Ардн 3 руководство по эксплуатации

Интернет-магазин автозапчастей в Ейске для иномарок в наличии и под заказ

.«0

^^^ На правах рукописи

БИРЮКОВ Андрей Витальевич

РАЗРАБОТКА АСИНХРОННОГО ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ДОЗИРОВОЧНЫХ НАСОСОВ

Специальность 05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1998

1’абок! выполнена на кафедре Лишмл!и шрии.имнно -»лет роприиода Московского шергетического института (Техническою университета).

Научный руководитель —

кандида! технических наук, доцент Осгрирон В Н.

Официальные оппоненты —

доктор технических наук, профессор, академик АЭН. засл. Деятель науки и техники Пианов 1 ‘.М.

кандидат технических наук 1’аскин Л.Я.

Ведущее предприятие —

концерн „Российские насосы»

Защита диссертации состоится 11 декабря 1998г. в аудитории М-214 в 14 час.00 мин.на заседании Диссертационного Совета К-053.16.06 Московского энергетического института (технического университета) по адресу: ул. Красноказарменная, 13.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ ( ГУ).

Автореферат разослан . 1998 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета К-053.16.06 к.т.н., доцепг

Анчарова Т.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Дозировочные насосы — класс механизмов, имеющих широкое применение в промышленности. Они предназначены для перекачивания жидких сред в Hai метательную магистраль с определенной подачей в единицу времени или дискретно в определенных объемах.

Область применения дозировочных насосов весьма обширна и включает в себя следующие виды промышленности: химическая п нефтехимическая, пищевая, текстильном, целлюлозно-бумажная, микробиологическая, фармацевтическая, тазовая, а»i»мобильная, теплоэнергетическая и другие.

В России выпускается широкая гамма видов и модификаций дозировочных насосов и arpeiaioB. Однако, производимые ныне насосы с изменением подачи за счет длимы хода плунжера, осуществляемой с помощью ре1улирукицею механизма с ручным или электрическим исполни 1елы1ым приводом, морально устарели. По ному в настоящее время назрела необходимое 11. епздппи» пмзомаппсскшо регуиннфп jmih дозировочных иаеоеон мм (line преобразователя частоты ни современной элемеишоН базе и с развитой микропроцессорной системой управления.

Ведущие зарубежные производители преобразовательной техники (ABB. Siemens, Allen Bradley и другие) ведут активное наступление, направленное на освоение российского рынка в области регулируемого электропривода насосов и вентиляторов. Было бы недальновидно полностью полагаться на зарубежные поставки готовой преобразовательной техники для данных целей. Остерегаться следует не только полной зависимости от зарубежных производителей, по и неприспособленности этой продукции по функциональному назначению и исполнению к российским условиям. В частности, все известные фирмы выпускают универсальные (с избыточным набором функций) преобразователи, которые не ориентированы и, соответственно, не оптимизированы для реального технологического процесса. Это приводит к использованию дополнительного промышленного контроллера, и, как следствие, к росту стоимости всей системы в целом.

Диссертация направлена на создание объектно-ориентированного электропривода и непосредственно связана с разработкой системы автоматического регулирования подачи дозировочных насосов путем изменения частоты вращения их двигателей без изменения конструкции насосов, а также экспериментальными исследованиями параметров электропривода для проверки научной обоснованности основных методических, схемотехнических и программных решений. Работа выполнялась при участии концерна «Российские насосы».

щ:ль раьоты .

Разработка системы автомагического регулирования полами дозировочных насосов путем изменения частоты нращения их двигателей без изменения конструкции насосов.

Для достижения этой цели в диссертации поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Разработка преобразователя частоiи ;1ля регулируемого асинхронного электропривода дозировочных насосов.

2. Разработки типовых cipyKiyp аыоматчеемио peiулпрчианпи дозированием реагент» с коэффициентом подачи не ниже насноршою.

3. Экспериментальные исследования системы с целью получения оптимальных характеристик.

M1 -ТОЛИКА ! 11Ч)НI• ДI•:M11Я И(‘С’ЛНД(>ИД1 IIIII.

