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Magistère d'UNTD Novitchenko Kristina

Novitchenko Kristina

Faculté électrotechnique

Chaire «Commande électrique et l'automatisation des installations industrielles»

Spécialité «Systèmes électromécaniques de l'automatisaton et la commande électrique»

«Élaboration d'algorithme de la conduite de systèmes électromécaniques de la station de pompage contenante les moteurs de commande asynchrones et synchrones»

Maître d'œvre: candidat des sciences techniques, professeur Borissenko Vladimir

Exposé du travail de fin d'études

Contenu

  1. Actualité du sujet
  2. But
  3. Tâches
  4. Importance scientifique
  5. Valeur pratique
  6. Partie principale
  7. Méthodes de la régulation de la pression et la productivité de la station de pompage
  8. Conclusion
  9. Littérature

Actualité du sujet


  Aujourd’hui les moteurs synchrones (MS) se répandent largement. Ils peuvent être utilisés dans la commande électrique de la station de pompage en qaulité des moteurs commandés des pompes et comme le dispositif de compensation. Dans ce travail les MS s’utilisent en qualité des compensateurs. Le problème de la compensation de puissance réactive est pertinente dans les problèmes actuels complexes d’amélioration de l’efficacité de la transmission, la distribution et la consommation d’énergie électrique. La solution juste de ce problème peut réduire les coûts matériels et d’améliorer l’efficacité économique. Il est donc logique utiliser les MS et les MA cependant роur garantir le coefficient de puissance élevé dans le système électromécanique de la station de pompage. Aujourd’hui les installations de condensateur automatiques se répandent largement parmi les dispositifs de compensation. Toutefois ces installations ont un certain nombre des inconvéniants essentiels en dépit de ses avantages. C’est pourquoi parfois il faut utiliser les moteurs synchrones en qualité des dispositifs de compensation. Ils peuvent éliminer, à leur tour, les defauts des installations de condensateur. En d’autres termes, les machine synchrones peuvent souple régler la puissance. C’est pourquoi il n’est pas nécessaire pour l’équipement de commutation supplémentaires. Non seulement ils génèrent, mais aussi de consommer de la puissance réactive. C’est la rationnalité technique d’utilisation des moteurs synchrones pour la compensation.


But


  Il faut montrer la rationnalité d’utilisation des moteurs synchrones dans le système électromécanique de la station de pompage pour l’assurance du facteur de puissance élevé et pour le maintien de la productivité constante.


Il est nécessaire de résoudre les tâches suivantes pour atteindre cet objectif :

L’importance scientifique du projet est l’élaboration d’algorithme de la conduite de systèmes électromécaniques de la station de pompage, avec lequel on peut assurer le maintien du facteur de puissance élevée et constante et d’une productivité constante. Ceci peut être accompli par l’utilisation simultanée des moteurs asynchrones et synchrones.


Valeur pratique


  La solution à ce problème permettra de résoudre le principal problème et économique d’accroître l’efficacité d’utilisation des stations de pompage.


Partie principale


  Stations de pompage sont un ensemble de mécanismes similaires qui fonctionnent sur une ligne commune. Nombre de mécanismes, tous deux inclus dans le travail commun, dépend en premier lieu sur les exigences de productivité de la station.

  Les paramètres principaux qui caractérisent le travail de l’installation de pompage sont la pression et l’amenée.

  La pression est la différence entre les énergies spécifiques du liquide dans l’ajutage en charge et dans l’ajutage aspirant de la pompe qui est nécessaire pour l’élévation du liquide à une hauteur donnée et pour l’élimination d’effort de frottement dans la tuyauterie.

  Le régime du travail de l’installation de pompage est un certain ordre du travail son équipement en conformité avec les conditions changeantes du travail du système dans l’ensemble [1].

  La productivité de la pompe est déterminée par le volume du liquide, quel l’installation de pompage pompe par unité de temps.

  Il est souvent nécessaire de régler les paramètres de l’installation de pompage lors de la mise en état et l’exploitation de ces installations. L’amenée est le paramètre primaire. La pression est réglée par au moins. La régulation est le changement libre des paramètres grace à quel on peut obtenir leurs valeurs exigeantes.

  Les situations diverses défavorables peuvent surgir lors de travail des installations de pompage sans régulation de leurs paramètres. Par exemple, la pression excédentaire surgit dans l’ajutage en charge, quand le débit est très petit, lors de l’absence de régulation de la productivité. Dans ce cas, les problèmes suivants se surgissent:

  La pompe et un réseau extérieur réalise un système unique, la balance matérielle et énergétique de qui détermine son état d'équilibre. La balance matérielle réalise l'égalité de l’amenée de la pompe et du débit dans le réseau extérieur, et la balance énergétique réalise l'égalité de la pression de pompe et de la pression, qui est consommée par le réseau. L'égalité de la balance matérielle et énergétique peut être représentée graphiquement comme l'intersection des caractéristiques de la pompe et le réseau. Lors de l'intersection de ces caractéristiques, il n'y a qu'un seul point décrivant un équilibre stable. Notamment les caractéristiques du système et le mode de régulation de ses paramètres déterminent l'efficacité de l'installation de pompage dans la bande d'action. Pour assurer le fonctionnement efficace du système il faut que le rendement au point de fonctionnement sera maximal. Par exemple, lors de la changement de la pression ou du débit il est nécessaire régler la caractéristique mécanique de la pompe ou du système dans l’ensemble.

