Энергосбережение в насосных агрегатах перекачки воды

В данной статье рассматривается энергосбережение в насосных агрегатах перекачки воды. Регулирования    режимов   работы     насосов    можно    произвести изменением скорости вращения приводных двигателей или изменением открытого состояния задвижек на выходе насосных агрегатов. Регулирование скорости вращения насосных  агрегатов с обратной связью по  давлению  позволит   сэкономить электрическую энергию до 30-50% от установленной мощности приводных двигателей. 

Введение

Снабжения горячей водой и отоплением жилых и общественных зданий в городах осуществляются многочисленными тепло-функциональными насосными станциями, комплектуемые несколькими насосными агрегатами.

Насосные агрегаты для перекачки холодной и горячей воды имеет в своем составе центробежные насосы, электродвигатели, силовой преобразователь, задвижник [1]. Давление на выходе насосных агрегатов и режимы работ самих агрегатов регулируются изменение открытых состоянии, задвижек.

Исследования специалистов по регулированию режимов насосных агрегатов выявили, что современным энерго эффективным методом регулирования режимов насосных агрегатов это частотный способ.

Как известно из теории электропривода, скорость холостого хода асинхронных двигателей зависит от частоты питающей сети, согласно [2]:

   

Соответственно, изменение частоты вращения центробежных насосов влияет на изменение его Q-H характеристики, которые могут быть рассчитаны из следующих формул [3]:

 

При изменении скорости вращения приводных двигателей центробежных насосов напорные характеристики насоса остаются подобными друг другу и только изменяют свое положение по вертикали в координатах Q и H (рисунок 1).

На графике представлена характеристика водопровода, на который работает насос. Пересечение характеристик 1, 2, 3 насоса, последовательно изменяющего свою частоту вращения n1, n2, n3 с характеристикой водопроГрафик совместной работы насоса, работающего с переменной частотой вращения, и водопровода

Рисунок 1 - График совместной работы насоса, работающего с переменной частотой вращения, и водопровода 

Таким образом, рабочие точки характеристики насоса при изменении его скорости вращения располагаются на характеристике водопровода НКТ и имеют различные значения напора и подачи в зависимости от скорости вращения приводных двигателей либо в сторону уменьшения, либо в сторону увеличения [4].

Для сохранения перегрузочной способности асинхронного двигателя наиболее целесообразным способом изменения скорости вращения является изменение частоты питающего напряжения двигателя. При этом жесткость естественной механической характеристики электродвигателя насосного агрегата сохраняется во всем диапазоне регулирования скорости его вращения.

Современные преобразователи частоты (ПЧ) выполняются двухзвенным,  имеет в своем составе неуправляемый выпрямитель и управляемый инвертор напряжения, построенный на JGВТ транзисторах (рисунок 2). Насосные агрегаты имеющие высоковольтные двигатели могут быть комплектованы с многоуровневыми преобразователями частоты на напряжения 6-10 кВ [4].

ПЧ для электроприводов преобразуют входное переменное напряжение питающей сети U1 в выходное переменное напряжение U2с регулируемой частотой. В настоящее время ПЧ в большинстве случаев выполняются на базе полностью управляемых силовых полупроводниковых ключей (силовых транзисторов, запираемых тиристоров).

ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока, выполняются на основе автономных инверторов напряжения (АИН) и автономных инверторов тока (АИТ). Структура ПЧ включает выпрямитель В, силовой фильтр Ф в звене постоянного тока и инвертор И, преобразующий напряжение в звене постоянного тока в переменное напряжение (ток) заданной частотой. На рисунке 2 приведена электрическая схема силовой части преобразователя с автономным инвертором напряжения [5].

Рисунок 2 - Преобразователь частоты с АИН

 Преобразователь частоты с АИН

АИН в звене постоянного тока содержит LC-фильтр (либо емкость С) (рисунок 4). В АИН имеет место однозначная зависимость напряжения в звене постоянного тока от напряжения на нагрузке, и поэтому он является источником напряжения. Благодаря наличию емкости С при работе инвертора как источника напряжения на активно- индуктивную нагрузку (каковым является АД) обеспечивается обмен реактивной энергией между АД и звеном постоянного тока. Кроме конденсатора, для этой цели необходимы обратные диоды VD1-VD6, включенные параллельно основным ключам VT1-VT6. Через эти диоды протекает ток, который в моменты возврата реактивной энергии   от   двигателя   в   емкость   С     при   низких   cosj    нагрузки   может менять направление. Форма напряжения на выходе И определяется порядком переключения ключей VT1-VT6. Фильтр LC обеспечивает сглаживание пульсаций напряжения с выхода выпрямителя В. Напряжение U2 на выходе инвертора регулируется широтно- импульсным регулированием напряжения в инверторе, которое осуществляется модуляцией напряжения несущей частоты (частоты коммутации ключей) сигналом основной частоты. Такие ПЧ называются АИН с широтно-импульсной модуляцией [6].

Разработанные регулируемые электроприводы с повышенной энергоэффектив- ностью позволяет оптимизировать режимов работы насосных агрегатов, что способствует повышению надежности    работы приводного электродвигателя и увеличению срока межремонтного периода насосов. Кроме того, будут предусмотрены возможности автоматизации технологического процесса с учетом различных защит приводного электродвигателя, передачи параметров режима двигателя и насосного агрегата.

Выводы

  1. Изменения режимов работы насосных агрегатов регулированием скорости приводных двигателей является перспективным методом.
  2. Регулирование скорости вращения насосных агрегатов позволит сэкономить электрическую энергию в 30-50% от установленной мощности приводного двигателя.
  3. Регулирование скорости вращения насосных агрегатов можно произвести современным преобразователями частоты низкого и высокого напряжения (0,4; 6; 10 кВ).

 

Литература 

  1. Карелин В.Я., Минаев А.В. Насосы и насосные станции. Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1986. - 320 с: ил.
  2. Чиликин М.Г.,     Сандлер     А.С.     Общий     курс     электропривода.     -М.:«Энергоатомиздат», 1981, 468 с.
  3. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках. Производственно-практическое издание. -М.:«Энергоатомиздат», 2006. 360 с. ил.
  4. Иванов А.Г., Белов Г.А., Сергеев А.Г. Системы управления полупроводниковыми преобразователями. Чебоксары, изд-во ЧУ, 2010, 448 с.
  5. Тергемес К.Т., Баймуханова А.К.,Тергемесова Г.К., Тлеугали У.К. Положительное решение на заявку №2012/1267.1 от10.2013
  6. Соколов М.М. Автоматизированный электропривод производственных механизмов. – Ульяновск: УлГТУ, 2006. – 60 с
Фамилия автора: Тергемес К.Т., Бейсенбаева Д.Б.
Год: 2014
Город: Алматы
Яндекс.Метрика