Насосная станция с частотным управлением - Производство и технологии дипломная работа

Главная

Производство и технологии
Насосная станция с частотным управлением

Разработка системы управления насосной станцией, построенной на базе частотного преобразователя. Расчет электродвигателя и его механических характеристик. Выбор преобразователя частоты. Экономический эффект и срок окупаемости предлагаемого решения.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Дипломный проект представлен пояснительной запиской объемом 88 страниц, чертежами и плакатами на 6 листах формата А1 и приложением.
В дипломном проекте разработана система управления насосной станцией, построенная на базе частотного преобразователя.
В соответствии с заданием проведен обзор существующих систем управления электроприводов насосов. Выбран насосный агрегат, произведен расчет и выбор электродвигателя, и построены его механические характеристики. Сделан выбор преобразователя частоты, описана его настройка. Описана работа системы управления по схеме электрической принципиальной. В соответствии с заданием реализованы устройства индикации и аварийной сигнализации. Рассчитан экономический эффект и срок окупаемости предлагаемого решения. Освещен вопрос охраны труда и техники безопасности.
Необходимо спроектировать станцию автоматического управления электроприводом питательных насосов.
Станция автоматического управления электроприводом (далее СУ) предназначена для управления преобразователем частоты и питательными насосами котлов с целью поддержания заданного давления в магистрали по сигналу от датчика давления.
Станция автоматического управления должна обеспечивать следующие функции:
Насосные установки широко применяются на электромашиностроительных предприятиях для перекачивания жидких сред, а также технологической и охлаждающей воды. Сюда относятся насосы для перекачки охлаждающей эмульсии в металлообработке, насосы в системе водоснабжения и канализации, специальные насосы для химических сред в гальванических цехах, насосы для пропиточных составов, лакокрасочных материалов и т.п.
Существуют различные виды обратных связей как по выполняемым функциям, так и по исполнению. Например, в зависимости от физической величины, передаваемой на вход, существуют обратные связи по скорости, положению, току, напряжению, вращающему моменту. По относительному знаку передаваемой величины - положительные и отрицательные.
В настоящее время в автоматизированных электроприводах все шире применяется программное регулирование, осуществляемое на основе определенной информации или программы. В специальных приводах развиваются также самонастраивающиеся системы управления, действующие в зависимости от отклонения регулируемых величин от их экстремальных значений.
В насосах объемного типа пользуются понятием "давление", выраженным в атмосферах (кГс/см2).
Напорная характеристика отражает основные потребительские свойства насоса. Выбор насоса начинается с подбора напора (давления) и подачи.
Важным гидравлическим параметром насоса является допустимая вакуумметрическая высота всасывания, характеризующая нормальные условия подхода жидкости к рабочему колесу. Эта величина выражается в метрах водяного столба при температуре 20°С и при нормальном атмосферном давлении.
Кавитация ведет к быстрому износу насоса или к его разрушению из-за вибрации (чаще всего подшипниковых узлов).
Разброс КПД насосных агрегатов велик (от 20 до 98%). Столь существенный разброс определяется разным характером взаимодействия рабочего органа с жидкостью. Общая закономерность: динамические насосы значительно уступают по этому параметру насосам объемного типа. Значимость этого параметра для больших насосов велика.
На выбор комплектующего электродвигателя в значительной мере может влиять удельный вес перекачиваемой жидкости и вязкость (с повышением удельного веса и увеличением вязкости возрастает потребляемая мощность).
Q - подача (м3/час - кубометры в час или л/сек. - литры в секунду);
Н - напор ( м.в.ст. - метры водяного столба);
Р - давление (кГс/см - атмосферы или МПА - мегапаскали);
n - число оборотов в минуту или допускаемый кавитационный запас;
Т - температура в градусах С(по Цельсию) и К (по Кельвину);
Dhд- допустимая вакуумметрическая высота всасывания (метры водяного столба);
h- коэффициент полезного действия насосов (к.п.д.) в %.
Номинальная паропроизводительность, куб.м./ч
Абсолютное давление в барабане, МПа (кгс/см2)
Рабочее давление на выходе из котла МПа (кгс/см2)
Древесные отходы (влажность 45-60 %, не более 100х100 мм)
Низшая теплота сгорания расчетного топлива, ккал/кг
Температура уходящих газов за воздухоподогревателем, не более, ° С
Температура уходящих газов за котлом, не более, ° С
Из серии ПЭ можно выбрать насос, который обеспечит подачу не ниже 39м3/ч., и напор (давление) не ниже 43кг/см2. Наиболее подходит по параметрам насос ПЭ 65-53 [19]. В таблице 5.2 представлены технические параметры насоса ПЭ 65-53.
