Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Аналитический обзор существующих решений и постановка задач исследования 9
1.1 Описание и классификация системы водоснабжения 9
1.2 Способы управления группой насосных агрегатов 13
1.4 Анализ энергопотребления при различных способах регулирования 14
1.3 Обзор известных технических решений в области регулирования электропривода группы насосных агрегатов с использованием одного частотного преобразователя 28
1.5 Учет коммутационных процессов при переключении от преобразователя частоты на питание от сети 36
2.1 Возможные способы управления, применяемые при синхронизации напряжения с сетью 38
2.2 Способы синхронизации напряжения инвертора с сетью 48
ГЛАВА 3 Разработка комплексной математической модели системы водоснабжения 56
3.1 Общие положения математического моделирования системы водоснабжения 56
3.2 Моделирование процессов в системе преобразования электроэнергии и асинхронных двигателях 60
3.3 Моделирование центробежного насоса и участков трубопроводной системы 63
3.4 Метод расчета процессов в электрических и гидравлических цепях 68
3.5 Моделирование процессов дугогашения при отключении коммутационных электрических аппаратов (контакторов) 76
3.6. Пример моделирования электромагнитных процессов в системе преобразователь - асинхронный двигатель 79
3.7 Описание комплексной математической модели системы водоснабжения
ГЛАВА 4 Компьютерное моделирование и экспериментальные исследования 88
4.1 Режимы работы и способы регулирования 88
4.2 Пуск напрямую последовательно каждого из насосов 89
4.3 Пуск от преобразователя последовательно каждого из насосов в ручном режиме 93
4.4 Пуск с системой авторегулирования 97
4.4.1 С прямым включением двигателей дополнительных насосов к сети и регулированием давления одним насосом (от преобразователя) 97
4.4.2 С поочередным разгоном двигателя каждого насоса от преобразователя и переключением его на сеть при выходе на номинальный режим 102
4.5 Переключение двигателя преобразователь - сеть с синхронизацией выходного напряжения и без 106
4.6 Отключение двигателя от сети с учетом дугогашения 108
Выводы 113
Заключение 115
Список литературы
- Обзор известных технических решений в области регулирования электропривода группы насосных агрегатов с использованием одного частотного преобразователя
- Моделирование центробежного насоса и участков трубопроводной системы
- Пуск от преобразователя последовательно каждого из насосов в ручном режиме
- Переключение двигателя преобразователь - сеть с синхронизацией выходного напряжения и без
Введение к работе
Актуальность
Внедрение энергосберегающих технологий является одним из приоритетных направлений развития техники, имеющих важное значение для экономики России. Одним из наиболее энергоемких производств в системе жилищно-коммунального хозяйства является перекачка жидкости в системе водоснабжения. С точки зрения получения эффекта энергосбережения при перекачке жидкости лучшим способом является частотное регулирование АД с использованием статических преобразователей. Его применение для электропривода группы насосных агрегатов систем водоснабжения городов и населенных пунктов имеет ряд особенностей, требующих учета при реализации. Используемые в настоящее время системы регулирования производительности насосных станций часто не используют весь потенциал ресурсо- и энергосбережения, поэтому актуальной является задача развития систем, средств и методов энергоэффективного управления производительностью группы насосных агрегатов.
Работы по исследованию и внедрению передовых способов управления электроприводов насосных агрегатов активно ведутся ЗАО «Чебоксарский завод электрооборудования», концерны «ABB», Danfoss, Siemens, Mitsubishi, Wilo и другие. Значительный вклад в разработку и исследование систем управления электроприводами группы насосных агрегатов внесли: Б.С. Лез-нов, Г.Б. Онищенко, М.Г. Юньков, А.Б. Виноградов, Ю.К. Розанов, К.П. Ковач, И. Рац, B.C. Костышин, Б.И. Фираго, Л.Б. Повлячик и ряд других.
Тема диссертационной работы соответствует научному направлению ФГБОУ ВПО ЮРГПУ (НИИ) имени М.И. Платова «Интеллектуальные электромеханические устройства, комплексы и системы».
Объектом исследования является группа асинхронных электроприводов насосных агрегатов систем водоснабжения.
