttöä.
Kaasuturbiinien ja polttomoottoreiden rakenne ja ominaisuudet ovat sellaiset, että niillä voidaan saada aikaan muutos pyörimisnopeudessa vaaditulla alueella.

Kunkin mekanismin pyörimisnopeuden säätöprosessia analysoidaan kätevästi laitteen mekaanisten ominaisuuksien avulla.

Harkitse pumpusta ja sähkömoottorista koostuvan pumppuyksikön mekaanisia ominaisuuksia. Kuvassa Kuvassa 1 on esitetty keskipakopumpun mekaaniset ominaisuudet, jotka on varustettu takaiskuventtiilillä (käyrä 1) ja sähkömoottorilla, jossa on oravahäkkiroottori (käyrä 2).

Riisi. 1. Pumppuyksikön mekaaniset ominaisuudet

Sähkömoottorin vääntömomentin ja pumpun vastusmomentin välistä eroa kutsutaan dynaamiseksi vääntömomentiksi.Jos moottorin vääntömomentti on suurempi kuin pumpun vastusmomentti, dynaaminen vääntömomentti katsotaan positiiviseksi, jos se on pienempi, se on negatiivinen.

Positiivisen dynaamisen momentin vaikutuksesta pumppuyksikkö alkaa toimia kiihtyvällä tahdilla, ts. kiihtyy. Jos dynaaminen vääntömomentti on negatiivinen, pumppuyksikkö toimii viiveellä, ts. hidastaa.

Kun nämä momentit ovat yhtä suuret, tapahtuu kiinteä toimintatila, ts. pumppuyksikkö toimii vakionopeudella. Tämä nopeus ja vastaava vääntömomentti määräytyvät sähkömoottorin ja pumpun mekaanisten ominaisuuksien leikkauspisteestä (kohta a kuvassa 1).

Jos säätöprosessissa tavalla tai toisella mekaaninen ominaisuus muuttuu, esimerkiksi pehmeämmäksi ottamalla käyttöön lisävastus sähkömoottorin roottoripiiriin (käyrä 3 kuvassa 1), sähkömoottorin vääntömomentti tulee pieneksi vastushetkellä.

Negatiivisen dynaamisen vääntömomentin vaikutuksesta pumppuyksikkö alkaa toimia viiveellä, ts. hidastuu, kunnes vääntömomentti ja vastusmomentti tasapainottavat jälleen (kohta b kuvassa 1). Tämä piste vastaa nopeuden ja vääntömomentin ominaisarvoa.

Siten pumppuyksikön pyörimisnopeuden säätöprosessiin liittyy jatkuvasti muutoksia sähkömoottorin vääntömomentissa ja pumpun vastusmomentissa.

Pumpun nopeutta voidaan säätää joko muuttamalla pumppuun jäykästi kytketyn sähkömoottorin nopeutta tai muuttamalla pumpun tasaisella nopeudella käyvään sähkömoottoriin yhdistävän vaihteiston välityssuhdetta.

Sähkömoottoreiden pyörimisnopeuden säätö

AC-moottoreita käytetään pääasiassa pumppuyksiköissä. Vaihtovirtamoottorin pyörimisnopeus riippuu syöttövirran taajuudesta f, napaparien lukumäärästä p ja jättämästä s. Muutamalla yhtä tai useampaa näistä parametreista voit muuttaa sähkömoottorin ja siihen kytketyn pumpun nopeutta.

Taajuussähkökäytön pääelementti on TAAJUUSMUUNNIN… Taajuusmuuttajalla on vakio verkkotaajuus f1, joka on muutettu muuttujaksi e2. Taajuuteen e2 verrannollinen muuttaa muuntajan lähtöön kytketyn sähkömoottorin nopeutta.

