Модернизация электропривода сетевого насоса ТЭЦ АО «Славмо»

Параметры заземлителя могут быть уточнены за счёт проверочного расчета. Согласно предварительной схеме – в принятом нами заземлителе суммарная длина горизонтального электрода Lr = 50 м, а количество вертикальных электродов n= 10 шт.Определяем расчетные сопротивления растеканию электродов вертикального R1 и горизонтального Rпо формулам:.Далее, имея в виду, что принятый нами заземлитель контурный и что n=10шт, а отношение a/Iв = 5/5 = 1, определяем коэффициенты использования электродов заземлителя вертикальных - 0,59, горизонтального - 0,62.Теперь по формуле (2.23) находится сопротивление рассеканию принятого группового заземлителяНаходим сопротивление растеканию принятого нам группового заземлителяЭто сопротивление меньше требуемого, но так как заземлитель используется одновременно для установок напряжением до 1000 В разница между ними не велика (0,22 Ом) и она повышает условия безопасности, принимаем этот результат как окончательный.В результате, проектируемый заземлитель – контурный, состоит из 10 вертикальных стержневых электродов длиной 5м, уголок 30 х 30мм и горизонтального электрода в виде стальной полосы длиной 50 м, сечением 3 х 30, заклубленных в землю на 0,6 м.3 Проектирование системы управления3.1 Разработка структурной схемы силовой частиСиловая часть электропривода состоит из преобразователя частоты и электродвигателя [16]. Динамические свойства преобразователя частоты совместно с блоками измерения и преобразования координат могут быть упрощенно учтены апериодическим звеном с передаточной функцией (3.1):где - эквивалентный передаточный коэффициент преобразователя .Эквивалентный передаточный коэффициент преобразователя может быть найден из выражения (3.2):где , - номинальное фазное напряжение на выходе преобразователя, В; - максимальное напряжение системы управления, В.Численное значение коэффициента передачи преобразователя частоты:Эквивалентная постоянная времени преобразователя (Тпч, с) складывается из времени задержки включения ШИМ и времени, затрачиваемого процессором на преобразование и вычисление сигналов (Тпр=1мс). Время задержки ШИМ определиться (3.3):Численное значение постоянной времени преобразователя:Электродвигатель представляется передаточными функциями электромагнитной и механической частей, соединенными последовательно[17]. Электромагнитная часть представляет из себя передаточную функцию от напряжения статора к току статора (3.4):где - суммарное сопротивление двигателя определяется по формуле (3.5):где - активное сопротивление выходного фильтра на выходе АИН, Ом - активное сопротивление обмотки статора, Ом - приведенное активное сопротивление обмотки ротора, Ом - коэффициент электромагнитной связи ротора.Взаимная индуктивность асинхронного двигателя определяются (3.6):Индуктивность рассеяния статора [5]:Индуктивность фазы статора (3.7):Индуктивность рассеяния ротора Индуктивность фазы ротора (3.8):Индуктивность рассеивания асинхронного двигателя (3.9):Коэффициент электромагнитной связи определяется по формуле (3.10):Численное значение суммарного сопротивления двигателя определится по формуле (3.5):Электромагнитная постоянная времени электродвигателя определяется по формуле (3.11):Механическая часть асинхронного двигателя представляется интегрирующим звеном с передаточной функцией (3.12):Структурная схема силовой части электропривода представлена на рисунке 3.1.Рисунок 3.1 – Структурная схема силовой части электропривода.Таким образом производится расчет составляющих модели силовой части "преобразователь частоты - асинхронный двигатель".3.2 Синтез контура регулирования тока статораКонтур регулирования тока статора выполнен с отрицательной обратнойсвязью по току.Измерение тока производится с помощью датчика тока статора. Датчиком тока статора являются трансформаторы тока, которые установлены в цепи постоянного тока между выпрямителем и автономным инвертором напряжения.Датчик тока осуществляет гальваническое разделение цепей управления от силовых цепей и усиление по напряжению.Некомпенсируемая постоянная времени контура регулирования тока статора:Разомкнутый контур регулирования тока, построенный на технический оптимум с учетом неединичной обратной связи имеет передаточную функции (3.13) [18]:где=Тпр постоянная времени преобразователя частоты; , коэффициент настройки па технический оптимум;кот- коэффициент обратной связи по току, определяется из условия работы контура тока в установившемся режиме при наличии напряжения задания. В этом случае выходной сигнал регулятора тока должен быть постоянным, т. к. I1= const .Коэффициент обратной связи по току (3.14):Передаточная функция объекта регулирования имеет вид (3.15):Передаточная функция регулятора тока статора имеет вид (3.16):Таким образом, регулятор тока при настройке контура на технический оптимум должен быть пропорционально-интегральным.Окончательно передаточная функция регулятора тока статора имеет вид (3.17):Коэффициент регулятора тока, определяется (3.18):где - коэффициент регулятора тока. Постоянная интегрирования регулятора тока статора, определяется:где - постоянная интегрирования регулятора тока статора.Структурная схема регулирования тока представлена на рисунке 3.2.Рисунок 3.2 – Структурная схема регулирования токаСтруктурная схема контура регулирования тока в численных значениях, выполненная в программе MatlabSimulinkпредставлена на рисунке 3.3.Рисунок 3.3 – Структурная схема контура регулирования тока в численных значенияхПереходный процесс в настроенном контуре тока представлен на рисунке 3.4.Рисунок 3.4 – Переходный процесс в настроенном контуре токаПо графику 3.4 находим показатели качества переходного процесса:– перерегулирование σ=4,27 %;– время переходного процесса – 0,0094 с.– число колебаний - nк=1.– время первого максимума – 0,0069 с.ЛАХЧ и ЛФЧХ контура регулирования тока представлены на рисунке 3.5.Рисунок 3.5 – ЛАХЧ и ЛФЧХ контура регулирования токаЗапасы устойчивости:- запас устойчивости по амплитуде – 60 Дб;- запас устойчивости по фазе – 24,7 0.Условие устойчивости соблюдено.Полученные показатели качества переходного процесса удовлетворяют требованиям, предъявляемым к электроприводу.Из приведенного анализа ЛАХЧ и ЛФХЧ контура регулирования тока можно сделать вывод об устойчивости данной системы. Показатели качества переходного процесса соответствуют стандартной настройке на модульный оптимум, примененной в данном контуре.3.3 Синтез контура регулирования скоростиКонтур регулирования скорости выполнен с отрицательной обратной связью.Разомкнутый контур регулирования скорости, настроенный на симметричный оптимум (3.20):где - коэффициент обратной связи по скорости, определяемый по (3.21):Угловая скорость идеального холостого хода двигателя, рассчитывается (3.22):где – угловая скорость идеального холостого хода двигателя.ас=8, коэффициент настройки контура скорости.Передаточная функция объекта регулирования (3.23):Передаточная функция регулятора скорости (3.24) и коэффициенты регулятора скорости (3.25, 3,26): Некомпенсируемая постоянная времени контура регулирования скорости (3.27):Численное значение коэффициента усиления регулятора скорости:.Численное значение постоянной времени интегрирования регулятора скорости:Для уменьшения перерегулирования устанавливаем на вход управления контура апериодическое звено (фильтр) с постоянной времени Тф=4, передаточная функция которого приведена в выражении (3.28):На рисунке 3.6 приведена структурная схема контура регулирования скорости.Рисунок 3.6 – Структурная схема контура регулированияскоростиСтруктурная схема контура регулирования скорости в численных значениях приведена на рисунке 3.7.Рисунок 3.7 – Структурная схема контура регулирования скорости в численных значенияхПереходный процесс в настроенном контуре регулирования скорости представлен на рисунке 3.8.Рисунок 3.8 – Переходный процесс в настроенном контуре регулирования скоростиПо графику 3.8 находим показатели качества переходного процесса:– перерегулирование σ=8,81 %;– время переходного процесса – 0,0204 с.– число колебаний - nк=1.– время первого максимума – 0,0116 с.ЛАЧХ и ЛФЧХ контура регулирования скорости представлены на рисунке 3.9.Рисунок 3.9 – ЛАЧХ и ЛФЧХ контура регулирования скоростиЗапасы устойчивости:- запас устойчивости по амплитуде > 60 Дб;- запас устойчивости по фазе – 24,7 0.Условие устойчивости соблюдено, т.к. график ЛАЧХ пересекает ось частот быстрее нежели график ЛФЧХ пересекает линию 1800.Полученные показатели качества переходного процесса удовлетворяют требованиям, предъявляемым к электроприводу.4 Моделирование режимов работы электропривода4.1 Расчет естественных механических и электромеханическиххарактеристик двигателяМодуль жесткости механической характеристики определяется по формуле:где - критический момент, Нм; - номинальное скольжение.;Номинальное скольжение:Электромагнитная постоянная времени:где =2p–угловая частота;Проведем расчет и построение естественной механической w=f(M) и электромеханической w= f(I2) характеристик.Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя представлена на рисунке 4.1.Рисунок 4.1 – Естественная механическая характеристика асинхронного двигателяЭлектромеханическую характеристику строим согласно выражению (4.8):Естественная электромеханическая характеристика асинхронного двигателя представлена на рисунке 4.2.Рисунок 4.2 – Естественная электромеханическая характеристика АДНесмотря на то, что в разомкнутой системе асинхронный двигатель не может работать на неустойчивой части механической характеристики, в замкнутой системе автоматического регулирования асинхронный привод может быть устойчивым, обеспечивая плавное регулирование скорости.Жесткость разомкнутой системы:- для минимальной характеристики:- для максимальной характеристики:Жесткость замкнутой системы может быть определена из выражений (4.18) и (4.19):- для минимальной характеристики:;- для максимальной характеристики:Расчёт представленных характеристик позволил получить представление о жёсткости характеристик двигателя при минимальной и максимальной скорости. 4.2 Моделирование динамических характеристикДинамические режимы работы характеризуются приложением нагрузки и реакции системы на это воздействие. На рисунке 4.3 представлена схема структурная схема системы регулирования при приложении нагрузки. Все параметры схемы были рассчитаны ранее, в главе 3, там же проведен анализ системы регулирования на устойчивости. Рисунок 4.3 – Структурная схема системы регулирования при приложении нагрузкиГрафик изменения скорости при приложение нагрузки представлен на рисунке 4.4.Рисунок 4.4 – График изменения скорости при приложение нагрузкиПредставленных характеристики позволяют заключить, что разработанная система электропривода, построенная на базе высоковольтного преобразователя частоты со скалярным управлением отрабатывают необходимые воздействия и выдерживают допустимые перегрузки. Таким образом, подтверждается правильность выбора высоковольтного преобразователя частоты для работы насоса в условиях ТЭЦ на предприятии АО «СЛАВМО».ЗаключениеВ данной курсовой работе проведена модернизация сетевого насоса в ТЭЦ на предприятии АО «СЛАВМО».В первой главе представлено описание модернизируемого объекта. Отмечено, что насосные станции представляют собой сложный электрогидравлический технический комплекс сооружений и оборудования, в котором осуществляется преобразование электрической энергии в механическую энергию потока жидкости и управления этим процессом преобразования. Предлагаемый для модернизации насос в настоящее время работает от асинхронного электродвигателя, который запитан напрямую от высоковольтной сети. Приведены требования к автоматизированному электроприводу. Во второй главе проведен расчёт и выбор электродвигателя, преобразователя частоты и других элементов силовой части электропривода. В качестве двигателя предлагается использовать АДО-800-60004У3 номинальной мощностью 800 кВт и синхронной частотой вращения 1500 об/мин. В качестве преобразователя частоты предлагается использовать МELTRAC-F500HV, мощностью 1000 кВт. Данный ПЧ имеет особенность в виде многоуровневого построения из низковольтных ячеек. Подобная конструкция существенно удешевляет стоимость высоковольтного ПЧ по сравнению с аналогичными модели с одной высоковольтной ячейкой. В третьей главе проведен расчёт и настройка регуляторов тока и скорости в системе автоматического регулирования. Проведенные расчёты подтверждаются проверкой в программе MatlabSimulink, где было доказано, что разработанная система автоматического регулирования устойчива. В четвёртой главе выполнен расчёт и построение естественной механической и электромеханической характеристики асинхронного двигателя. Отмечено, что в замкнутой системе привод обеспечивает плавное регулирование скорости, что и требуется при скалярной системе функционирования. Предполагается, что данный двигатель может работать при существенно увеличенных нагрузках. Учитывая, что производство АО "Славмо" расширяется (что подтверждается официальным сайтом предприятия), то не будет необходимости устанавливать дополнительные насосы. Кроме того, для объектов в виде насосов чаще всего применяются высоковольтные мощные двигатели. Поэтому, проведённые расчеты и выбранные элементы электропривода актуальны.Список использованных источниковОфициальный сайт предприятия АО «СЛАВМО». [Электронный доступ]: http://www.slavmo.ru/o-kombinate.Розанов Ю. К. Основы силовой электроники. — Москва, издательство Энергоатомиздат, 1992. –296 с.Соколовский, Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для вузов / Г. Г. Соколовский. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 272 с. Высоковольтный частотно-регулируемый привод сетевой установки котельной с питанием от автономного турбогенератора мощностью 900 кВт. [Электронный доступ]:http://www.ic-art.ru/resh_enrg/turbogen/Как правильно выбрать лучшую модель центробежного насоса. [Электронный доступ]: https://viborprost.ru/texnika/any/kak-vybrat-centrobezhnyj-nasos.html?ampЦентробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостатки. [Электронный доступ]: http://met-all.org/nasosy/tsentrobezhnyj-nasos-ustrojstvo-printsip-dejstviya.html.Фащиленко В.Н Регулируемый электропривод насосных и вентиляторных установок горных предприятий. М: Горная книга, 2010.Ключев В.И. Теория электропривода [текст]. – М.: Энергоатамиздат, Изд.3-е. - 2001. – 697с.Бычков В. П. Электропривод и автоматизация отраслей промышленности М. Высш. школа, Изд. 2е. - 2009, - 391с.Компания «Univolts». Высоковольтные двухтрансформаторные преобразователи частоты [электронный ресурс]. http://univolts.ru/trademap/electric/invertors/highvoltage/2trans.Решение компании Vacoon для управления высоковольтными электродвигателями. Техническое руководство. – 2009. – 15 с. Гусев, Б.И. Транзисторный двухтрансформаторный мостовой преобразователь постоянного напряжения /Б.И.Гусев, Д.О. Овчинников // Силовая электроника. – 2005. – №2. – С. 48-52.Петушков, М.Ю. Повышение ресурсоэффективности эксплуатация высоковольтных асинхронных электроприводов: дис.док.техн.наук: 05.09.03 / Петушков Михаил Юрьевич. – Магнитогорск., 2015. – 226 с.Горев А.А. Переходные процессы асинхронной машины. – М. –Л.: Госэнергоиздат, 1950. Башарин, А. В., Примеры расчета автоматизированного электропривода/ А. В. Башарин, В. Ф. Голубев, В. Г. Кегшерман - Л. : Энергия, 1972. -440 с.С.Г. Герман-Галкин Силовая электроника.Лабораторные работы на ПК.; СПб.: Учитель и ученик, КОРОНА принт, 2002. — 304 с.Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. – Санкт-Петербург: Профессия, 2003. – 752 с.Черных И.В. «Моделирование электротехнических устройств в Matlab, SimPowerSystems и Simulink». – М.:ДМК Пресс, 2008. – 288с.