Предметом исследования является система регулирования асинхронными электроприводами группы насосных агрегатов.
Цель диссертационной работы: развитие систем, средств и методов энергоэффективного управления производительностью электроприводов группы насосных агрегатов.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:
анализ различных способов регулирования производительности электроприводов группы насосных агрегатов насосных станций систем водоснабжения и определение областей их рационального использования;
разработка способов, схемных решений по реализации системы регулирования производительности электроприводов группы насосных агрегатов,
с применением одного статического преобразователя, для использования на насосных станциях второго подъема систем водоснабжения городов и населенных пунктов;
создание способа и разработка метода синхронизации выходного напряжения инвертора с сетью, позволяющего минимизировать последствия переходных процессов при переключении асинхронного двигателя от преобразователя частоты на сеть;
разработка комплексной математической модели системы водоснабжения, позволяющей производить оценку взаимодействия энергетических, электрических и гидравлических показателей регулирования производительности электроприводов группы насосных агрегатов;
анализ режимов работы электроприводов группы насосных агрегатов в составе системы водоснабжения с использованием разработанной комплексной математической модели. Подтверждение достоверности полученных результатов и эффективности предлагаемых технических решений.
Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использованы теория электрических машин, теория электропривода, теория автоматического управления, методы вычислительной математики.
При выполнении экспериментальных исследований применялись методы физического моделирования и статистической обработки.
Достоверность полученных результатов работы определяется обоснованностью принятых допущений, корректным применением методов теории автоматического управления, адекватностью используемых при исследованиях математических моделей и экспериментальным подтверждением основных полученных результатов.
Научная новизна диссертационной работы:
обоснована область рационального использования различных способов регулирования производительности электроприводов группы насосных агрегатов насосных станций водоснабжения, с использованием частотно-регулируемого привода одного насосного агрегата;
разработан способ синхронизации выходного напряжения инвертора с сетевым, отличающийся тем, что процесс синхронизации выполняется в два этапа: воздействием на задание потокосцепления выполняется выравнивание амплитуд основной гармоники напряжений на выходе инвертора и в сети (при этом регулирование давления не прерывается); изменением задания частоты вращения двигателя обеспечивается равенство частот этих напряжений и их синхронизация по фазе (способ защищен патентом);
разработана комплексная математическая модель системы водоснабжения, которая в отличие от известных позволяет рассчитывать взаимодейст-
виє электрических, энергетических, гидравлических и других параметров системы; отличается тем, что в ней учитываются переходные процессы при выключении коммутационной аппаратуры;
- предложена методика учета коммутационных процессов в электромаг
нитных контакторах, отличающаяся тем, что в ней рассчитываются процессы
дугогашения при отключении асинхронного двигателя от источника питания.
Практическая ценность диссертационной работы:
предложены практические рекомендации по применению способа регулирования производительности группы насосных агрегатов с использованием синхронизации выходного напряжения инвертора с сетью;
запатентован способ синхронизации выходного напряжения инвертора с сетью; определены границы его применения;
предложены рекомендации по определению паузы между отключением двигателя от преобразователя и подключением к сети;
результаты исследований использованы при разработке блока управления насосными агрегатами, установленного на насосной станции П-го подъема п.г.т. Усть-Донецкий. Совокупность принятых технических решений позволила снизить стоимость системы регулирования производительности насосных агрегатов, снизить влияние на питающую сеть и повысить надежность работы оборудования; снизить расход воды до 10% за счет регулирования давления, а также уменьшить количество аварий в трубопроводной системе;
диссертационной работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова для обучения студентов по направлению «Электроэнергетика и электротехника» (бакалавриат, магистратура).
