Вступ. Для багатьох технологічних процесів неможливим є проведення експериментальних досліджень на реально діючих об’єктах. До таких процесів відносяться системи подачі та розподілу води, втручання в роботу яких може призвести до таких негативних наслідків як порушення встановленого режиму водопостачання та вихід з ладу технологічного устаткування. З метою відпрацювання новітніх алгоритмів керування створюються спрощені експериментальні установки технологічних процесів та їх комп’ютерні моделі.
Аналіз стану проблеми. На сьогоднішній час при моделюванні електроприводів насосних станцій, таким елементам як водоводи приділяють недостатньо уваги. В роботах [1,2] автори не розглядають водопостачальної мережі і працюють з дуже спрощеними її моделями. В той же час процеси що відбуваються в ній вносять суттєвий вплив на режим роботи насосної станції.
Постановка задачі дослідження. Метою даної роботи є моделювання електроприводу насосної станції системи міського водопостачання та перевірка її адекватності на спрощеній експериментальній установці.
Виклад основного матеріалу та результати досліджень. Системи водопостачання – це досить складний комплекс взаємозалежних по параметрах і режимам роботи спеціальних споруд, що забезпечує з необхідною надійністю забір води з джерел водопостачання, її обробку, акумулювання і збереження, подачу до місця споживання, а також розподіл доставленої до об'єкта води між її споживачами. У кожній точці мережі напір води повинен підтримуватися на заданому рівні. Це забезпечує якісне обслуговування споживачів води. Напір у мережі залежить від роботи водоживильників, а також від споживання води, що носить випадковий характер.
        Основними активними регулюючими пристроями системи водопостачання є насосні агрегати з асинхронними двигунами, керування якими здійснюється за допомогою перетворювачів частоти, що дозволяє створити надійну й ефективну систему регулювання [3]. Моделювання системи було реалізовано в програмі Matlab Simulink. Створена модель містить у своєму складі готовий блок електроприводу з джерелом живлення, частотним перетворювачем і асинхронним двигуном, та технологічну частину - модель насосного агрегату та модель водоводів (рис. 1).

        До особливостей моделі віднесемо врахування нелінійної залежності статичного моменту від частоти обертання насоса. Характеристикою насоса є залежність напору Н від витрати Q, що з достатнім ступенем точності можна представити у вигляді [4]:

де Н_0H — напір насоса при Q=0 і ω=ω_ном;
     ω_ном — номінальна швидкість електродвигуна;
     C — конструктивний коефіцієнт насоса, C=(H_0H – H_ном)/Q_ном²;
     Q_ном і H_ном — номінальні витрата і напір.
        Характеристика магістралі визначається наступним виразом:

де H_C — статичний напір (протитиск), що відповідає Q=0 (закритій засувці);
     R — коефіцієнт опору магістралі, R=(H_ном - H_C)/Q_ном.
        Потужність, споживана насосною установкою з мережі:

де Р_мех — потужність на валу двигуна насоса, Р_мех=М_Cω;
     М_C — статичний момент навантаження на валу двигуна;
     η1 — ККД двигуна.
        Зворотній зв’язок на АД по тиску та подачі зумовлений навантаженням, в якості якого виступає ВН. Момент опору на валу двигуна [4]:

де ρ – густина рідини, кг/м³ (для води ρ=1000 кг/м3);
     g – прискорення вільного падіння, g=9,81 м/с²;
     Q – продуктивність турбомеханізму, м³/с;
     Н – тиск, м;
     η_M– коефіцієнт корисної дії турбомеханізму при даному режимі його роботи;
     ω– кутова швидкість робочого органу насоса, рад/с.
        На даній моделі були досліджені режими роботи електроприводу насосної станції при різних значеннях водоспоживання. Отримані динамічні характеристики наведено на рис. 2.

        Адекватність роботи створеної моделі було перевірено на спрощеній моделі насосної станції, до складу якої входять: відцентровий насос з асинхронним двигуном потужністю 750 Вт, частотний перетворювач Altivar 58, трубопровід із поворотною заслінкою та датчиком тиску Kobold SEN-86. Отримані часові характеристики даної установки наведено на рис. 3.

Висновок. Створена комп’ютерна модель дозволяє моделювати роботу систем керування електроприводу насосної станції системи водопостачання.

Литература

1. Попович М.Г., Печеник М.В., Кіселичник О.І., Бур'ян С.О. «Динаміка електромеханічних систем автоматичного керування турбомеханізмами з екстремальними напірними характеристиками»// Збірник наукових праць Дніпродзержинського державного технічного університету. Тематичний випуск. Проблеми автоматизованого електропривода,2007. С.407-411.
   
2. Попович М.Г., Печеник М.В., Кіселичник О.І., Соколовський О.Ф. Енергозберігаючі інтерактивні електромеханічні системи автоматичного керування насосними установками/ Електромашинобудування та електрообладнання. Тематичний випуск: проблеми автоматизованого електропривода. Випуск 66. Київ, «Техніка», 2006. с.311-314.
   
3. Егільський І. С. Автоматизовані системи керування технологічними процесами подачі і розподілу води. Ленінград –Стройиздат, 1988, 211с.
   
4. Лезнов Б. С. Енергозбереження і регульований привод у насосних установках / ИК «Ягорба» -«Биоинформсервис». -
   М.: 1998.