Введение к работе
Актуальность проблемы. Осуществлять заданное водоснабжение народного хозяйства и поддерживать необходимый уровень грунтовых вод с помощью погружных насосных установок (ПНУ) с минимальными затратами в ближайшие годы является актуальными задачами соответствующих направлений науки и техники. Извлечение воды из недр земли для этих целей осуществляется, главным образом, с помощью ПНУ, приводимых в движение асинхронными двигателями.
Фундаментальные исследования и оригинальные разработки по ІШУ и их электроприводам выполнили ученые и инженеры САНИИРИ, ИЭиА АН РУз, предприятия, организации СНГ, дальнего зарубежья. В то же время остается ряд важных проблем, от решения которых в известной степени зависит прогресс этой техъики. Так, например, учеными САНИИРИ установлено, что средний ресурс насосов до капитального ремонта колебался в пределах 1800+3200 ч со среднеквадратичным отклонением 2300+3300 ч, что в 4+6 раз ниже требований ГОСТа 10428-79. Такое положение возникло из-за ускоренного выхода из строя электрооборудования и насосов. Из отказавших электронасосов у (50+82)% сгорели обмотки статора, у (15+20)% разрушены короткозамкнутне кольца ротора и другие детали. В то же время анализ технических характеристик серийно выпускаемых ПНУ показывает, что они незначительно охватывают зону гидрогеологических потребностей дренажных систем. Так, типовые ПНУ рассчитаны, в основном, на напоры 20м и более, а существующие дренажи в большей мере требуют напоры 5+25м. Обычно ПНУ работают круглосуточно, без присмотра, вдали от энергоцентров, где напряжения колеблются на двигателях и существенно отпинаются от номинальных значений. Кроме того, прямой пуск электронасосов создает в водной среде возмущения, в результате чего там создаются превышающие нормы механические примеси, ускоряющие абразивный износ насоса и его деталей, в целом деталей агрегата.
Процесс пуска асинхронного двигателя сопровождается значительным количеством потребляемого тока и многократно увеличенными потерями на нагрев, ухудшенными условиями охлаждения.
Анализ систем электроприводов показывает, что приемлемыми для погружного насоса, могут быть: а) система тиристорний или транзисторный преобразователь частоты - асинхронный двигатель (система ТПЧ-АД): б) система тиристорний преобразователь напряжения - асинхронный двигатель (система ТШ-АД).
В республике Узбекистан имеется завод, серийно выпускающий тиристорные преобразователи напряжения (ТПН), которые с небольшой модернизацией в системе управления можно приспособить к приводу погружных насосов.
Вопросы регулирования производительности насосов водоснабжения и теплоснабжения актуальны везде. Оснащение регулируемыми электроприводами водоснаожащих и теплоснабжающих насосов, позволяет сократить расход воды по отношению к нерегулируемому варианту на (10+12) и расход электроэнергии на (20+35)%.
Изложенные обстоятельства выдвигают новые задачи, которые включают в себя изучение возможностей системы ТШ-АД для условий работы погружного насоса, расширение функционального потенциала этого привода на базе новых способов и средств управления согласно требованиям установки.
Цель работы и задачи исследования.
Основная цель заключается в разработке перспективных принципов и структур управления электропривода ПНУ, выполненного на базе системы ТІШ-АД с к.з. ротором, обеспечивающим необходимые .законы управления. В соответствии с поставленной целью, в работе решаются следующие задачи:
а/ анализ технологии работы погружного насоса при пуске и установившемся режиме и уточнение требований погружного насосного агрегата к электроприводу и системе управления;
б/ выявление факторов и степень их влияния на надежность и экономичность работы погружного насоса и его двигателя;
в/ сопоставительный анализ математических моделей асинхронных двигателей, обоснование и выбор модели для двигателя погружного насоса; разработка математической модели элементов САУ, структур управления;
г/ анализ структур управлений согласно условиям работы ПНУ, разработка и исследование системы регулирования привода на базе
ТПН-АД;
Положения.выносимые на защиту:
-
Сформулированные требования к условиям пуска двигателя погружного насоса.
-
Математические модели элементов и системы ТПН-АД для ПНУ.
-
Структура управления электроприводом,, условия оптклизации и выбор параметров регуляторов САР.
4. Рекомендации по проектированию и изготовлению
электропривода погружного насоса, полученные на основе анализа
результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Методы исследования.
Основными методами явились теоретические исследования и математическое моделирование на ЦВМ с сопоставлением их с известными качественными результатами экспериментальных исследований других авторов. При этом уравнения выводились на основе известных законов физики (механики, электротехники, гидравлики, электромеханики) с соблюдением правил обращения с линейными и нелинейными алгебраическими и дифференциальными уравнениями при их анализе и преобразованиях, с учетом положений теории электропривода и теории автоматического управления. Для решения уравнений на ЭВМ использовали метод Рунге-Кутта.
Научная новизна работы.
1. Сформулированы требования к пусковому режиму
электропривода погружного насоса согласно эксплуатационным и
конструктивным особенностям рассматриваемого объекта. Обоснована
актуальность регулирования, электропривода ПНУ согласно
потребностям дренажных систем!
-
Разработаны к обоснованы математические модели элементов системы, включающие математическое описание погружного насоса асинхронного двигателя, датчиков, усилителей, преобразователей, фильтров и регулятора.
-
Разработана и обоснована структура управления САР привода ПНУ на базе системы ТПН-АД.
4. Определены критерии оптимизации и условия выбора
параметров регуляторов автоматизированного электропривода ПНУ.
5. Доказано, что, используя предложенную систему привода,
можно обеспечить требуемые законы управления.
Практическая ценность.
Практическая ценность состоит в том, что разработана система
автоматизированного электропривода, удовлетворяющая в
определенной степени требованиям плавного пуска и необходимого диапазона регулирования, исходя из условий работы ПНУ.
Система автоматического управления учитывает ограниченные возможности получения информации с объекта. Но вмзсте с тем, САУ, выполняя основные технологические требования, дает возможность реализовать энерго- и водосберегаюдие режимы работы. Это, в свою очередь, повышает надежность элементов водоотводящей или водоснабжащей системи и способствует экономии трудовых и материальных ресурсов.
Разработанная система электропривода, метода управления и оптимизации практически пригодны для применения во всех турбомеханизмах (вентиляторах, компрессорах, центрифугах).
Реализация результатов работы.
Отдельные положения и элементы работы были использованы при разработке автоматизированного злектропрішода учебного стенда для кафедры "Электрические машины" ТашГТУ.
Теоретические разработки, математическая модель, методы выбора регуляторов и определения их параметров использованы при создании лабораторной работы.
Результаты ^эботы гл^вдполагается использовать пли дальнейших исследованз і этого привода. Математические модели привода были использованы в учебных курсах, читаемых студентам специальности 1801 "Электромеханика", в частности, в курсе "Математическое моделирование в электромеханике".
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на профессорско- преподавательских конференциях ТашГТУ, на семинарах кафедры "Электрические машины", на объединенных заседаниях ряда кафедр энергетического факультета ТашГТУ, в лаборатории насосов "АНИИРИ, семинарах ИЭиА АН РУз и ТИИИМСХ.
Публикации.
Основное содержание диссертации опубликовано в шести статьях и в одном тезисе.
Структура и объем работы.
