Автоматизированный частотный электропривод насосной установки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ГОУ ВПО

 «БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В. Г. ШУХОВА»

 

                                

 

 

                               

Кафедра электротехники и автоматики

 

 

 

 

Курсовой проект

 

по дисциплине: «Автоматизированный электропривод»

на тему: «Автоматизированный частотный электропривод насосной установки».

                                                                                                                  

 

     

                                                                                         

 

 

 

 

                                                                                            Выполнил:                 

                                                                                            студент гр. ЭА-51

                                                                                                   Митрохин П.Н.    

          Руководитель:

                                                                                                      Авербух М.А.

 

 

 

 

 

Белгород 2013

 

 

Содержание

 

1. Краткое описание технологического процесса 3
2. Исходные данные для проектирования 4

1. Расчет и выбор мощности насоса и электродвигателя, построение гидравлических характеристик 4

3. Выбор силовых элементов системы ППЧ-АД 8

1. Выбор силового тиристорного преобразователя 10

                 3.2.Выбор согласующего дросселя………………………………………....10      3.3.Выбор автоматического выключателя…………………………………11

4. Обоснование закона управления при частотном способе управления 12

1. Сравниельный анализ сущесвующих законов управления 12

2. Обоснование выбранного закона управления 13

5. Моделирование динамических и статических процессов  
   элекропривода 27
6. Разработка и построение принципиальной схемы управления 33

Заключение 34

Спецификация 35

Список литературы 36

 

1. Краткое описание технологического процесса

 

В качестве оборудования, где необходимо применение регулируемого электропривода была взята насосная установка.

Применение насосных установок различное: поднятие жидкости на определенную высоту, подача ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или циркуляция воды в какой-либо замкнутой системе.

Схема поднятия воды на высоту представлена на рис 1.1.:

 

Рис. 1.1. Гидравлическая схема насосной системы.

где:

1 – напорный трубопровод;

2 – задвижка;

3 – обратный клапан;

4 – насос;

5 – приемный клапан;

8 – всасывающий трубопровод;

H - полная высота подъема. 

2. Исходные данные для проектирования

 

Исходные данные принимаются в соответствии задания для курсового проектирования.

Исходные данные представлены в табл. 2.1.

 

H0н, м	Hм, м	Нс, м	Qм, м3/ч
28	20	1,4	35

 

 Принимаем кинематическую  схему установки, представленную  на рис. 2.1.

 

 

 

 

 

Рис. 2.1. Кинематическая схема насосной установки.

 

 

 

2.1. Расчет и выбор мощности насоса и электродвигателя, построение гидравлических характеристик

Расчет и выбор мощности насоса.

Ориентировочная мощность насоса определяется по формуле [1]:

 

где – максимальный расход, /с;  – максимальный напор, м; =1000 кг/м3 - плотность вещества; =9,81 / – ускорение свободного падения;  – КПД  насоса .

 

Выбираем насос исходя из следующего условия:

 

Согласно условию выбора (2.2) выбираем насос Grundfos TP 100-240/2 [2].

 

Параметры насоса:

Grundfos TP 65-190/2

, В	, кВт	, об/мин	, м	, /ч	T, ˚С
380	2,2	1752	20	20	140

 

Расчет и выбор мощности двигателя.

Ориентировочная мощность насоса определяется по формуле [1]:

 

где=1,4 – коэффициент запаса ; – номинальная мощность насоса, Вт;

0,9 – КПД  двигателя.

 

Выбираем двигатель исходя из следующего условия:

 

Согласно условию выбора (2.4) выбираем электродвигатель серии АИР [3].

 

Параметры двигателя:

4А80В2УЗ

Номинальная мощность, кВт	Pн дв	2,2
Номинальная частота вращения, об/мин	nн дв	2850
Синхронная частота вращения, об/мин	n1	3000
Номинальный ток, А	Iн дв	4.616
Линейное напряжение, В	U1н дв	380
Частота сети, Гц	f1	50
к.п.д.		0,83
Коэффициент мощности		0,87
Число пар полюсов	pп	1
Момент инерции, кг∙м2	Jдв	0,021
Кратность пускового тока	ki	6,5
Кратность пускового момента	kп	1.2
Кратность критического момента	kм	2

 

Построение гидравлических характеристик насоса и сети.