В paôoie применены: положения теории авюманппроннпною электропривода; практические аспекты курса промышленной электроники; понижения icnpiiii анюматческою управления, методы ман’млпмкчэаио пмщациоппош моленироилпии, »и-моты к-ории i армоннческого шшлиш; uiiujiin результатов к-орешчеекнх исследовании и сопоааилспие их с экспериментами, проведенными на опытной установке АРДН-3 (автомагический регулятор дозировочных насосов мощностью до 3 кВт) с дозировочными насосами различи!,ix пикш, а также анализ полученных результатов на автоматизированных дозировочных насосах в технолошческих процессах предприятий тепло-энергоснабжения.

Моделирование выполнено с применением ПЭВМ на базе симулятора для сигнального процессора DSP-I0A (1899 ВПI).

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

Новизной обладают схемные и программные решения для асинхронного частотно-регулируемого электропривода дозировочных насосов, выполненного на современной элементной базе. Степень новизны результатов определяется решением ряда задач, связанных с главной:

разработана уточненная методика расчета системы ПЧ-АД с АИН-ШИМ для обощенной и конкретно-выбранной (на примере дозировочного насоса) нагрузки; разработан и опробован ряд структурных схем системы автомагического регулирования для технологического параметра процесса (на примере процесса подкисления/подщелачивания в копгуре водоподготовки ТЭЦ), где основной структурной единицей является АРДН-3;

— разработан пакет алгоритмов и программного обеспечения точностной стабилизации технологической переменной в водно-химическом процессе водоподготовки посредством АРДН-3;

синтезирована система управления, позволяющая обеспечить регулирование подачи насоса от 3.5% до 100% в разомкнутых и замкнутых САУ при высоком качестве регулирования координат электропривода.

Проведены экспериментальные исследования действующих образцов электропривода и

найдены оптимальные параметры их настроек.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ.

Впервые в России создан автоматический регулятор для дозировочных насосов на ба>с частотно-регулируемого электропривода, обеспечивающий выполнение основных требований к раулированию подачи в разомкнутых и замкнутых САУ.

Основные характеристики преобразователя не уступают по качеству характеристикам разработок ведущих западных фирм.

Квалифицированное применение ЛРДН открывает следующие возможности:

1. Обеспечивать для существующих ТЭЦ поддержание концентраций химического реагента в котловой воде в пределах нормативного в широком диапазоне паровых нагрузок котлов;

2. Осуществлять регулирование как в разомкнутой, так и в замкнутых структурах САУ, а также применять в составе АСУ ТП;

3. Повысить надежность и долговечность работы дозировочных агрегатов;

4. Снизить нагрузку на обслуживающий персонал и упростить порядок сбора и обработки информации о ходе технологического процесса.

Главными потребителями регуляторов являются предприятия теплоэнергетического комплекса. период [ ‘)’)(■,-! ЧЧК и. концерном «Российские насоси» било освоено серийное производство вышеназванных регуляторов. Так па ТЭЦ-11 (Мосэнерго) установлены и находятся н круглосуточной эксплуатации 3 первых опытных образца АРДН-3. Опыт 3-х-годичпой эксплуатации показал высокую надежность работы техники. Нсего на различных предприятиях паходся н эксплуатации 143 шт. Существенное разнообразие механизмов н и-хнож» лй применения АРДН, как средств локальной автоматизации, потребовало тщательной предварительной подготовки регуляторов, привязки их к техническим требованиям потребителей и инженерного сопроножденик при иуско-наладкс, эксплуатации ириводон. 017 работу выполняет /(алое предприятие НПП «ЦИКЛ+», на гарантийном и сервисном обслуживании которого единовременно находятся около 70 регуляторов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Основные положения и результаты работы докладывались и оосуждапись на международных научно-технических конференциях но электромеханике и электротехпологии (МЭИ, 1996г.), на заседании кафедры Автоматизированного электропривода Московского энергетического института (28 января 1997г.). Практический результат работы (в виде экспериментальной установки) был представлен и пользовался большим интересом на международных выставках: Химитехника-95 (Москва. Выставочный центр в Сокольниках, 1995г.), 1-ая Московская международная выставка ТЕК-96 (Москва, ВВЦ-Всероссийски и Выставочный Центр, март 1996г.), Нефтегаз-96 (Москва, Выставочный комплекс Экспоцентра на Красной Пресне, июнь 1996г.).

ПУБЛИКАЦИИ.

По материалам диссертационной работы опубликовано четыре печатные работы.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ.