К защите представляются следующие основные положения:
рекомендации по определению областей рационального использования различных способов регулирования производительности электроприводов группы насосных агрегатов насосных станций водоснабжения с использованием синхронизации выходного напряжения инвертора с сетью;
рекомендации по использованию способа регулирования производительности электроприводов группы насосных агрегатов с применением одного преобразователя частоты с синхронизацией напряжения инвертора с сетью;
комплексная математическая модель насосной станции П-го подъема, позволяющая оценить работу асинхронных двигателей и системы в нормальных и аварийных режимах, с учетом процессов дугогашения при отключении коммутационных электрических аппаратов;
способ синхронизации выходного напряжения инвертора с сетью (защищен патентом);
- результаты анализа процессов в системе водоснабжения при использовании предлагаемого подхода регулирования электроприводами. Использование результатов диссертационной работы
Результаты диссертационной работы были использованы при выполнении государственного контракта № 02.516.11.6180 от 10 июня 2009 г. между ООО НПП "Донские технологии" и Министерством образования и науки Российской Федерации, государственного контракта № 16.516.11.6066 от 28 апреля 2011г. между ООО НПП "Донские технологии" и Министерством образования и науки Российской Федерации, а также государственного контракта № 14.740.11.1294 от 17 июня 2011 г. между ФГБОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) и Министерством образования и науки Российской Федерации. Также полученные результаты были использованы при проведении научно-исследовательских работ №7.1604.2011 (3.12) в 2011-2013г. между ФГБОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) и Министерством образования и науки Российской Федерации. Результаты исследований и рекомендации внедрены на насосной станции П-го подъема в п.г.т. Усть-Донецкий.
Апробация работы
Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Всероссийской научно-практической конференции «Системы управления электротехническими объектами» (24 - 25 июня 2010 г., г. Тула), XVI Международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (1-3 июня 2011 г., г.Иваново), научно-технических конференциях студентов, аспирантов и преподавателей ЮРГТУ (НПИ) в 2009-2011 г.
Публикации
По результатам выполненных исследований всего опубликовано 19 печатных работ общим объемом 8,8 п.л., из них по теме диссертации 16, в том числе 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 4 объекта интеллектуальной собственности.
Структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации: 113 страниц основного текста, 65 рисунка, 1 таблица, 5 страниц списка использованной литературы из 48 наименований, 7 страниц приложений.
19.08.2013 г. Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» переименовано в Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова» (Приказ Минобрнауки России от 24.06.2013г. №482, государственная регистрация изменений в устав от 19.08.2013г. №2136183034326).
Обзор известных технических решений в области регулирования электропривода группы насосных агрегатов с использованием одного частотного преобразователя
Наиболее распространенными способами регулирования подачи воды насосными агрегатами являются: так называемое байпасирование, дросселирование и изменение количества работающих в одной напорной линии насосов, при этом электроприводы (в качестве которых используют асинхронные двигатели (АД)) насосных агрегатов подключаются к электрической сети напрямую через автоматические выключатели и контакторы. Их недостатком является неэффективное использование насосных агрегатов, значительный перерасход электроэнергии. Несколько лучшие результаты могут быть получены с помощью способа, при котором происходит включение и выключение насоса, однако и он не лишен недостатков. Основным из них является появление гидроударов при включении насоса, часть потребляемой электроэнергии расходуется непроизводительно [7].
Системы нерегулируемого привода, применяемого на насосных станциях, имеют ряд недостатков, таких как невозможность точного поддержания давления на выходе, значительные токи и колебания момента АД в процессе пуска и, как следствие, появление гидроударов.
Одним из способов управления несколькими двигателями является использование устройств плавного пуска, которые позволяют обеспечить: плавный пуск, останов и выход на номинальную скорость; увеличение срока службы электродвигателей, задвижек; снижение пусковых токов электродвигателя. Несмотря на все преимущества, эти устройства не могут осуществлять регулирование частоты вращения двигателя во время его работы. Для этого используют преобразователи частоты.
Использование частотного регулирования АД позволяет обеспечить поддержание на заданном уровне давления, снизить влияние пусковых токов двигателя на питающую сеть, устранить колебания момента в процессе пуска и возникающие в этом режиме гидроудары. К недостаткам применения преобразователей для регулирования АД следует отнести повышенный уровень потерь в двигателе и, как следствие, их больший нагрев, повышенные требования к изоляции. Поэтому при питании от преобразователя АД может быть нагружен в среднем только до 90-95% процентов от мощности, реализуемой при питании от источника синусоидального напряжения. Применение для каждого регулируемого асинхронного привода преобразователя в большинстве случаев является неоправданно дорогим. Поэтому в большинстве случаев стараются ограничиться одним преобразователем, а остальные двигатели подключаются непосредственно к питающей сети и работают в нерегулируемом режиме. В этом случае решается только задача точного поддержания давления, а остальные негативные факторы, присущие нерегулируемому приводу остаются [8].