Таблица 5.2 - Технические данные питательного насоса
Эл. двигатель, мощность(кВт)/об/мин
При разных частотах вращения рабочего колеса центробежного насоса получаются различные значения подачи и напора. Зависимость напора от подачи называется Q-H характеристиками, которые не имеют точного математического описания. Характеристики насоса поставляются совместно с паспортной документаций. Чтобы построить Q-H характеристику для насоса ПЭ-65-53, необходимо взять Q-H характеристику в относительных единицах для всей серии насосов ПЭ, и из нее получить необходимые данные. Построенные для насоса ПЭ 65-53 Q-H характеристики представлены на рисунке 5.1 и чертеже 6.
Рисунок 5.1 - Q-H характеристики питательного насоса ПЭ 65-53 при различных частотах вращения рабочего колеса.
Насосные станции снабжаются электроэнергией, как правило, от централизованных источников электроэнергии -- энергосистем через систему линий электропередач.
Степень надежности электропитания зависит от категории насосной станции. Насосные станции первого класса надежности должны снабжаться электроэнергией от двух независимых источников, каждый из которых может обеспечить 100%-ную потребность станции в электроэнергии. Для электропитания насосных станций первой и второй категорий надежности, как правило, используются две высоковольтные линии напряжением 3--10 кВ (для насосных станций с высоковольтными двигателями 3--6 кВ). Насосные станции, потребляющие сравнительно небольшую мощность, можно снабжать электроэнергией по фидерам низкого напряжения от ближайшей трансформаторной подстанции. В насосных станциях, получающих электропитание от линий высокого напряжения, устраивают помещения для понизительных трансформаторов соответствующей мощности.
Категорию электроприемников насосных станций (для обеспечения надежности электроснабжения) определяют в соответствии с правилами устройства электроустановок [15].
На насосных станциях применяют, как правило, асинхронные и синхронные электродвигатели переменного трехфазного тока. Электродвигатели трехфазного тока выпускают на стандартные напряжения 220; 380; 500; 6000 и 10000 В. Для насосных агрегатов мощностью до 200 кВт применяют так называемые низковольтные электродвигатели на напряжение 220/380 и 500 В, а для более мощных агрегатов -- высоковольтные электродвигатели на напряжение 6 и 10 кВ.
Наиболее простыми и распространенными являются асинхронные двигатели. В зависимости от типов обмоток роторов различают асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором (так называемые короткозамкнутые) и с фазным ротором. Для насосов и другого оборудования станции более других подходят короткозамкнутые асинхронные двигатели, так как их можно включать без дополнительных пусковых устройств, а пусковой момент таких двигателей позволяет вводить их в работу под нагрузкой. Пусковой ток в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором может быть в 3--7 раз выше номинального тока. Согласно правилам устройства электроустановок [15], падение напряжения при запуске короткозамкнутых электродвигателей не должно превышать 10--15% значения номинального напряжения, поэтому очевидно, что можно применять короткозамкнутые двигатели с непосредственным включением лишь сравнительно небольшой мощности (до 100--200 кВт в зависимости от мощности подстанции).
Синхронные электродвигатели требуют предварительного разгона ротора, для чего в их роторе имеется дополнительная короткозамкнутая обмотка. Эта же обмотка служит для сглаживания колебаний скорости ротора и тока статора при изменении напряжения или частоты тока в сети. Синхронные электродвигатели имеют высокий коэффициент мощности и устойчиво работают при колебаниях напряжения в сети. Поэтому, когда требуются двигатели мощностью более 250 -- 300 кВт, рекомендуется устанавливать синхронные электродвигатели.
Номинальная частота вращения электродвигателей зависит от числа пар полюсов обмотки статора.
Электродвигатели по степени их защиты от воздействия внешней среды выпускают в различных исполнениях (незащищенное, защищенное, закрытое, брызгозащищенное и т. д.). Электродвигатели, устанавливаемые в помещениях, должны иметь защищенное исполнение.
В сырых помещениях следует устанавливать электродвигатели в брызгозащищенном исполнении с влагостойкой изоляцией. В заглубленных или шахтных насосных станциях в зависимости от их назначения, глубины и совершенства устройств для вентиляции помещения машинного зала применяют электродвигатели защищенного или закрытого исполнения с принудительной вентиляцией.