Диссертационная работа состоит из введения. 5 глав, заключения, сннска литературы из 41 наименования и 4 приложений. Общий объем диссертации составляет 1X0 страниц, 67 рисунков, 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, дана краткая характеристика объекту регулирования — дозировочному насосу, определены основные области его применения и вытекающие в связи с этим преимущества в эксплуатации.

В первой главе рассмотрены общие сведения о дозировочных насосах: разновидности существующих типов, условия п\ эксплуатации, принцип рабон.1 и назначение основных узлов и де lU’ietí. t Ipoue.Tcii анали i upo i o i мной n некоторых aiui’ioi on pet улируемт.тч дозпропочш.тх Hucocon. Отмечено, что регулирование подачи перекачиваемых жидкостей за счет изменения длины хода плунжера или в варианте с использованием специальною комплектного электропривода серии ‘/ГА 1-01 с двухфазным асинхронным .читателем АХД 4112 БТ морально устарело и имеет ряд значительных недостатков. Гак, если ориентироваться на электропасосш.ш ai регат типа 1 !Д.’) с сервоприводом для изменения длины хода плунжера, то но приведет к: усложнению конструкции электронасосного ат регата;

• снижению надежности сю paóon.i:

— усложнению схемы включения агрегата в систему АСУ ТГ1; повышенной себестоимости продукции;

— дополнительным затратам на обслуживание агрегата.

Учитывая интересы и сложившуюся практику эксплуатации при автоматизации насоса нужно обеспечить:

неизменную конструкцию базового (нерегулируемого) агрегата, вплоть до сохранения типа двигателя;

возможность установки преобразователя па действующий нерегулируемый агрегат и. тем самым, осуществить модернизацию, превратив его в регулируемый. Исключение преобразователя из электронасосного агрегата должно приводить лишь к уменьшению полезных фунций, а не к остановке;

— существенное расширение функций агрегата;

преемственность новой техники обслуживающим персоналом, не требующая его серьезной переподготовки.

Очевидно, что единственным путем для решения поставленных задач является автоматизация электронасосного агрегета по каналу управления скоростью двигателя.

К расширенным полезным функциям, по сравнению с нерегулируемым агрегатом, следует отнести:

автоматическое регулирование подачи;

— автоматическое регулирование объема (дозы); местное и дистанционное автоматическое управление;

наличие индикации режима работы, уровней подачи, дозы, давления, расхода в напорной магистрали;

— блокировки и защиты, предохраняющие насос, двигатель и преобразователь; возможность работы с обратными связями (например, по скорости, давлению, расходу или любой другой технологической переменной), либо без них вообще.

В главе показано, что в настоящее время при катастрофическом положении российской промышленности рядом ведущих западных фирм предпринято навязывание собственной комплектной преобразовательной техники российскому потребителю в области элетроприводов насосов. Такое положение вещей заставляет обратить внимание не столько на патриотизм и защиту интересов отечественного производителя (хотя это далеко немаловажно), сколько на адаптированность ввозимых преобразователей в части функциональной насыщенности к требованиям российской эксплуатации. Широкий спектр невостребованных функций и, вместе с тем, нехватка ряда необходимых, вызванных условиями протекания конкретного технологического процесса, приводит к нерациональному использованию предлагаемой техники.

За все это надо платить потребителю, а покупательная способность российского потребителя крайне низка.

Сказанное свидетельствует об актуальности разработки автоматического регулятора для дозировочных насосов путем изменения частоты вращения их двигателей без изменения конструкции насоса.

Во второй главе определены принципы построения системы регулирования для существующих электронасосных агрегатов.

В главе рассмотрено внутреннее строение агрегата типа НД, назначение и взаимовлияние основных узлов, описаны условия для их нормальной работы.

Из проведенного анализа нагрузок привода насоса вытекает обоснование возможности регулирования дозировочного насоса. В качестве объекта автоматизации выбран агрегат ДП, освоенный в производстве концерном «Российские насосы», взамен аналогичного импортного агрегата НД производства «Ритахиммаш». ‘Это единственный отечественный насос-дозатор с двигателем 3 кВт. Агрегат имеет широкое применение н не обеспечивает возможностей для автоматического управления. Из нагрузочной диаграммы для номинального режима работы насоса рассчитан допустимый диапазон регулирования приводного двигателя 0=2,28 (при естественном охлаждении). С целью расширения диапазона регулирования предложен вариант перехода на идентичный двигатель, но с выходной мощностью <1кВг. Ретультатом данного перехода является расширение диапазона О до 4,52.

Анализ требований к системе автомашческого регулирования выявил состав и функции системы управления:

1) система регулирования должна состоять из:

• силового и информационного блоков, размещенных в одном корпусе;

• средств контроля и защиты, в том числе по токам перегрузки и короткого замыкания;

• счетчика двойных ходов плунжера (счетчика импульсов), если его необходимость выявится при разработке;

• датчика частоты вращения или угла попорота вала двигателя (эксцентрикового вала насоса).

2) система регулирования должна обеспечивать следующие два режима работы агрегата:

• работа с заданной подачей, при определении подачи но датчику обратной связи о качестве технологической переменной пли расчетным путем по формуле:

О,,. — I—А/’

где l’o — рабочий объем насоса (л), п,)в — скорость двигателя (об/мин), i -передаточное отношение редуктора (/=14.5), к — коэффициент, характеризующий объемный КПД (л/час), Р — напорное давление (кГс/см!);

• перекачивание заданного объема (дозы) по внешней команде.

3) система регулирования должна обеспечивать местное и дистанционное управление ai регата, в том числе от АСУ TI1;

4) система регулирования должна обеспечивать:

• автоматическое регулирование технологического параметра, функционально связанного с подачей насоса в разомкнутой или замкнутой системе (локальный регулятор);

• контроль параметров регулятора;

• пуск и остановку ( в том числе аварийную) агрегата;

• запрос с клавиатуры на индикацию и вывод на табло основных параметров: расход агрегата, объем (дозу) жидкости, код аварийной ситуации, давление нагнетания (при наличии электрического сигнала с датчиков давления);

5) система регулирования должна обеспечивать изменение подачи в пределах Qmas до 0.25 Qmax-,

6) точность дозирования, определяемая коэффициентом подачи !;, при изменении параметров номинального режима в пределах ± 10% должна обеспечиваться не менее 92,5%.

Далее в главе выполнен выбор системы автоматизированного электропривода, когорая состоит из силового преобразователя и его системы управления. Как было указано выше, объектом управления является дозировочный насос с приводным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. На практике используется регулирование скорости в асинхронном электроприводе путем изменения подводимого к статорной обмотке напряжения и (или) частоты. В этой связи рассмотрены достоинства и недостатки существующих вентильных преобразователей (ГШ, НПЧ, Г1Ч) для использования их в системе pei-улирования дозировочными насосами. Был сделан выбор преобразователя частоты (1!Ч) на базе автономного инвертора напряжения (АНН), работающего в режиме широтно-импу.пьсной модуляции (ШИМ). В настоящее время система управления инвертором с ШИМ становится достаточно простой в большей мере из-за бурного развития силовой электроники и микропроцессорной техники. АИН, собранный на транзисторах нового поколения (IGBT), позволяет реализовать предъявленные к дозировочным насосам требования (диапазон регулирования, точность поддержания выходных характеристик н т.д.), а

также улучшает энергетические (к„, cos ip) и надежностные покупатели электропривода насоса. Модули IGBT отличаются высокими предельными коммутируемыми напряжениями (до 3300В) и токами (до 1600А), малым временем переключения (сотни Не), стойкостью к токам короткого замыкания (прямое к.з. до 10 мкс). мощностью управления как у полевых транзисторов, прямым падением напряжения как у биполярных транзисторов. На IGBT возможна реализация ШИМ-преобразовагелей с несущей частотой 15кГц и более. Проведенные расчеты механических и электромеханических характеристик электропривода подтвердили правильность сделанного выбора.

На основании анализа комплекса поставленных задач был сделан вывод об эффективности применения микропроцессорных средств в системе управления преобразователя. Отмечено, что по своим функциональным возможностям, наиболее приемлема однокристальная микроЭВМ цифрового процессора обработки сигналов 18998Е1 (DSP10A).

В рассматриваемой главе выполнен также выбор рационального способа частотного управления для асинхронного электропривода дозировочных насосов. Исходными для выбора были требования к статическим и динамическим характеристикам дозаторов. Расчетным путем установлена возможность реализации таких требований в структуре разомкнутой САУ при наиболее неудачном сочетании возмущающих воздействий: снижение напряжения сети, повышение момента нагрузки и давления а магистрали на 10%. D итоге в главе синтезированы функциональные схемы системы управления для режимов дозированной подачи и объема (дозы), реализующие в себе как компенсацию возмущающих вотдепствий. так и выполнение полного набора сервисных задач.

В третьей главе выполнена разработка автоматического рсчулиюра дозировочного насоса (АРДН).

Практическим результатом синтеза структуры автоматического регулятора стала функциональная схема АРДН, представленная на рис . 1.

Для сформированной схемы была разработана обобщенная методика расчета параметров силовой части Г1Ч с АИН-ШИМ для управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Методика сориентирована на то, что в инверторе применяются силовые ключи — ЮВТ, а следовательно, все входящие в инвертор компоненты должны рассчитываться с учетом процессов, характерных для указанного типа транзисторов. Здесь же предложены рекомендации по практическому выбору типов элементов схемы. Важное .место » методике занимает расчет параметров охладителя, па котором установлены модули инвертора и выпрямителя.

Рис. 1. Функциональная схема автоматического регулятора дозировочного насоса АРДН

Тепловой расчет радиатора определяет надежость и долговечность всего регулятора в целом, поэтому выявлена необходимость в более глубоком анализе процессов теплопередачи энергии от элементов, находящихся вблиш друг о г друга.

Для цепи енаббера разработаны »арканил схемок’хпнческих решений, позволяющие оптимально нмбригь и рассчитать парима ры »леменкже \чстм качеств мошажа.

Для проверки адекватности и универсальности методики 61.1л проведен проверочный расчет силового преобразователя для члекфоиривода дозировочного насоса, а закже сняты экспериментальные замеры и осциллограммы ннутрсних и выходных параметров.

При разработке информационной част системы управлении, схема ко юрой представлена на рис.2., проводился анализ функций и требований, нредьнилиемых к с фукгурным модулям. «Ишеллск1уальным» ядром микрокон фоллера сиасмы управления является си! нальпый микропроцессор 1КУУШ\1. Кроме основных модулей сисчсмы Оимк* как : формлрошкель ШИМ. плаза индикации, блок организации имерпичо времени». шина драйверов н 1,д.) были предусмотрены средства для разработки структур авюматичсското управления и «привязки» объекта к реально-существующему технологическому процессу

Нлш а Индикации

1>лок орглнтации «мертвого времени»

Плата Драйверов

Блок

ор| ачн кшни

технолиг о с.

Блок

формиронания си1налоя способа управления

•1><>рм крова ге; и он палии

1аконя час I сп ною упранлеин*

•к:

Рис.2.

Модуль ор! апи ыции сигнапов Чащи ты

Особое внимание было уделено схеме драйверов, как согласующему звену между информационной и силовой частями АРДН. В этой связи к схеме предъявлены следующие важнейшие требования: формирование надежного и безопасного управления ЮВТ, потенциальная развязка платы с микроконтроллером (не менее 1500В) и отсутствие сущесвенного искажения формы и уровня передаваемого сиг нала (уровень напряжения на выходе драйвера ±15 В, частота коммутаций ЮкГц, максимальная скважность не более 0.95 от периода ШИМ). Учитывая свойства переключения IGBT и вероятность аварийного режима сквозного тока, была разработана, исследована и успешно реализована схема оперативной защиты модуля инвертора.

Далее в главе были произведены синтез структур автоматического управления и разработка прикладного программного обеспечения. Применение микропроцессорного управления позволяет реализовать различные структуры систем управления электропривода без изменения аппаратной части микроконтроллера. В зависимости от технологического процесса, в котором участвует дозировочный насос, система управления может быть либо разомкнутой с компенсацией возмущающего воздействия (например, по расходу питающей воды в магистрали), либо замкнутой но какому-либо технологическому параметру (например, по РН среды или электропроводности котловой воды), либо замкнутой и с компенсацией возмущающего воздействия. Программная реализация синтезированных структур подразумевает под собой разработку алгоритмов для структурных схем и апробацию их на базе симулятора микропроцессора 1899ВЕ1. Структурные схемы и описанные области их применения отражены в таблице 1.

Таблица!

№ Структурная схема Описание

I 1*. t— 1 W/Vv’. Используется для процесса подщелачивания при значительном транспортном запаздывании.

1 .А0-«3.-

Т.Р

1 РН/РН. ^ Адаптивный ПИ-регулятор

2 W/W. Ч ^ сца Т- П-регулятор РН/РН Используется для процесса подкисления при значительном изменении расхода и относительно стабильном химическом составе исходной воды и концентрации реагента.

3 Используется для процесса подкисления при относительно небольших объемах и диапазоне изменения расхода исходной воды и значительном изменении еС химического состава и концентрации реагентов.

Ф -X 1 QJQ. ‘ K’tp —

ГН/Н1, ‘ К- ПИ-[шгупягор

4 IX. ‘ W/W. 11снолт.зуе1ся для процесса подкпеленпя при значительных обьёмах и широком диапазоне изменения расхода исходной волы и малом транспортном запаздывании.

Ф X ••

‘рн,рн ^К. Адаптивным И-регУлятор

5 1 W/W ¡X. ; — — — «‘ 1 Используется для процесса гтодкисления при значительном транспортном запаздывании и широком диапазоне изменения расхода исходной воды.

ф -К • —

1 рн/рн К, мдаптивный ПИ-регулятор

Наряду с разработкой указанных структур решались вопросы, связанные с динамикой переходных процессов выходного технолог ического параметра (например. I’ll среды, электропроводность и т.д.). напрямую зависящего от качества управления скоростью приводного двигателя насоса. Ввиду чего предложен вариант скорректированного режима ШШ’-уиранления в диапазоне (1-40% птт.

1? итоге в главе’ выявлен» необходимоеп, экспериментальной проверки выходных характеристик АРДН, а также оттенки соответствия расчетных режимов эксплуатации элементов регулятора своим номинальным значениям, т.е. апалп т надежности аппарата

В четвертой главе выполнены »кспсрпмспта.тыпле исследования электропривода па базе Д1’ДН-3.

С целью выявления качества выходных характеристик электропривода, оценки влияния на них внутренних переменных электропривода и последующей разработкой мер по их компенсации, были проведены экспериментальные исследования статических н динамических характеристик электропривода.

Лишни статических характеристик пока n.maci. чю па качество выходных параметров ЛРДП-.* (будь то фаитос или линейное напряжение, либо юк и ширчэке) сильное влияние оказывает неличина внутренней переменной «мертвою времени». Необходимость нреметшон паузы, «мертвого времени», между включенным состоянием транзисторов стоики моста в модуле KiBT. обусловленная свойствами данною ипта iран шсторов, определяет т армопический состав тока в фате .читателя. Совместно с Всероссийским наччпо-тнч тстон.тте и.ским институтом электромеханики (НППИ’)М) был проведен комплекс экспернментатт.ныч исследований по iii.ttiBiiciHiio причин искажении формы тч.тхолнот о uiK;i Ге ТЫ.1М.Т кроне теимых исследований показаны па дпат раммах сравни ■ слыви о т армотшческот о апалп та на рис. V

При питании от эталонно«) источника 3-к-фвяого регулируемого напряжения

Кифриинт щш Кг-1 ее*

При питании от АРДН

Коэффичинт гармоник Кг-4 624 «Шстам цмГ Тн*){Ьк, чкгап нэдгячм МбМГц

киффицмит щ»т« кг>:ееч

Коэффмщант про»! Кг-31»

Рис.3.

Осциллограммы фазного тока при изменении задания частоты в диапазоне 20-50 Гц представлены на рис.4.

Экспериментально проверены режим ШИР-упрааления для подачи насоса менее 40%, а также адекватность отработки задания плавного регулирования по внешнему сигналу, пропорциональному подаче свыше 40%. В результате сделан вывод о целесообразности применения данного режима и его необходимость в схемах глубокого регулирования технологического параметра.

Наиболее значительная работа выполнена по изучению точностных характеристик электропривода дозировочных насосов. С этой целью был проведен ряд экспериментов по: уточнению характера зависимостей фактической скорости двигателя насоса пф и его подачи ()ф в функции от подачи заданной при переменной гидравлической нагрузке; исследованию типовых режимов работы приводного электродвигателя насоса; влиянию свойств мембранного и плунжерного насосов мощностью до 3 кВт на характер выходных характеристик. Исследования проводились совместно с кафедрой Гидравлических машин (МЭИ).

Рис.4. Трехфазная система токов в диапазоне частот от 20Гц до 50Гц

Реллыапл исследований на мембранном насосе ДМ1600/6 при щмепсппп длииспин магистрали 1’маг ог 2 до 6 кгс.’см2 свидетельствуют о линейности характеристик пф=1 (О¡¡„¡) н {?ф~Н{?ш<)>- Отмечено, что для достижения повышенной точности (повышения класса точности насоса) необходимо провести коррекцию подачи та счет изменения скорости приводною двшагеля насоса на величину, пропорциональную разности фактической и заданной подачи.

Для плунжерного насоса ДГ1 2500/10 аналогичным образом были сняты зависимости «ф~1 и Особенностью графиков пф=] (0Ш1)> является зависимость скорости

двигателя от давления в магистрали, т.е. от нагрузки. Это обьясняется пониженным напряжением на выходе Л1’Д11 (особенность ШИМ-управления для синусоидального тадання) п. следовательно, пониженной жесткостью характеристик. Ошибка носит систематический характер и устраняема программным путем. Снятый экспериментально график ошибки по скорости Ло/г1>Лц)!позволяет учитывать данную зависимость в алгоритме управления насосом для повышения его категории точности.

Результатом исследований теплового режима работы двигателя насоса АПР100Я4 при изменении частот / в диапазоне 20;50 Гц и при максимальной нагрузке насоса стала кривая температуры перетрева изоляции двигателя. Установлено, что для приведенного выше двигателя нижним пределом плавного регулирования частоты является 20 Гц, что не приводит к снижению установленного срока службы. Реалитация желаемой подачи, соответствующей более низкой частоте, вотможна за счет перехода на ШИР-режим, где не встает проблема ухудшения собственном теплоотдачи. Возможен также вариант замены двигателя на однотипный, но с выходной мощностью 4 кВт и имеющий при той же высоте оси абсолютно идентичные присоединительные размеры. При этом диапазон непрерывного управления скоростью двигателя можно расшнри гь за счет снижения задания частоты до 11 Гц.

В пятой главе рассмотрены реэулыаты исследований АРДН-3 в промышленных условиях. Причем исследования проводились па различных типах дозировочных насосов, как правило, находящихся в непрерывной эксплуатации уже около 10 лег.

Целью проводимых исследований явились проверка и корректировка разработанных способов управления дозировочным шрегагом. с одной стороны, и получение научных реЛ’лт.татов о влиянии автомат шроиаппого насоса па технологический процесс, с другой сюропы. Основной задачей проводимых работ было выявление во(можносп1 авюмаппиротшною электропривода насоса-дозаюра ючмо п надежно по;тдержива!ь водно-химический режим элекфосганшш.

Основной сфуюурпон едшпшсп. 11.1 М>Н1|ЦЮ »1.11Ш («пложены ¡ра’ннмппя имлержпиалия фосфатного режима па Т\)Ц-11 (Мосэнерго), стали авюматнческие ретуляюры АРДП-3. Наличие токового сигнала по расходу воды в магистрали (или паровой нагружн котла) позволило применить разомкнутую схему САУ. В процессе исследования регистрировались процессы, происходящие в чистом отсеке котла до введения А1’Д11 в схему фосфатирования и при введении АРДН в схему. Анализ осциллограмм рис.5 показывает, что:

1) при изменении расхода на 25-30% броски электропроводности в переходных процессах снизились примерно в 2 раза;

2) при стабильной концентрации дозируемого химического раствора н неизменном составе питательной воды изменение РН среды не превышает 2%. что допустимо по нормам ПТЭ.

Процессы в чистом отсеке котла до введения АРДН в схему фосфатирования

Расход питательной воды, т/час

N !

I- I

400

!

300

27; :

г…..»‘/56

■

‘ V..

20

/ Электропроводность. мкСм/см’

Процессы в чистом отсеке котла при введении АРДН в схему фосфатирования

Расход питательной воды, т/час

-I г I- i : / Электропроводность, мкСм/см

Рис.5.