При выборе способа нужно не забывать о его эффективности, затратах на реализацию и качестве регулирования. В связи с этим, проанализируем остальные способы управления с точки зрения энергоэффективности и экономичности.
В последнее время наблюдается рост водопотребления в большинстве населенных пунктов на территории Российской Федерации. Все дома требуют обеспечения водоснабжением. Из этого следует, что возрастет нагрузка на уже имеющиеся насосные станции или потребуется строительство новых. Несмотря на это существует возможность экономии не только электроэнергии, но и воды, а также уменьшения износа оборудования (насосы, двигатели, трубопроводная арматура). Одним из вариантов экономии ресурсов является регулирование электроприводов насосных агрегатов [9,10]. В зависимости от потребления должна регулироваться производительность группы насосных агрегатов (рисунок 1.2). Рассмотрим 3 случая: управление электроприводами насосов отсутствует (подключение напрямую к сети), с помощью одного частотного преобразователя, регулирование задвижкой.
В первом случае, когда расход потребления воды небольшой (в ночные часы), работает один насос. После увеличения потребления включается второй насос. По прошествии некоторого времени расход воды снижается, но производительности одного насоса не хватит, чтобы поддерживать заданный уровень расхода. Поэтому продолжают работу два насоса, а регулирование расхода производится задвижкой. Это означает потери электроэнергии и быстрый износ оборудования.
В случае, когда управление приводами осуществляется при помощи одного ПЧ, при необходимости изменение расхода преобразователь регулирует частоту вращения электропривода, при этом потребление энергии минимально.
Применение частотно-регулируемого привода на насосных станциях дает возможность адаптации характеристик насоса к характеристикам гидравлической сети за счет выбора номинальной частоты вращения вала двигателя, отвечающей основному режиму работы станции. При этом номинальная частоты вращения может быть как выше, так и ниже требуемого значения.
Еще одним способом управления (в случае работы сразу нескольких насосов) является подключение к каждому из параллельно работающих насосных агрегатов индивидуального преобразователя, что вызывает повышенные потери и работу вне зоны максимального КПД.
Наиболее энергоэффективным способом управления электроприводами группы насосных агрегатов является управление частотой вращения насоса при помощи одного статического преобразователя. статическая еоствляющая n Ндео ПрОИЗВОДИТеЛЬНОСТЬ О OtOftMe
Моделирование центробежного насоса и участков трубопроводной системы
Проблемы синхронизации нашли свое решение еще в 60-х годах 20 века в радиоэлектронике, источниках бесперебойного питания. Существуют несколько способов синхронизации напряжения. Некоторыми из них являются фазовая и частотная автоподстройка частоты (ФАПЧ, АПЧ) [23]. Рассмотрим их более подробно. В АПЧ в качестве звена сравнения используется частотный дискриминатор, его выходное напряжение зависит от входных сигналов. В ФАПЧ в качестве звена сравнения используется фазовый дискриминатор, его выходное напряжение зависит от разности фаз входных сигналов. Однако у этих способов есть свои недостатки: в ФАПЧ происходит сдвиг напряжения на 90, а в АПЧ фаза не синхронизируется.
Выходом из этой ситуации может служить преобразование Кларка (переход от трехфазной системы статора АД в ортогональную двухкоординатную систему). На входе преобразования необходимо задавать угол поворота системы координат относительно неподвижной системы и проекции вектора на оси вращающейся системы координат. Таким образом, если проекции поддерживать постоянными, а угол поворота вращающейся системы координат изменять линейно (равномерное вращение), то проекции вращающегося вектора на неподвижную систему координат будут изменяться по закону синуса и косинуса (на вертикаль и горизонталь соответственно). Полученный таким образом синус и косинус можно использовать для питания двухкоординатной модели двигателя. В этом способе необходимо измерение двух напряжений (инвертора, сети).
При использовании преобразования Фурье осуществляется перевод временного представления сигнала в частотное. Другими словами, оно позволяет получить частотный спектр сигнала, представленного отсчетами его временной зависимости. Чтобы избежать перегрузки двигателя и сети большими ударными токами и динамическими усилиями, переключение необходимо осуществляться одним из нижеуказанных способов: ;: 1) переключение совершается быстро с контролем фазового положения. Это возможно только в случае, если напряжение, наведенное в обмотке статора двигателя остаточным потоком, равно по величине, и совпадает по фазе с напряжением сети. Процесс переключения управляется реле, которое обеспечивает контроль синхронизма. Этот метод применим, когда скольжение не слишком возрастает к моменту нового включения; ::\: 2) включение с одного на другой источник питания (преобразователь частоты, питающая сеть) должно производиться с запаздыванием, достаточным для того, чтобы остаточный от предшествующего режима поток снизился до незначительной величины, но при этом выключенные двигатели не должны сильно снижать скорость вращения. Необходимый промежуток времени должен быть равен не менее одного полупериода.
Произведем сравнительный анализ некоторых методов фазовой синхронизации. При плавном пуске и регулировании выходной мощности асинхронных двигателей необходимо определение текущей фазы сетевого напряжения питания, где в микроконтроллере формируется генератор виртуальной синусоиды. Синхронизация по фазе производится после определения сдвига фазЛр=р-ро изменением либо фазы, либо частоты внутреннего генератора; в этом случае сдвиг фаз плавно уменьшается до нуля. Вычисление сдвига фаз и синхронизация проводятся каждый период. Рассмотрим методы определения текущего отклонения фазы (рассинхронизации) [24].
В первом с помощью реле определяется значение входного напряжения по отношению к некоторому уровню напряжения. Чаще всего это изменение полярности напряжения или переход уровня сетевого напряжения через некий уровень (U пороговое). Принцип действия приведен на рисунке 2.3, а, а схема одного из вариантов устройства — на рисунке 2.3, б. Гасящий резистор R предназначен для ограничения входного тока, входное напряжение ограничивают два встроенных диода — VD1 и VD2. В качестве датчика может использоваться компаратор.
Для того, чтобы минимизировать время проверки, используется прерывание от компаратора. Время срабатывания компаратора принимается за начало полупериодов, соответственно, период между двумя срабатываниями -длительность одного полупериода. Видно, что положительный и отрицательный полупериоды в этом случае имеют различные длительности. Для синусоидального сигнала неточность порядка (p =arcsin(5/22(hi2) l0, что достаточно для большинства приложений.
Пуск от преобразователя последовательно каждого из насосов в ручном режиме
Такое представление центробежного насоса легко корреспондируется с предлагаемой схемой замещения, которая имеет несколько самостоятельных контуров движения жидкости, в частности, циркуляционный контур, движение жидкости в котором направлено против основного потока. На рисунке 3.5 показана схема замещения центробежного насоса, которая позволяет выделить основные контуры движения жидкости в корпусе насоса, и формирующие нелинейное описание.
Насос вместе с электродвигателем представляют единый механизм, который обладает маховой массой, составленной ротором электродвигателя и рабочим колесом насоса и имеет механическую постоянную времени. С учетом сказанного, динамическую характеристику центробежного насосного агрегата представим в виде: /г, =z-r„-42; Тн— + z = b-a -q + h0-a)2; При q 0, dz dz где z - составляющая динамической характеристики насоса; Т„ - постоянная времени переходных процессов в рабочем колесе насоса (аналогична электромагнитной постоянной времени электродвигателя); Tn - постоянная времени вращающихся масс насосного агрегата. Моделирование участка трубы
Как и в моделировании центробежного насоса использование электрогидравлической аналогии позволяет составить модель участка трубы заданного диаметра и заданной длины. Разности электрических потенциалов (напряжений) и силе тока в гидравлической системе соответствуют разность (перепад) Др давлений и объемный расход Qx жидкости, измеряемые в Па и м3/с соответственно [40]. Известно, что для участка достаточно длинного трубопровода с круглым поперечным сечением радиуса г при установившемся ламинарном течении вязкой жидкости справедлива следующая зависимость скорости vz вдоль оси трубопровода от радиальной координаты г: где м 0 — коэффициент сдвиговой вязкости жидкости, измеряемый в Па-с, Ар=р\ —р2 0 — перепад давления, приходящийся на участок трубопровода длиной /. Эту зависимость можно получить, решая уравнение Навъе — Стокса. Учитывая вышеприведенное уравнение, вычисляем объемный расход жидкости через трубопровод.
