Стабилизация уровня жидкости в проточном резервуаре

Аннотация

В статье рассмотрена проблема работы насосной установки с проточным резервуаром, в котором поддерживается постоянный уровень жидкости изменением частоты вращения электродвигателя насоса с помощью преобразователя частоты. Управление частотой вращения электродвигателя насоса выполнено от измерительного преобразователя уровня жидкости в резервуаре, таким образом, образуется обратная связь. Как известно, при использовании частотного регулятора в замкнутой следящей системе с обратной связью существует проблема устойчивости системы, вызванная задержками сигнала в интегрирующих цепях, и система может входить в режим автогенерации. Поэтому в статье исследована проблема устойчивости системы против возникновения автогенерации. Для этого составлена структурная схема насосной установки, где учтены все цепи задержки. По структурной схеме составлена математическая модель установки в программе MATLAB Simulink и проведена симуляция переходного процесса на воздействие внешнего возмущения. Для устойчивости работы насосной установки предложена фазовая коррекция системы введением фазового фильтра. Приведена принципиальная схема фазового фильтра.

Введение

Системы частотного регулирования насосов и насосных станций широко применяются в ЖКХ, в инженерных системах промышленных предприятий, в энергетике. Применение технологий частотного регулирования для управления гидравлическими параметрами позволяет снизить удельные потребление энергии на перекачку, уменьшить затраты на эксплуатацию насосного оборудования и обеспечить более надежное его функционирование.

Но при использовании частотного регулятора в замкнутой следящей системе с обратной связью существует проблема устойчивости вызванная задержками сигнала в интегрирующих цепях.

Методы исследования

На 1 изображена схема установки подачи воды потребителю через накопительный резервуар воды.

Рисунок 1 Схема установки подачи воды потребителю через накопительный резервуар воды

Вода вытекает из резервуара воды к потребителю по трубе с расходом Qr, и одновременно вода втекает в резервуар по трубе с расходом Qp. При этом уровень воды H в резервуаре поддерживается постоянным частотой вращения ротора насоса HM от сигнала преобразователя уровня воды BL [1].

На Рисунке 2 изображена структурная схема установки подачи воды потребителю.

На схеме изображены сумматор SI, усилитель ошибки Kp , интегратор скорости разгона (торможения) Те, преобразователь ошибки в частоту U Eh/f. Эти функциональные узлы входят в состав типового преобразователя частоты ПЧ для асинхронного электродвигателя [2].

На схеме изображены преобразователь Y частоты вращения ротора насоса HM в расход воды Qp, сумматор S2, интегратор Th, являющийся функцией накопления уровня H в резервуаре, преобразователь уровня BL, который преобразует уровень воды H в резервуаре в электрический сигнал высоты hr [3] и фазовый фильтр ср, который уменьшает фазовый сдвиг для устойчивости замкнутой следящей системы.

Входные и выходные сигналы на схеме - сигнал задания уровня воды в резервуаре hs, сигнал уровня воды в резервуаре hr, сигнал ошибки уровня воды в резервуаре Eh, сигнал расхода Qp воды, которая втекает в резервуар, сигнал расхода Qr воды, которая вытекает из резервуара. Также показан уровень воды H в резервуаре, который является выходным параметром замкнутой следящей системы.

На схеме не изображены интеграторы (или задержки) реакции электродвигателя и преобразователя BL ввиду их малости в сравнении Те и Th.

Постоянная времени интегрирования Те и Th интегратора - это время, которое требуется интегрирующему звену, чтобы значение выходного сигнала достигло такой же величины, как значение входного сигнала.

Постоянная времени интегрирования Те интегратора устанавливается в преобразователе частоты ПЧ.

Постоянная времени интегрирования Th интегратора измеряется в установке или вычисляется по формуле:

J

Lfn

, а фазовая характеристика

Те ■ Th

прямого канала близкая к -180°. Поэтому замкнутая система неустойчивая без фазовой коррекции.

Результаты исследования

Для обеспечения устойчивости замкнутой системы введена фазовая коррекция фазовым фильтром (p. На Рисунке 36 изображена амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики разомкнутого канала установки. На Рисунке видно, что фазовая характеристика разомкнутого канала имеет сдвиг фазы около -135°, достаточный для устойчивости системы.

На схеме резисторы R1-R3 с конденсатором Cl образуют фазосдвпгающий фильтр с фазовым сдвигом (р=45° (соД. Операционный усилитель DAl с резисторами R4-R6 масштабируют небольшое напряжение фазосдвигающего фильтра в стандартный уровень сигнала ГСП 4-20 мА.

На Рисунке 5 изображена переходная характеристика установки подачи воды потребителю, полученная симулированием в программе MATLAB Simulink.

Рисунок 5 Переходная характеристика установки подачи воды

Заключение

Введение фазовой коррекции фазовым фильтром в обратную связь позволяет получить устойчивую систему.

 

Литература:

  1. Фащиленко В.Н.. Регулируемый электропривод насосных и вентиляторных установок горных предприятий:учебное пособие. - M.: Горная Книга. 2011. - 260 с.
  2. Преобразователь частоты векторный OBEH ПЧВХХ: руководство по эксплуатации [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL. - https://owen.ni/uploads/25/re_pchv 2244.pdf.
  3. Датчик уровня поплавковый ПДУ-И: Руководство по эксплуатации [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL. - https://owen.ru/uploads/198/re_pdu-i_l-ru-58002-l.5_a4.pdf.
Теги: Вода
Год: 2020