  Ainsi, il y a le problème de la considération des méthodes existantes de la régulation de la pression et la productivité de la station de pompage.


Les méthodes de la régulation de la pression et la productivité de la station de pompage


  Il existe de nombreuses façons de régler les paramètres principaux de stations de pompage, qui peut être divisé en deux groupes: les méthodes quantitatives et qualitatives. Cependant, nous ne considérons que le plus commun d’entre eux. Par exemple, considérons le schéma simplifié hydraulique de la station de pompage contenant trois pompes (fig. 1).

Schéma simplifié hydraulique de la station de pompage

Figure 1 – Schéma simplifié hydraulique de la station de pompage


  La méthode la plus simple de la régulation est l’étranglement du côté de pression ou aspiration de la pompe. L'étranglement est une diminution de la section du tuyau, à travers qui le liquide passe. Pour cette diminution on utilise les rondelles spéciales ou des verrous (robinets, soupape). On utilise le plus souvent la soupape en qualité du verrou, qui est nécessaire pour détacher la pompe du réseau électrique pour une période de travaux de réparation. Par conséquent, cette méthode est la plus simple grâce à l'absence d'autres éléments constructifs. Toutefois, par ailleurs l'étouffement est la méthode de la régulation improductive. Lors de la régulation à l’aide de la soupape de pression ce défaut se manifeste dans le fait que la pression créée par la pompe est en grande partie se dépense à la résistance du verrou, ce qui entraîne la dissipation de l'énergie sur le verrou. En d'autres termes, ce influe sur le rendement du système, qui devient moins que le rendement de la pompe. Caractéristiques du réseau et de la pompe lors de l’étranglement du côté de pression sont présentées à la figure 2 [3, 9].

Caractéristiques du réseau et de la pompe lors de l’étranglement du côté de pression

Figure 2 – Caractéristiques du réseau et de la pompe lors de l’étranglement du côté de pression


  On utilise aussi la régulation lors du montage d'un verrou d'étranglement de commande à côté d’aspiration de la pompe. Dans ce cas, la restriction de l'écoulement du liquide a lieu. Cela fait que la pompe ne peut pas assurer le débit nécessaire, parce que la partie de l'énergie se dépense à la résistance du verrou. Cette méthode est plus avantageuse d'un point de vue économique. Mais ici, il est nécessaire tenir compte de la restriction au maintien de l’hauteur d’aspiration au niveau requis qui assurent le fonctionnement normal de la pompe. Le phénomène de cavitation peut se manifester lors du dépassement considérable et durable de niveau requis. Ce aboutit à un fonctionnement instable du système et peut mener à une interruption du fonctionnement de la pompe. Bien que le règlage sur le côté d’aspiration est un peu meilleure d'un point de vue énergétique que du côté de pression, il influe aussi négativement sur le rendement du système. Caractéristiques du réseau et de la pompe lors de l’étranglement du côté d’aspiration sont présentées à la figure 3 [4].

Caractéristiques du réseau et de la pompe lors de l’étranglement du côté d’aspiration

Figure 3 – Caractéristiques du réseau et de la pompe lors de l’étranglement du côté d’aspiration


  La méthode quantitatives plus répandu est un règlage du travail de la station de pompage par le changement du nombre de pompes fonctionnant en parallèle (méthode en cascade). Cette méthode est utilisée lorsque vous souhaitez augmenter considérablement le débit. Le fonctionnement en parallèle de plusieurs pompes est appelé une alimentation simultanée de liquide dans la conduite forcée général.

  Parmi les méthode qualitatives de la régulation on peut souligner le changement de la vitesse de la pompe à turbine (réglage de fréquence). Cette méthode de contrôle est considéré comme le plus rentable. Il ne nécessite pas de changement dans les caractéristiques du système, mais en même temps, il y a nécessité d'une commande à vitesse variable, ou l'utilisation de dispositifs supplémentaires, telles que le couplage, embrayage électromagnétique, etc. La commande devrait inclure des moteurs électriques, la vitesse de qui peut être ajustée.

  L'application pratique la plus courante des moteurs à induction à vitesse rotor en cage qui ne peuvent être ajustés. Par conséquent, pour modifier la vitesse de la pompe à turbine est utilisé soit pour passer le nombre de paires de pôles du moteur, ou un changement de fréquence. Actuellement les plus couramment utilisés sont les moteurs asynchrones à cage avec convertisseurs de fréquence (figure 4). Cette méthode est la plus efficace.