Рассмотрим цилиндрический сосуд с вертикально расположенной образующей и поперечным сечением площадью S, заполняемый (или опорожняемый) через трубопровод, присоединенный к этому сосуду. Скорость v течения жидкости в трубопроводе будем считать достаточно малой по модулю, так что динамическим давлением pv2/2, где р — плотность жидкости, можно пренебречь по сравнению со статическим давлением р на входе трубопровода в сосуд. Это давление равно р =р0 + pgH, гдер0 — давление над зеркалом жидкости (для сосуда, сообщающегося с атмосферой, оно равно атмосферному давлению), g = 9,81м/с2 — ускорение свободного падения, Н— высота уровня жидкости в сосуде. Изменения во времени t уровня жидкости и разности Ар =р —р0 давлений связаны между собой зависимостью: dbp _dH dt dt Тогда для объемного расхода жидкости через трубопровод, положительного при заполнении сосуда, можно записать: ж dt pg dt r dt где Cr—— величина, аналогичная емкости С электрического конденсатора. Таким образом, аналогом конденсатора для гидравлической системы будет сосуд с жидкостью, подводимой или отводимой через трубопровод, присоединенный к дну сосуда. Элементом гидравлической системы, аналогичным идеализированной (без сопротивления) индуктивной катушке, является участок горизонтального цилиндрического трубопровода длиной /, по которому течет с переменным во времени объемным расходом Q%, идеальная (невязкая) несжимаемая жидкость плотностью р [40]. Пусть S — площадь поперечного сечения трубопровода. Тогда в момент времени t на рассматриваемом участке трубопровода будет находиться масса тж = pSl жидкости, движущаяся со скоростью v(f) = QK(t)/S. При переменном объемном расходе за счет ускорения этой массы возникнет сила инерции:
Так как жидкость идеальная, то гидравлическое сопротивление при ее течении отсутствует и сила инерции уравновешена лишь разностью (р\ —pj)S сил давления в поперечных сечениях трубопровода. Следовательно, имеем: 4Р-Л- 4%S dt dt где Lr = pl/S — величина, которую можно назвать гидравлической индуктивностью участка трубопровода. Она аналогична индуктивности L катушки. Итак, в гидравлических системах можно выделить простейшие элементы, модели которых с точностью до обозначений совпадают с моделями идеализированных электрических двухполюсников: резистора, конденсатора без потерь заряда и индуктивной катушки без сопротивления. Как и в случае реальных электрических элементов, комбинируя моделями идеализированных элементов гидравлических систем, можно учесть, например, влияние вязкости жидкости [40].
При течении по трубопроводу вязкой жидкости неизбежно возникает гидравлическое сопротивление, влияние которого при ее переменном объемном расходе можно учесть аналогично учету электрического сопротивления индуктивной катушки. Расчетную схему участка трубопровода длиной / с круглым поперечным сечением радиуса г представим последовательно соединенными гидравлическим сопротивлением Rr и гидравлической индуктивностью Lr и параллельно соединенным Сг.
Переключение двигателя преобразователь - сеть с синхронизацией выходного напряжения и без
Повторимся, что обобщенная математическая модель состоит из моделей насосной станции 2-го подъема и гидравлической трубопроводной системы, асинхронного трехфазного двигателя, а также модели статического преобразователя с контактно-размыкающей аппаратурой. Проведем тестирование обобщенной модели в следующих режимах: 1) пуск при непосредственном подключении к электросети (напрямую) последовательно каждого из насосов; 2) пуск от преобразователя последовательно каждого из насосов в ручном режиме; 3) пуск и работа с системой авторегулирования: - с прямым включением двигателей дополнительных насосов к сети и регулированием давления одним насосом (от преобразователя); - с поочередным разгоном двигателя каждого насоса от преобразователя и переключением его на сеть при выходе на номинальный режим; 4) переключение двигателя преобразователь - сеть с синхронизацией выходного напряжения и без; 5) отключение двигателя от преобразователя и от сети с учетом дугогашения. Модель позволяет осуществлять регулирование расхода и давления в сети водоснабжения несколькими способами: 1) прямой пуск от сети и останов насосов любой из насосных станций; 2) плавный пуск (останов) и регулирование производительности одного насоса с помощью преобразователя; прямое подключение к сети и отключение остальных трех насосов; 3) при увеличении расхода — последовательное включение каждого насоса от преобразователя и моделирование его производительности, при достижение номинального режима работы переключение на питание от сети; при снижении расхода - обратный процесс.