Характеристика насоса [1]:

 

где – напор насоса, м; – напор насоса при расходе равным нулю, м; – номинальная скорость вращения двигателя, рад/с; ω – скорость вращения двигателя, рад/с; Q – расход насоса, м3/с; С – конструктивный коэффициент насоса, определяемый по формуле (2.6).

   

 Характеристика магистрали [1]:

 

где – статический напор; R – коэффициент сопротивления магистрали, определяемый по формуле (2.8).

 

 

 

Построим гидравлическую харрактеристику:

1. – характеристика насоса ;

при ω=:

   

при ω=:

 

2.     - характеристика магистрали.

Рис. 2.2. Гидравлические характеристики насоса и сети

 

3. Выбор силовых  элементов системы ППЧ-АД

3.1Выбор силового преобразователя частоты

 Так как для привода насоса используют высокоскоростной асинхронный двигатель, то примем преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока. На рис. 3.1 представлена укрупненная схема электропривода насоса по системе ППЧ-АД.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.1. Принципиальная схема системы ППЧ-АД с промежуточным звеном постоянного тока

 

ПЧ выбираем из следующего условия:

 

 Полная номинальная мощность двигателя, потребляемая из сети, определяется по формуле:

 

 

Согласно условию выбора (3.1) выбираем преобразователь Mitsubishi F740-00052 EC

 

 

Технические характеристики преобразователя представлены в табл. 3.1

Модель преобразователя		F740-00052 EC
Номинальная мощность двигателя, кВт		Рн пр	5,5
Выход	Полная мощность преобразователя, кВ∙А	Sн пр	9,6
	Номинальный выходной ток, А	Iн пр	12
	Выходное напряжение, В	Uпр вых	3-х фазное 0-380
	Выходная частота, Гц	fвых	0,5-400 Гц
Вход	Номинальный входной ток, А	Iвх пр	14
	Номинальное входное напряжение, В	Uвх пр	380–480 В, –15%/+10%
	Номинальная частота сети, Гц	f	50 / 60 Гц ± 5%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.2. Схема внешних подключений для преобразователя частоты VFD-B

Преобразователь имеет следующие характеристики:

• Метод управления:

1. скалярное управление U/f ;
2. векторное управление ;

• Пусковой момент: 150% на 1 Гц ;

• Перегрузочная способность: 150% от номинального тока в течение 1 мин. ;
• Автоматическая компенсация момента и скольжения ;
• Стабилизация напряжения на двигателе ;
• Связь по MODBUS (до 38400 бит/сек) .

 

3.2.Выбор согласующего дросселя.

Для двигателей мощностью меньше 15 кВт для согласования преобразователя частоты с сетью выбирают сглаживающий дроссель. Сетевой трёхфазный дроссель на входе преобразователя служит для увеличения коэффициента мощности и компенсации прерывистых токов.

 Согласующий дроссель выбираем из следующего условия:

 

где – номинальное напряжение дросселя;

 – номинальный  ток дросселя.

Согласно условию выбора (3.3) выбираем согласующий дроссель

VFD022S43E.

 

Технические данные дросселя представлены в табл. 3.2

 

Тип дроселя	Индуктивность, мГн	Номинальное напряжение дросселя, В	Номинальный ток дросселя, А
VFD022S43E	11,8	400	5,3

 

 

 

3.3.Выбор автоматического выключателя.

Автоматический выключатель предназначен для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при перегрузках и коротких замыканиях, нечастых оперативных коммутаций электрических цепей, а так же для защиты электрических цепей при снижении напряжения до недопустимой величины.

 

 Условие выбора автоматического выключателя имеет вид:

 

где IАВотк – ток отключения автоматического выключателя;

 – действующее значение тока трёхфазного к.з.

  Принимаем

В соответствии заданного условия (3.4) принимаем автоматический выключатель VFD022S43E фирмы ABB [6] :

 

 Технические характеристики автоматического выключателя STOS203 C16 представлены в табл. 3.3.

 

Тип	VFD022S43E
Номинальное напряжение сети, В	380
Номинальный ток, А	6
Номинальная частота, Гц	50