Курсовая работа (т): Автоматизированный частотный электропривод насосной установки

Автоматизированный частотный электропривод насосной установки

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ГОУ ВПО

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

Кафедра электротехники и автоматики

Курсовой проект

на тему: «Автоматизированный частотный электропривод насосной установки»

Выполнил: студент гр. ЭА-51

Митрохин П.Н.

Руководитель: Авербух М.А.

Белгород 2013

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.

Принимаем кинематическую схему установки, представленную на рис. 2.1.

Рис. 2.1 Кинематическая схема насосной установки

.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:TP 65-190/2

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

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 характеристику:

1)      - характеристика насоса;

при ω=:

при ω=:

)        - характеристика магистрали.

Рис. 2.2 Гидравлические характеристики насоса и сети

3. Выбор силовых элементов системы ППЧ-АД

.1 Выбор 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

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

Преобразователь имеет следующие характеристики:

·        Метод управления:

)        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).

.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 S43E.

Технические данные дросселя представлены в табл. 3.2

.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 I_АВотк - 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.

4. Обоснование закона управления при частотном способе управления

.1 Сравнительный анализ существующих законов управления

Существует три метода частотного управления:

·        скалярное;

·        векторное;

·        прямое управление моментом (разновидность векторного управления).

Скалярное управление применяется для «спокойной» нагрузки, диапазон регулирования D = 5: 1 при разомкнутой системе, и D = 20: 1 при замкнутой. Отличительной особенностью скалярного управления является то, что управление происходит по модулю величин со стабилизацией регулируемых параметров в статике. Недостаток скалярного управления в том, что невозможно контролировать параметры в динамике (ψ, i, M).