Моделирование выполнено при максимальном напоре 40 м на выходе станции, который достигается при параллельной работе трех насосов, четвёртый насос находиться в резерве. При пуске напрямую от сети двигателей каждого из насосов, рисунок 4.1, происходят большие броски тока Isf (А) (до 4 номинальных) и некоторое снижение напряжения сети Us/ (В), что полностью соответствует теории и практике эксплуатации электродвигателей [48]. По окончании пуска ток снижается до номинального, а напряжение увеличивается до сетевого.
На рисунке 4.2 показаны зависимости от времени полной S, (кВт) и активной Ps (кВт) мощностей, потребляемых из сети, при пуске последовательно трёх электродвигателей насосов. Видно, что в периоды пуска активная мощность значительно меньше полной мощности. При выходе на номинальный режим эта разница уменьшается. 100000-140000 -120000 -100000 10000 «0000 40000 -20000
На рисунке 4.3 показаны зависимости от времени коэффициента мощности Кт, составляющей коэффициента мощности от сдвига основных гармоник тока и напряжения Кдаь составляющей коэффициента мощности искажений Кт. Видно, что при пуске коэффициенты Кт и Kmi практически налагаются друг на друга, а коэффициент Кт1 приближается к единице, так как остальные коэффициенты практически совпадают.
На рисунке 4.6 показаны зависимости изменения в течение определенного времени выходного давления станции Hps (МПа) при изменении расхода одного насоса Qps (м3/с). Видно, что указанные зависимости вполне соответствуют и в разных масштабах повторяют друг друга. 300
Моделирование выполнено при максимальном напоре 40 м на выходе станции, который достигается при параллельной работе трех насосов, четвёртый насос находиться в резерве. При пуске от преобразователя каждого из насосов переходные процессы, происходящие в системе менее выражены, чем при прямом пуске, рисунок 4.1. Как показано на рисунке 4.9, в момент пуска наблюдается небольшой бросок тока (примерно 1,5 номинального), а напряжение практически не изменяется, далее ток стабилизируется, и при подключении следующего насоса этот процесс повторяется.
Изменение сетевого тока и напряжения при пуске от преобразователя последовательного каждого из трёх насосов На рисунке 4.10 показано, что графики активной и полной мощностей практически налагаются друг на друга, а в моменты подключения очередных насосов происходят их скачки. При этом в отличие от прямого пуска, рисунок 4.10, полная мощность незначительно превышает активную. 5 10 15 20
Зависимости от времени активной и полной мощности На рисунке 4.11 показаны зависимости от времени коэффициента мощности К„, составляющей коэффициента мощности от сдвига основных гармоник тока и напряжения K„i, составляющей коэффициента мощности искажений Кто. Видно, что при пуске коэффициенты Кт и Km! практически налагаются друг на друга, а коэффициент Кт, приближается к единице, так как остальные коэффициенты мало отличаются друг от друга.
Зависимости от времени активной и полной мощности На рисунке 4.19 показаны зависимости от времени коэффициента мощности, составляющей коэффициента мощности от сдвига основных гармоник тока и напряжения, составляющей коэффициента мощности искажений. Видно, что при пуске первого насоса от преобразователя коэффициенты Кт и Kmi практически налагаются друг на друга, а коэффициент К„, приближается к единице, так как остальные коэффициенты мало отличаются друг от друга. При прямом пуске характер изменения указанных величин соответствует приведённому на рисунке 4.19.