Modèle de MA dans un système de coordonnées orthogonales, orientée vers le lien du flux du rotor

Figure 4 – Modèle de MA dans un système de coordonnées orthogonales, orientée vers le lien du flux du rotor


  L’influence du changement de la vitesse d'une pompe centrifuge de ses paramètres peut être attribuée à des équations suivantes:


  Les équations qui sont valables à condition que la caractéristique du système et pour nH1, et pour se nH2 reste inchangée, et le rendement se reste constant, peuvent être décrite comme suit: l'amenée dépend linéairement de la vitesse de rotation de la roue de pompe, la pression dépend du carré de la vitesse de rotation et la puissance directement proportionnelle au cube de la vitesse de rotation. Par conséquent, la consommation d'énergie est proportionnelle au cube de la productivité de la pompe [10].

  En outre on peut utiliser des convertisseurs de fréquence électronique pour régler la vitesse de rotation de la roue motrice de pompe. Ils assurent la commande qualitative des moteurs asynchrones à large diapason de fréquences.

  Application des convertisseurs de fréquence assure la souplesse de changement de la productivité, ainsi que exclut la possibilité de coups d’eau qui permet augmenter non seulement la fiabilité de la station de pompage et des canalisations et des vannes.

  Les caractéristiques typiques pour le cas de la régulation de fréquence par les moteurs commandés des pompes sont présentées dans la figure 5.

Caractéristiques Q-H des pompes lors de la régulation de fréquence par le moteur commandé (f=var) et les caractéristiques Q-H sommaires des pompes (Н1+Н2) lors de f=f<sub>н</sub>=50Hz et f<sub>1</sub>, f<sub>2</sub><50Hz

Figure 5 – Caractéristiques Q-H des pompes lors de la régulation de fréquence par le moteur commandé (f=var) et les caractéristiques Q-H sommaires des pompes (Н1+Н2) lors de f=fн=50Hz et f1, f2<50Hz


  La combinaison de ces deux derniers types de régulation est le réglage en cascade et de la fréquence, qui est également largement utilisé. Son avantage par rapport aux méthodes traditionnelles de régulation comprennent la possibilité de réduire la consommation d'énergie par la station de pompage à 50%. À l'heure actuelle la méthode simplifiée de la régulation en cascade et de fréquence répandue largement. Son essence est la suivante. Le convertisseur de fréquence fonctionne avec une seule pompe, tandis que les autres pompes recevoir de lui la commande pour démarrer et arrêter au besoin. L'attrait de cette méthode réside dans sa simplicité et sa fiabilité, ainsi que de petites quantités d’équipement nécessaire pour créer une station de pompage automatisé.


Conclusion


  À ce point considéré les méthodes existantes de régulation de la pression et la productivité des stations de pompage et analysés au point de vue des indices techniques et économiques. Une analyse comparative des différentes méthodes de compensation a conduit. Les avantages et les inconvénients de l'utilisation des machines synchrones pour la compensation ont montré. Les modèles de la commande électrique contrôlée, selon le schéma convertisseur de fréquence – moteur asynchrone et convertisseur de fréquence – moteur synchrone ont élaboré, et la dynamique de ces systèmes a étudié. Également en cours d'élaboration le modèle de la station de pompage.

Note Importante

  Dans l'écriture de cet expos&eacute; le travail de maître n'est pas encore terminée. L'achèvement définitif: Décembre 2011. Le texte intégral  de travaux et des matériaux sur le sujet peuvent être obtenus auprès de l'auteur ou son ma&icirc;tre d'&oelig;vre après cette date.


Littérature

  1. Лезнов Б. С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках. – М.: Энергоатомиздат, 2006. – 360с.: ил.
  2. Регулируемый электропривод [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.privod.ru/products/pumps/pump_polezn4.htm
  3. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.–Л.: Машиностроение, 1966. – 364с.
  4. Регулирование подачи насосов. Дросселирование [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.cawater-info.net/bk/pumps/qual/01.htm
  5. Турк В.И., Минаев А.В., Карелин В.Я. Насосы и насосные станции: Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1976. – 304 с.
  6. GRUNDFOS Промышленное насосное оборудование, 2006. – 176 с. [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.grossen.ru/files/ae40b1b336bb8eb17d0e.pdf
  7. 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.
  8. Константинов Б. А., Зайцев Г. 3. Компенсация реактивной мощности. – Л., Энергия, 1976. – 104с.
  9. Лобачев П. В. Насосы и насосные станции: Учебник для техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1983. – 191 с.: ил.
  10. GRUNDFOS Теоретические основы гидравлики – 60 с. [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ggd.snu.edu.ua/files/books/teor_osn_hidr.pdf
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