Так как регулирование в нашем случае будет осуществляться путем изменения частоты напряжения на статоре, то нам потребуется двигатель с короткозамкнутым ротором. Чтобы выбрать двигатель для насосного агрегата центробежного типа, необходимо выполнить несколько требований. Во-первых, двигатель должен соответствовать месту эксплуатации, то есть должен быть предназначен для работы в умеренном климате и в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий. Во-вторых, он должен иметь частоту вращения 3000 об/мин, т.е. иметь число полюсов, равное двум. И, в-третьих, он должен иметь требуемую мощность.
Расчет мощности электродвигателя для насосов центробежного типа выполняется по следующей формуле [8]:
где - коэффициент запаса, для центробежных насосов принимается равным 1,1-1,4;
- плотность перекачиваемой жидкости. В нашем случае это перегретая вода (t=104?С), при такой температуре плотность воды ? 9548 ;
- производительность насоса. Для насоса ПЭ 65-53 производительность =0.018 ;
Н - высота столба, выдаваемого насосом. Для насоса ПЭ 65-53 высота столба Н=580м;
- коэффициент полезного действия насоса. Для насоса ПЭ 65-53 =66%;
- коэффициент полезного действия передаточного механизма. Так как в нашем случае редуктор отсутствует, коэффициент полезного действия передаточного механизма =1.
По величине Р подбирают ближайший больший по мощности комплектующий двигатель, при этом может быть использован любой тип двигателя с соответствующей мощностью и частотой вращения, и соответствующий вышеперечисленным требованиям. Частота вращения, требуемая для насоса - 2960 об/мин. Выбран двигатель 5AH 280 B2, удовлетворяющий всем вышеперечисленным требованиям.
Рассчитаем и построим механическую характеристику выбранного асинхронного двигателя. Под механической характеристикой принято понимать зависимость частоты вращения ротора в функции от электромагнитного момента n = f(M). Эту характеристику можно получить, используя зависимость M = f(S) и пересчитав частоту вращения ротора при разных значениях скольжения [9, 10].
Т.к. , то , где - частота вращения магнитного поля.
Точка идеального холостого хода с координатами 0 и:
Точка номинальной скорости и момента с координатами и :
где - скорость вращения магнитного поля (скорость идеального холостого хода);
- номинальное скольжения, для двигателя 5AH 280 B2;
- номинальная мощность двигателя, для двигателя 5AH 280 B2 .
Точка критического момента и скольжения с координатами и :
где - номинальный момент на валу двигателя;
- перегрузочная способность двигателя в относительных единицах;
- скорость вращения магнитного поля (скорость идеального холостого хода);
- критическое скольжения, для двигателя 5AH 280 B2.
Точка пускового момента и нулевой скорости с координатами 0, :
где - кратность пускового момента в относительных единицах;
- номинальный момент на валу двигателя.
Для построения естественной механической характеристики воспользуемся программой Mathcad. Для построения характеристики необходимо ввести функцию, шаг функции. Шаг примем равным 0,0001 для получения более точной характеристики. Характеристику будем строить по функции:
- номинальное фазное напряжение обмотки статора;
- скольжение, в программе МАТКАД задается шагом в пределах от 0 до 1;
- частота вращения ротора на холостом ходу;
- коэффициент, связывающий параметры двигателя в Т и Г-образной схемах замещения;
- активное сопротивление фазы статора;
- активное сопротивление фазы ротора;
- реактивное сопротивление фазы статора;
- реактивное сопротивление фазы статора.
Для построения естественной механической характеристики также необходимо знать активные и реактивные сопротивления фаз статора и ротора. Рассчитаем их по следующей методике [9]:
Паспортные данные двигателя, необходимые для расчета сопротивлений:
- номинальная выходная мощность Р 2н =200 кВт,
- номинальное фазное напряжение обмотки статора U 1н =380 В,
- номинальная частота тока f 1 =50 Гц,
- номинальный коэффициент полезного действия з н = 94.3 %,
- номинальный коэффициент мощности статорной обмотки сosц=0.89,
- номинальное скольжение ротора S н = 1.4 %,
- критическое скольжение ротора S k = 6.3 %,
- скорость холостого хода: n 1 =3000 об/мин,
- параметры Г-образной схемы замещения, которая представлена на рисунке 7.1, в режиме короткого замыкания в относительных единицах:
R` 1* =0.021, X` 1* =0.092, R`` 2* =0.014, X`` 2* =0.12, X m * =4.4.