1) рамках реализации проекта по автоматизации водно-подготовительных режимов на ТЭЦ-1 производственного объединения «Ннжнекамскпефтехнм» внедрило и совместно с кафедрой Автоматизированного Электропривода (МЭИ) были проведены исследования процесса подшелачивания козловой воды. Исходя из значительного транспортного запаздывания изменения I’ll среды, а также используя сигналы по расходу питательной воды и обратной связи по РН, целесообразным было применение замкиуюй С’ЛУ. Установка кислотности котловой ноды I’ll задавалась на уровне 8,4 ед. По техническим условиям и нормам поддержания Р11 среды допустимо отклонение ±0.1 ед. от заданного. Па протяжении 2-х месячных наблюдений регистрировались показания РН-метра при воздействии различных возмущающих факторов (изменение расхода воды от 40 до 80%, влияние режима продувки, изменение концентрации химического раствора, влияние пусковых режимов насоса и т. д.) на САУ электропривода дозировочного насоса, а также оценивалась эффективность режима ШИР. Полученные результаты свидетельствуют, что:

1) предложенная структура САУ позволяет реализовать требуемое поддержание РН среды с точностью ±0,1;

2) влияние вышеназванных возмущающих факторов значительно и приводит к снижению точности поддержания РН среды. Исследования показали, что в интервале осуществления технологического процесса продувки трубы точность по РН среды составляла ±10%;

3) предложенная схема ШИР регистрируемого параметра позволяет выдерживать среднезаданное значение РН с мгновенным перерегулированием ±5%, что допустимо ввиду инерционности всего технологического процесса парообразования.

Опыт внедрения данного регулятора позволил сделать вывод о высокой практической ценности данной разработки, которая по своим показателям не имеет равных себе аналогов.

В заключении обобщены результаты внедрения АРДН-3 за период около 3-х лет, а также отмечена высокая надежность эксплуатации его в промышленных условиях.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Анализ состояния и тенденций развития автоматизации дозирования реагентов в жидких средах позволил установить необходимость разработки системы автоматического регулирования подачи дозировочных насосов путем изменения частоты вращения их двигателей без изменения конструкции насосов.

2. Исследованиями установлена возможность применения частотно-регулируемого асинхронного электропривода со штатным для нерегулируемого насоса короткозамкнутым асинхронным двигателем при обеспечении в разомкнутой по

координатам двигателя системе электропривода днапа «ни peíулнроиания средней подачи насоса от 3.5% до 100%.

3. Синтезирована сис1сма реттровапня химическою сооава жидкой среды, обеспечивающая точность дотирования при управлении но расходу жидкости ±2% и при использовании свячен по расходу жидкое!и и ее хнмеоааву ±1% в сташкс. ±15% в динамике.

4. Проведены экспериментальные исследования на деиавуюншх обра щах элекфоирнвода, под1вердивп1ие научную обоснованное!ь основных меюдических. схемок-хпичеекпх и программных решений, принятых в paóoie. С’иоема пбсснечннас! качественное формирование токов в двигателе, коэффициент нелинейных искажений токов в диапазоне частот от 20 до 50 гц не более 9%, пульсации скорости, вышапные пульсациями нагрузки, не более 6% от средней скорости, характеристика управления линейная, параметры всех элементов силового преобразователя находятся в норме, реализованы все основные защиты двигателя и преобразователя.

5. На основе выполненных исследований разработан автоматический регулятор доя дозировочного насоса «АРДН-З», обеспечивающий регулирование подачи насосов в разомкнутых и замкнутых системах автономно или в составе АСУ Til. Концерном «Российские насосы» освоено серийное производство АРДН-З. Колес чем трехгодичной эксплуатацией регуляторов на различных ТЭЦ и других предприятиях подтверждена их эффективность и надежность.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Бирюков A.B., Микати Омар, Носач C.B., Острнров В.11. Объектно-ориентированный частотно-регулируемый асинхронный электропривод на современной элементной базе // Электротехника.- 1995.-№6. С.14-17.

2. Бирюков A.B., Носач C.B., Остриров В.Н. Частотно-регулируемый электропривод для дозировочных насосов // Вторая международная научно-техническая конференция: Тез. докл.-Москва, МЭИ, 3-5 октября 1995г. — С.39.

3. Бирюков A.B., Носач C.B., Остриров В.Н. Частотпо-регулирусмый электропривод для дозировочных насосов // II Международная конференция по электромеханике и электротехнологии. Часть II.: Тез. докл. — Москва, МЭН, 1-5 октября 1996г. — С96.

4. Бирюков A.B. Автоматический регулятор для дозировочных насосов // Международная научно-техническая конференция: Тез. докл. — Москва, МЭИ. !99бг. — С.67.

Типография МЭИ, Красноказарменная. 13.