Taajuusmuuttajalla verkkojännite U1 ja taajuus eivät käytännössä muutu f1 muutettuna ohjausjärjestelmän tarpeellisiksi muuttuviksi parametreiksi U2 ja e2. Sähkömoottorin vakaan toiminnan varmistamiseksi, sen ylikuormituksen rajoittamiseksi virran ja magneettivuon suhteen, korkean energian osoittimien ylläpitämiseksi taajuusmuuttajassa, sen tulo- ja lähtöparametrien välillä on säilytettävä tietty suhde tyypin mukaan. pumpun mekaaniset ominaisuudet. Nämä suhteet johdetaan taajuuden ohjauslain yhtälöstä.

Pumppujen osalta suhdetta on noudatettava:

U1 / f1 = U2 / f2 = vakio

Kuvassa Kuvassa 2 on esitetty taajuussäädöllä varustetun oikosulkumoottorin mekaaniset ominaisuudet.Taajuuden f2 pienentyessä mekaaninen ominaisuus ei ainoastaan ​​muuta sijaintiaan n — M-koordinaateissa, vaan muuttaa jossain määrin muotoaan. Erityisesti sähkömoottorin maksimivääntömomentti pienenee. Tämä johtuu siitä, että suhteella U1 / f1 = U2 / f2 = const ja taajuuden muutos f1 ei ota huomioon staattorin aktiivisen vastuksen vaikutusta moottorin vääntömomentin suuruuteen.

Riisi. 2. Taajuussähkökäytön mekaaniset ominaisuudet maksimi- (1) ja alennetuilla (2) taajuuksilla

Taajuutta säädettäessä tämä vaikutus huomioon ottaen suurin vääntömomentti pysyy muuttumattomana, mekaanisen ominaisuuden muoto säilyy, vain sen asento muuttuu.

Taajuusmuuttajat pulssinleveysmodulaatio (PWM) niillä on korkeat energiaominaisuudet johtuen siitä, että muuntimen lähdössä on sinimuotoista lähestyvien virta- ja jännitekäyrien muoto. Viime aikoina IGBT-moduuleihin (eristetyt bipolaaritransistorit) perustuvat taajuusmuuttajat ovat yleisimpiä.

IGBT-moduuli on erittäin tehokas avainelementti. Siinä on pieni jännitehäviö, suuri nopeus ja alhainen kytkentäteho. IGBT-moduuleilla, joissa on PWM ja vektorialgoritmi asynkronisen moottorin ohjaamiseen, perustuvalla taajuusmuuttajalla on etuja muihin muuntimiin verrattuna. Sillä on korkea tehokerroin koko lähtötaajuusalueella.

Muuntimen kaaviokuva on esitetty kuvassa. 3.

Riisi. 3.IGBT-moduulien taajuusmuuttajan kaavio: 1 — puhaltimen lohko; 2 — virtalähde; 3 — ohjaamaton tasasuuntaaja; 4 — ohjauspaneeli; 5 — ohjauspaneelin kortti; 6 - PWM; 7 — jännitteen muunnosyksikkö; 8 — järjestelmän ohjauskortti; 9 — kuljettajat; 10 — vaihtosuuntaajayksikön sulakkeet; 11 — virta-anturit; 12 — asynkroninen oravahäkkimoottori; Q1, Q2, Q3 — virtapiirin, ohjauspiirin ja puhallinyksikön kytkimet; K1, K2 — kontaktorit kondensaattoreiden ja virtapiirin latausta varten; C - kondensaattoripankki; Rl, R2, R3 — vastukset, joilla rajoitetaan kondensaattorin varauksen virtaa, kondensaattoreiden purkausta ja tyhjennyslohkoa; VT - Invertterivirtakytkimet (IGBT-moduulit)

Taajuusmuuttajan lähtöön muodostuu jännite- (virta)käyrä, joka on hieman erilainen kuin sinimuotoinen ja sisältää korkeampia harmonisia komponentteja. Niiden läsnäolo johtaa sähkömoottorin häviöiden lisääntymiseen. Tästä syystä sähkömoottorin ylikuormittuessa, kun sähkökäyttö toimii nopeudella, joka on lähellä nimellisnopeutta.