Рисунок 7.1 - Г-образная схема замещения
По известным паспортным данным асинхронного двигателя и параметрам Г-образной схемы замещения рассчитываются параметры Т-образной схемы замещения, которая представлена на рисунке 7.2.
Рисунок 7.2 - Т-образная схема замещения
Реактивное сопротивление рассеяния статора в относительных единицах
Коэффициент, связывающий параметры машины в Т и Г-образной схемах замещения
Реактивное сопротивление рассеяния фазы статора
Активное сопротивление фазы статора
Реактивное сопротивление рассеяния фазы ротора
После получения всех необходимых величин, вводим в программе Mathcad эти данные и строим по ним естественную механическую характеристику, которая представлена на рисунке 7.3.
Рисунок 7.3 - Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя
После получения естественной механической построим искусственные механические характеристики асинхронного двигателя 5А280В2 для разных частот вращения. Как уже было сказано выше, двигатель будет управляться преобразователем частоты по закону U/f=const. При таком законе управления искусственные характеристики асинхронного двигателя проходят параллельно и ниже естественной при более низких частотах. Но критический момент при уменьшении частоты незначительно уменьшается. Это связано с тем, что при малых частотах, когда относительное падение напряжения на активном сопротивлении статора становится значимым, и поток двигателя уменьшается [12]. Чтобы этого избежать, необходимо уменьшать напряжение в меньшей степени, чем частоту. Такой способ регулирования напряжения называют IR-компенсацией. Величина IR зависит от активного сопротивления фазы статора, а так как для двигателей большой мощности (свыше 1000 кВт) эта величина очень малая, то изменением критического момента можно пренебрегать. Строить характеристики будем в программе AutoCad. Так как мы имеем естественную характеристику, то нам достаточно построить параллельные ей искусственные для скоростей ниже номинальной.
Характеристики асинхронного двигателя 5АН280В2 для разных частот приведены на рисунке 7.4 и чертеже 6.
Рисунок 7.4 - Семейство механических характеристик асинхронного двигателя 5АН280В2 при законе управления U/f=const
Для двигателя 5АН280В2 необходимо подобрать преобразователь, который удовлетворяет следующим требованиям:
управление двумя асинхронными трехфазными двигателями. (постоянно рабочий один);
а) должен соответствовать мощности электродвигателя;
б) скалярный принцип управления электродвигателями;
В преобразователь частоты должны быть заложены функции управления двигателями с нагрузкой квадратичного типа, то есть с зависимостью момента сопротивления от скорости вращения. Так как такие частотные преобразователи изготавливаются путем упрощения выполняемых функций и программного обеспечения, что ведет к существенному удешевлению электропривода.
Полная мощность преобразователя, кВА
Номинальное входное напряжение и частота
Синусоидальная широтно-импульсная модуляция
Устанавливается уставкой константы в цифровой форме: 0,1 Гц
Устанавливается в аналоговой форме: 0,1 Гц
110 % от номинального выходного тока 1 минуту
От 0,1 с до 3600 с (независимая установка времен разгона/торможения, возможны 4 ступени)
Защита электродвигателя от перегрузки
Защищен с помощью электронного термического реле перегрузки
Напряжение мгновенно снимается с электродвигателя, примерно, при 180 % от номинального тока преобразователя
При нарушении силового предохранителя электродвигатель отключается
Электродвигатель отключается через 1 мин вращения при 120 % от номинального тока преобразователя
Электродвигатель отключается, если напряжение на шине постоянного тока превышает 820 В
Электродвигатель отключается, если напряжение на шине постоянного тока ? 380 В
Немедленное отключение электродвигателя при кратковременном отключении напряжения питания на 15 мс (заводское значение) и более. Предусмотрена возможность продолжения управления двигателем после восстановления напряжения питания в течение времени не более 2 с.
Предотвращение срыва во время разгона/торможения и вращения с постоянной скоростью
Защита электронной цепью (контроль баланса выходных токов)
Световой индикатор «Заряд» горит, пока напряжение на шине постоянного тока ? 50 В
- 10 °С … + 40 °С (в пластмассовом корпусе); - 10 °С … + 45 °С (в металлическом корпусе)
Относительная влажность не более 90 %
Внутри помещения, защищенного от коррозионных газов и пыли
От 9,81 м/с 2 (1g) при менее, чем 20 Гц; до 1,96 м/с 2 (0,2g) от 20 до 50 Гц
Пластмассовый (до37 кВт) Металлический ( от 45 до 315 кВт)
Конструкция преобразователя частоты предназначена для навесного настенного открытого монтажа. При необходимости заключения корпуса преобразователя в шкаф (внешнюю оболочку) необходимо выбирать размеры шкафа, достаточные для отвода выделяющегося тепла, либо обеспечить внутри оболочки принудительную приточно-вытяжную вентиляцию (более подробно монтаж преобразователя частоты будет рассмотрен ниже).
