Моделирование электропривода насосных станций

Аннотация

С.В. Белкова, И.В. Сидорова – Моделирование электропривода насосных станций. В статье рассматривается система управления двигателями насосной станции, состоящей из четырёх насосных агрегатов. Структурная схема для моделирования переходных режимов выполнена в программе Matlab. Разработанная модель позволяет проводить качественную оценку системы и вырабатывать оптимальный режим энергопотребления.

Автоматизированные системы управления современным производством определяют необходимость комплексного подхода к проектированию электроприводов. Всё чаще возникает задача расчёта и моделирования многодвигательного привода, когда несколько производственных механизмов находятся в одной технологической цепочке или работают на общую систему.

Насосные станции могут содержать от двух до нескольких десятков одновременно работающих насосов.

При параллельной работе центробежных механизмов возможны два случая: 1) одновременно и синхронно регулируется скорость всех механизмов; 2) регулируется скорость одного механизма либо части механизмов. Если параметры сети постоянны, то в первом случае все механизмы могут рассматриваться как один эквивалентный[3].

В качестве примера рассмотрим работу насосной станции, технологическая схема которой изображена на рисунке 1.

Насосы №1-4 насосной станции ливневых стоков предназначены для перекачки промливневых стоков из ёмкости Е-1 в Е-2. В ёмкость Е-1 поступают промышленные стоки с предприятия и ливневая канализация. Поступление стоков в ёмкость Е-1 крайне неравномерное от 500 м³ /ч до 2000 м³ /ч. В работе одновременно могут находиться четыре насоса. Каждый насосный агрегат состоит из насоса, электродвигателя, всасывающей и напорной задвижек и обратного клапана. Вал электродвигателя и вал насоса соединяются при помощи муфты. Насосы 1-4 имеют номинальную частоту вращения 1450 об/мин, напор 42 32 м, производительность 800 м³ /ч. Мощности приводных двигателей составляют 132 кВт.

Рисунок 1 – Технологическая схема.

Режим, при котором поддерживается постоянный уровень сточных вод в приемном резервуаре Е-1 насосной станцией, обеспечивается постоянно работающей системой автоматического регулирования, включающей управляющее звено – регулируемый электропривод на базе преобразователей частоты (UZ1 и UZ2) и датчик обратной связи – датчик уровня в приемном резервуаре насосной станции (DL).

Структурная схема для моделирования переходных режимов в программе Matlab показана на рисунке 2.

Рисунок 2 – Структурная схема для моделирования переходных режимов в программе MatLab.

Математическое описание асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором выполнено во вращающейся системе координат на основании системы уравнений (1) [2].

Для вычисления токов статора используется система уравнений (2).

При исследовании работы системы управления электроприводом от преобразователя частоты были рассмотрены следующие режимы: пуск одного насоса от преобразователя частоты на номинальную скорость; переключение первого насоса напрямую к сети; включение второго насоса от преобразователя частоты для получения максимальной производительности. Пуск осуществляется на минимальную скорость, соответствующую частоте 20 Гц; затем происходит увеличение скорости до частоты 40 Гц и выход на номинальную скорость при частоте 50 Гц.

Графики переходных режимов приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 – Каскадное включение электродвигателей насосов.

Разработанная модель многодвигательного электропривода позволяет оценить качество реакции системы на управляющие и возмущающие воздействия. Проводить исследования для различных режимов работы насосной станции. На основании полученных результатов можно уточнять параметры автоматической системы регулирования и получать оптимальные переходные процессы, с точки зрения экономии электроэнергии, за счёт регулирования производительности насосных агрегатов.

Список использованной литературы

1. Белов, М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов/М.П.Белов, В.А.Новиков, Л.Н. Рассудов.– М: Изд. цент Академия, 2004.–576 с.
2. Ключев, В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов.– М.: Энергоатомиздат, 1985.-560 с.
3. Энергосберегающая технология электроснабжения народного хозяйства: В 5 кн.: Практ. пособие/Под ред. В. А. Веникова. Кн. 2. Энергосбережение в электроприводе/Н. Ф. Ильинский, Ю. В. Рожанковскнй, А. О. Горнов.– М.: Высш. шк. 1989.– 127 с.