Alennetuilla nopeuksilla käytettäessä pumppukäytöissä käytettävien itsetuulettavien sähkömoottoreiden jäähdytysolosuhteet heikkenevät. Pumppuyksiköiden normaalilla säätöalueella (1: 2 tai 1: 3) tämä ilmanvaihto-olosuhteiden heikkeneminen kompensoituu merkittävästi alenemalla kuormitus, joka johtuu virtausnopeuden ja pumppukorkeuden pienenemisestä.

Toimittaessa taajuuksilla, jotka ovat lähellä nimellisarvoa (50 Hz), jäähdytysolosuhteiden huonontuminen yhdessä korkeamman kertaluvun harmonisten yliaaltojen ilmaantumisen kanssa edellyttää sallitun mekaanisen tehon pienentämistä 8-15 %.Tästä johtuen sähkömoottorin maksimivääntömomentti pienenee 1 — 2 %, sen hyötysuhde — 1 — 4 %, cosφ — 5-7 %.

Sähkömoottorin ylikuormituksen välttämiseksi on tarpeen joko rajoittaa sen nopeuden yläarvoa tai varustaa taajuusmuuttaja tehokkaammalla sähkömoottorilla. Viimeinen toimenpide on pakollinen, kun pumppuyksikkö on suunniteltu toimimaan taajuudella e2> 50 Hz. Moottorin kierrosten yläarvon rajoittaminen tehdään rajoittamalla taajuus e2 48 Hz:iin. Käyttömoottorin nimellistehon lisäys pyöristetään ylöspäin lähimpään standardiarvoon.

Muuttuvien sähkölohkokäyttöjen ryhmäohjaus

Monet pumppusarjat koostuvat useista lohkoista. Yleensä kaikissa yksiköissä ei ole säädettävää sähkökäyttöä. Kahdesta tai kolmesta asennetusta yksiköstä riittää, että yksi varustetaan säädettävällä sähkökäytöllä. Jos johonkin yksikköön on kiinteästi kytketty muuntaja, niiden moottoriresurssit kuluvat epätasaisesti, koska taajuusmuuttajalla varustettua yksikköä käytetään paljon pidempään.

Kuorman tasaiseksi jakautumiseksi kaikkien asemalle asennettujen lohkojen kesken on kehitetty ryhmäohjausasemia, joiden avulla lohkot voidaan kytkeä sarjaan muuntimeen. Ohjausasemia valmistetaan yleensä pienjänniteyksiköille (380 V).

Tyypillisesti pienjänniteohjausasemat on suunniteltu ohjaamaan kahta tai kolmea yksikköä.Pienjänniteohjausasemissa on katkaisijat, jotka suojaavat vaihevaiheen oikosululta ja maadoitukselta, lämpöreleet, jotka suojaavat laitteita ylikuormitukselta, sekä ohjauslaitteet (kytkimet, painike viestit ja muut.).

Ohjausaseman kytkentäpiiri sisältää tarvittavat lukitukset, jotka mahdollistavat taajuusmuuttajan kytkemisen mihin tahansa valittuun lohkoon ja työlohkojen vaihtamisen häiritsemättä pumppaus- tai puhallusyksikön teknistä toimintatapaa.

Ohjausasemat sisältävät pääsääntöisesti yhdessä tehoelementtien (automaattiset kytkimet, kontaktorit jne.) kanssa ohjaus- ja säätölaitteita (mikroprosessoriohjaimet jne.).

Asiakkaan pyynnöstä asemat on varustettu laitteilla automaattiseen varavirran kytkemiseen (ATS), kaupalliseen kulutetun sähkön mittaukseen, sammutuslaitteiden ohjaukseen.

Ohjausasemaan tuodaan tarvittaessa lisälaitteita, jotka varmistavat yksiköiden pehmokäynnistimen käytön yhdessä taajuusmuuttajan kanssa.

Automaattiset ohjausasemat tarjoavat:

• teknologisen parametrin (paine, taso, lämpötila jne.) asetetun arvon ylläpitäminen;

• säädettävien ja säätelemättömien yksiköiden sähkömoottoreiden toimintatilojen ohjaus (kulututetun virran, tehon ohjaus) ja niiden suojaus;

• varmuuskopiolaitteen automaattinen käynnistys päälaitteen vikaantuessa;

• lohkojen kytkentä suoraan verkkoon taajuusmuuttajan vian sattuessa;

• varasähkötulon (ATS) automaattinen kytkeminen päälle;

• aseman automaattinen uudelleenkytkentä (AR) virransyöttöverkon katoamisen ja syvän jännitehäviön jälkeen;

• aseman toimintatilan automaattinen vaihto pysäyttämällä ja käynnistämällä työyksiköt tietyllä hetkellä;

• ylimääräisen säätelemättömän yksikön automaattinen aktivointi, jos ohjattu yksikkö, joka saavuttaa nimellisnopeuden, ei tarjonnut tarvittavaa vedensyöttöä;

• automaattinen työlohkojen vuorottelu tietyin väliajoin moottoriresurssien tasaisen kulutuksen varmistamiseksi;

• pumppausyksikön toimintatilan ohjaus ohjauspaneelista tai ohjauspaneelista.

Riisi. 4. Asema taajuusmuuttujapumppujen sähkökäyttöjen ryhmäohjaukseen

Vaihtelevan taajuuden käytön tehokkuus pumppuyksiköissä

Taajuusmuuttajan käyttö mahdollistaa merkittävän energiansäästön, koska se mahdollistaa suurten pumppausyksiköiden käytön pienillä virtausnopeuksilla. Tämän ansiosta yksiköiden yksikkökapasiteettia lisäämällä on mahdollista vähentää niiden kokonaismäärää ja vastaavasti rakennusten kokonaismittoja, yksinkertaistaa aseman hydraulijärjestelmää ja vähentää putkistojen määrää. venttiilit.

Siten säädettävän sähkökäytön käyttö pumppuyksiköissä mahdollistaa sähkön ja veden säästämisen ohella pumppausyksiköiden määrän vähentämisen, aseman hydraulipiirin yksinkertaistamisen ja pumppausaseman rakennuksen rakennusmäärien pienentämisen.Tässä yhteydessä syntyy toissijaisia ​​taloudellisia vaikutuksia: rakennuksen lämmitys-, valaistus- ja korjauskustannukset pienenevät, alentuneita kustannuksia voidaan asemien käyttötarkoituksesta ja muista erityisolosuhteista riippuen vähentää 20-50 %.

Taajuusmuuttajien tekniset dokumentaatiot osoittavat, että säädettävän sähkökäytön käyttö pumppuyksiköissä mahdollistaa jopa 50% säästön puhtaan ja jäteveden pumppaamiseen käytetystä energiasta, ja takaisinmaksuaika on kolmesta yhdeksään kuukauteen.

Samaan aikaan laskelmat ja analyysit ohjatun sähkökäytön tehokkuudesta toimivissa pumppuyksiköissä osoittavat, että pienille pumppuyksiköille, joiden yksiköiden teho on enintään 75 kW, varsinkin kun ne työskentelevät suuren staattisen painekomponentin kanssa ei sovellu ohjattujen sähkökäyttöjen käyttöön. Näissä tapauksissa voit käyttää yksinkertaisempia ohjausjärjestelmiä käyttämällä kuristusta, muuttamalla toimivien pumppuyksiköiden lukumäärää.

Säädettävän sähkökäytön käyttö pumppuyksiköiden automaatiojärjestelmissä toisaalta vähentää energiankulutusta ja toisaalta vaatii lisäpääomakustannuksia, joten muuttuvan sähkökäytön käyttömahdollisuus pumppuyksiköissä määritetään vertaamalla alentuneita kustannuksia. kahdesta vaihtoehdosta: perus ja uusi. Uutena lisävarusteena otetaan säädettävällä sähkökäytöllä varustettu pumppuyksikkö ja pääkoneeksi yksikkö, jonka yksiköt toimivat vakionopeudella.