Для подключения преобразователя к сети во входную цепь устанавливается автоматический выключатель для защиты цепей.
Фазные проводники питающей сети могут быть подсоединены к клеммам преобразователя в любой последовательности.
В преобразователе частоты также заложена функция защиты от перегрузок, но она используется, когда подключается один электродвигатель, для того чтобы защитить оба электродвигателя, необходимо установить реле термической перегрузки на оба электродвигателя. При этом константа программирования СД033 должна быть равно нулю.
Моделирование насосной станции с преобразователем частоты. Описание технологического процесса, его этапы и значение. Расчет характеристик двигателя. Математическое описание системы. Работа насосной станции без частотного преобразователя и с ним. курсовая работа [1,0 M], добавлен 16.11.2010
Основные технические данные фрезерного станка 6Н82. Расчет механических характеристик главного привода. Выбор преобразователя частоты. Расчет потерь напряжения в линии. Выбор сечения проводников, коммутационного оборудования и распределительного пункта. дипломная работа [1,3 M], добавлен 15.06.2014
Выбор электродвигателя, его технические характеристики. Выбор схемы тиристорного преобразователя привода, анодных и уравнительных реакторов, определение их активного сопротивления. Расчет статических, динамических, механических характеристик системы ТП-Д. курсовая работа [968,1 K], добавлен 24.01.2012
Выбор электродвигателя и преобразователя. Определение расчетных параметров силовой цепи. Расчет и построение регулировочных характеристик преобразователя. Статические характеристики разомкнутой системы. Определение параметров обратной связи по скорости. курсовая работа [286,4 K], добавлен 19.03.2013
Общая характеристика насосной станции, расположенной в прокатном цехе на участке термоупрочнения арматуры. Разработка системы автоматического управления данной насосной станцией, которая своевременно предупреждает (сигнализирует) об аварийной ситуации. дипломная работа [3,1 M], добавлен 05.09.2012
Описание технологического процесса перекачки нефти. Общая характеристика магистрального нефтепровода, режимы работы перекачивающих станций. Разработка проекта автоматизации насосной станции, расчет надежности системы, ее безопасность и экологичность. дипломная работа [1,1 M], добавлен 29.09.2013
Насосные станции систем водоснабжения и канализации. Выбор оборудования насосной станции, определение ее размеров и разработка конструкции. Подбор арматуры, расчет потерь напора во внутристанционных коммуникациях. Технико-экономические показатели. курсовая работа [145,0 K], добавлен 04.05.2012
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Насосная станция с частотным управлением дипломная работа. Производство и технологии.
Курсовая работа: Анализ показателей доходности ОАО Птицефабрика "Сибирская"
Дипломная работа по теме Нaпрaвления интегрaции роccийcких и китaйcких компaний в международное финансовое сообщество: cрaвнительный aнaлиз
Курсовая работа: Показатели по труду и заработной плате. Планирование показателей. Скачать бесплатно и без регистрации
Иностранный Язык Английский Контрольная Работа
Стандартизированная Контрольная Работа 1 Класс
Контрольная Математика Работа 2 9 Класс
Темы Дипломных Проектов По Специальности Технология Металлообработки
Алгоритм Итогового Сочинения 2022
Курсовая Работа На Тему Аллергозы
Реферат: Предмет политэкономии
Пособие по теме Расстройства мышления
Понятие И Классификация Предприятий Реферат
Дипломная работа по теме Світовий туристичний ринок в умовах кризи
Реферат по теме Финансовый лизинг
Контрольная работа: Учет готовой продукции и ее реализация
Структура и организация деятельности Государственной Думы Федерального Собрания РФ
Минимальный Порог Слов В Декабрьском Сочинении
Курсовая Работа Информационные Системы В Экономике
Дипломная работа по теме Интернет-магазин с функцией форума по продаже товаров для художников
Автобиографическое Эссе
Расчет системы защиты от ошибок - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа
Социальное экономическое положение в странах с переходной экономикой: проблемы и перспективы решения - Международные отношения и мировая экономика курсовая работа
Имитационное моделирование сети Ethernet в среде GPSS World - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа