38477

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСА ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Контрольная

Производство и промышленные технологии

1 Функциональная схема автоматизированного электропривода насоса На рис.1 представлена функциональная схема автоматизированного электропривода насосной станции. Схема показывает принцип работы буровой насосной станции после установки станции управления насосами.1 – Функциональная схема автоматизированного ЭП насоса 3.

Русский

2013-09-28

7.66 MB

61 чел.

3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСА ВОДОСНАБЖЕНИЯ

3.1 Функциональная схема автоматизированного электропривода насоса

На рис. 3.1 представлена функциональная схема автоматизированного электропривода насосной станции. Схема показывает принцип работы буровой насосной станции после установки станции управления насосами. Станцией управления является преобразователь частоты Lenze ESMD 113L4TXA .

Рисунок 3.1 – Функциональная схема автоматизированного ЭП насоса
3.2
Выбор силового оборудования

По данным расчетов выбираем преобразователь частоты производства Lenze (табл. 3.1).

Таблица 3.1 – Паспортные данные преобразователя частоты ESMD 113L4TXA

ESMD 113L4TXA

Мощность двигателя, кВт

11

Выходной ток, А

24

Выходное напряжение, В

380 – 480 (3 фазы)

Максимальная частота, Гц

50

Входящее напряжение, В

380 – 480 (3 фазы)

Степень защиты

IP20

Законы регулирования

U/f=const; U/f2=const U/f=var (7 разных точек)

Исходящая частота, Гц

0 – 50

Преобразователи ESMD 113L4TXA являются трехфазными преобразователями частоты для регулирования скорости вращения двигателей переменного тока. В поставляемом с завода виде по своим функциям и настройкам в первую очередь предназначается для использования с насосами и вентиляторами.  На рисунке 3.2  изображена схема размеров и минимальных расстоянии при монтаже Lenze ESMD113L4TXA

Рисунок 3.2 –Размеры Lenze ESMD113L4TXA


В таблицы 3.2 размеры и минимальных расстоянии при монтаже Lenze ESMD113L4TXA

Таблица 3.2 – Размеры Lenze ESMD113L4TXA


а (мм)

а1 (мм)

b (мм)

b1 (мм)

b2 (мм)

с (мм)

s1 (мм)

s2 (мм)

146

137

197

140

17

182

30

100

На рисунку 3.3 изображена принципиальная  схема щита управления НС№2

Рисунок 3.3–Электро-схема щита управления НС№2

Специальная методика широтно-импульсной модуляции с регулируемой частотой импульсов обеспечивает бесшумность работы двигателя. Основное назначение преобразователей этой серии является управление работой вентиляторного и насосного оборудования общего назначения.

Однако они с успехом могут использоваться для управления силовыми электроустановками тяговых и транспортировочных механизмов, систем подачи и протяжки, фасовочно-дозаторных устройств и прочих узлов, требующих координации скорости вращения вала привода.

Многочисленные функции защиты великолепно защищают преобразователь и двигатель.

Основными функциями преобразователя частоты Lenze ESMD113L4TXA являются:

  •  пуск и регулирование скорости двигателя;
  •  реверс;
  •  ускорение, замедление, остановка;
  •  защита двигателя и преобразователя;
  •  динамическое торможение;
  •  простая конструкция, малые габариты и масса;

Технические характеристики

  •  управления двигателем линейное или квадратичное;
  •  частота ШИМ устанавливается пользователем: 4, 6, 8 и 10 kHz ;
  •  динамическое торможение двигателя и торможение постоянным током;
  •  встроенный PI-регулятор для эффективной работы привода в замкнутой системе автоматического регулирования;
  •  последовательный интерфейс RS-485 (MODBUS-RTU);
  •  перегрузочная способность - 150% от номинального момента в течение 60 сек.;
  •  4 дискретных входов;
  •  1 аналоговый вход (0…20мА, 4...20мА, 0…5В или 0...10В);
  •  1 аналоговый выход;
  •  1 цифровой релейный выход;
  •  S-кривая;
  •  Выходная частота: 0…500Гц (по запросу: 0…1000Гц);
  •  Класс защиты: IP 20;

На рисунке 3.4 – Функциональная схема подключения преобразователя Lenze ESMD113L4TXA

Рисунок 3.4 Схема подключения преобразователя Lenze

В таблице 3.3 указаны  данные подключения преобразователя Lenze (рис. 3.3 )

Таблица 3.3 – данные подключения ESMD113L4TXA

71

Последовательный порт связи RS-485 RXB/TXB (B+)

72

Последовательный порт связи RS-485 RXB/TXB (A-)

7

Источник питания аналогово входа

8

Аналоговый вход 0...10В

9

Источник питания постоянного тока, +10В, макс. 10мА

20

Источник питания для дискретных входов, +12В, макс. 20мА

28

Дискретный вход старт\стоп

E1

Дискретный вход 1

E2

Дискретный вход 2

E3

Дискретный вход 3

А1

Настраиваемый дискретный выход

62

Настраиваемый аналоговый выход

К14

Релейный выход

К12


Приемущества ESMD113L4TXA

  •  Обеспечивает хорошие тягово-экономические показатели;
  •  Не требуют высококвалифицированного персонала для работы обслуживания;
  •  Имеют плавную характеристику запуска, торможения и остановки;
  •  Имеют функцию защиты двигателя;
  •  Имеют охлаждающий радиатор, позволяющий монтировать преобразователь в шкафу;
  •  Имеет встроенный фильтр ЕМС класса А.

Частотный регулятор Lenze ESMD113L4TXA может заменить следующие преобразователи:

  •  Веспер E2-8300-015H
  •  LG Industrial Sistems SV110-iG5A и SV110-iP5A
  •  Altivar 31 ATV31HD11N4
  •  Delta Electronics VFD-B VFD110B43A
  •  Emotron FDU40-031
  •  Omron F7 CIMR-F7Z4011
  •  Control Techniques SK2403
  •  ABB ACS350-03E-23A1-4
  •  Vacon NXL 0023 5C2H1
  •  Danfoss VLT 2880
  •  Toshiba VFS11-4110PL

3.3 Математическое моделирование линейной модели АД средствами

пакета Matlab

Моделирование - методы познания закономерностей развития систем, их взаимодействие с другими системами, прогнозирования и управления. Математическое моделирование заменяет реальные объекты и их свойства математическими аналогами и устанавливает соответствие между свойствами реального объекта и его характеристик модели. Основной принцип математического моделирования заключается в том, чтобы заменить реальные объекты математическими уравнениями которые впоследствии возможно смоделировать в различных технических программах.

Основными причинами, побуждающими вместо реальных испытаний прибегать к моделированию, являются:

1). Сложность или невозможность перевода объекта исследования в испытательный режим. Для такого перевода требуется, как правило, внесение изменений в штатную схему управления объектом.

2). Невозможность проведения исследований аварийных режимов, например, коротких замыканий, несинхронного включения генераторов на параллельную работу.

3). Дороговизна проведения экспериментов и исследований объекта. Большие расходы на контрольно-измерительную аппаратуру.

Необходимость изготовления множества переносных и временных приспособлений.

4). Длительный подготовительный период перед проведением экспериментов. Необходимо также привлечение к подготовке и проведению эксперимента большого числа специалистов предприятия, на котором расположен объект исследования.

5). Ограниченность во времени возможностей проведения экспериментов и количества повторяющихся опытов. Практическая невозможность повторения экспериментов.

Моделирование в настоящее время превратилось в одну из методологических основ исследования сложных систем управления. Особенно велика его роль в тех случаях, когда управление технологическим процессом осуществляется с помощью ЭВМ. В связи с этим изучение методов и проведение математического моделирования электромеханических систем и систем электропривода является очень важным. Существует много способов моделирования АД и системы ПЧ-АД, рассмотрим наиболее распространенные:

3.3.1. Линейная модель АД

Самой простой моделью АД является линейная модель. Недостатком данной модели является то, что она является приемлемой лишь при таких изменениях управляющих воздействий, когда мы не выходим за пределы линейной части характеристики нельзя рассчитать прямой пуск АД на полные U и f . Но можно рассчитать пуск при линейном изменении U и f . Можно рассчитывать переходные процессы изменения нагрузки, предварительно оценив пределы изменения момента.

3.3.2. Моделирование в 3-фазной системе координат

Для решения задач, выходящих за рамки линейной модели, необходимо моделировать АД по полной системой уравнений (моделирование в 3-фазной системе координат).При составлении уравнений используются предположения, связанные с понятием идеализированной машины. Для описания переходных процессов в АД необходимо составить уравнения электрического равновесия для всех контуров, и уравнения движения ротора. АД подают как систему магнитосвязанных обмоток, расположенных на статоре и роторе (рис.3.5). Потокосцепления любой фазы АД определяется величиной собственной индуктивности катушки и взаимной индуктивности со всеми другими обмотками.

Рисунок 3.5 – Схема обмоток статора и ротора

Наиболее сложными моментами при моделировании является то, что взаимное пространственное расположение обмоток ротора и статора меняется, в результате чего изменяется и величина взаимной индуктивности между этими обмотками.

Основными недостатками является громоздкость, большое количество нелинейных элементов, необходимость решать промежуточную систему линейных уравнений.

3.3.3. Метод изображения векторов

Этот способ представляет собой систему координатных осей, неподвижную

в пространстве (рисунок 3.6).

Рисунок 3.6 – Система координатных осей с изображающим вектором

Из центра системы координат проведем вектор, причем длина вектора выбирается равной амплитуде фазного тока. При вращении вектора Isз угловой скоростью ω проекции этого вектора будут описываться системой уравнений. Таким образом с помощью одного вращающегося вектора можно создать симметричные синусоидальные токи фаз. Этот вектор называют изображующим.

Модель АД в изображающих векторах, имеет вид:

Этой системой уравнений можно пользоваться только для анализа симметричных режимов.

3.3.4.Уравнение АД в ортогональной системе координат

Из рассмотренных ранее моделей АД видно, что уравнения в трехфазной системе координат являются громоздкими и плохо поддаются решению. Для упрощения системы дифференциальных уравнений АД целесообразно использовать метод линейной замены переменных. Линейное преобразование переменных состоит в том, что выходные переменные в уравнениях заменяют на новые, линейно связаны с выходными. В теории моделирования электромагнитных и электромеханических процессов в электрических машинах рассматривают 3 основные координатные системы, что является отдельными случаями рассматриваемой ортогональной системы.

Координатная система, неподвижная относительно ротора - “d, q,0 ”.

Эта система чаще всего применяется для анализа синхронных и асинхронных машин при несимметрии ротора. Удобство этой системы заключается в том, что электрическая машина, в магнитном отношении, является симметричной независимо от углового /положения ротора.

Система “d,q,0” является единственной, что приводит дифференциальные уравнения синхронной машины к системе уравнений с постоянными коэффициентами.

Координатная система неподвижна относительно статора АД - “ ”, в ней ωk=0. Эта система координат находит применение при моделировании АД в симметричных режимах работы.

Координатная система неподвижна относительно поля статора - “u,v,0”, в ней ω0=ωk. Система находит применение при исследовании частотно управляемых электроприводов и групп электрических машин.

Преобразования напряжения являются постоянными величинами

После проведенных расчетов моделируем исследуемую систему в пакете Matlab, синтезируем систему для задания и изменения частоты .

На рисунке 3.7  изображена структурная схема изменения частотного (fn) управления АД в пакете MatLAB

 

Рисунок 3.7 – Структурная схема изменения частотного (fn) управления АД

В приложении С на рисунке 3.8 изображена структурная схема асинхронного электропривода по линейной модели АД-насос в пакете MatLAB

После построения модели, в пакете Matlab, получим графики переходных характеристик двигателя, согласно этих графиков возможно увидеть реакцию двигателя на изменение любого параметра. Для данной расчетной работы нам нужно было получить переходные процессы при регулировке двигателя с помощью преобразователя частоты.

На рисунках 3.9-3.11 изображены переходные процессы АД- насос

Рисунок 3.9 – Переходные процессы по скорости

Рисунок 3.10 – Переходные процессы по давлению

Рисунок 3.11 – Переходные процессы по расходу


Приложение С

Рисунок 3.8 – Структурная схема асинхронного электропривода полинейной модели АД-насос


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

72358. Исследования в области СО. Качественные и количественные методы исследования 13.22 KB
  Качественные методы исследования в PR используются для изучения индивидуального аспекта восприятия PRсообщений имиджа PRкампании в целом. Результатом качественных методов исследования в PR являются неструктурированные текстовые материалы содержащие прямую речь которая в свою очередь...
72359. Регуляция мышечного тонуса, позы и движений: Учебно-методическое пособие 5.93 MB
  Любая поза тела за исключением лежания представляет собой результат непрерывной борьбы систем регуляции активности скелетных мышц с действием силы тяжести. Это осуществляется благодаря тоническому напряжению мышц тела которые крепятся к многочисленным подвижным звеньям скелета...
72362. Элементарная математика: Общие методы решения уравнений и неравенств (Часть 1): Учебно-методическое пособие 2.96 MB
  В пособии представлены первые две части раздела «Общие методы решения уравнений и неравенств» курса «Элементарная математика». В нём содержится тематический план, базовые теоретические положения с выделением основных типов и методов решения задач, список задач для индивидуальной работы...
72363. Программирование на языке высокого уровня СИ/СИ++ 622 KB
  Пособие разработано для студентов очной и заочной формой обучения по соответствующей специальности. Может использоваться для самостоятельной работы, при выполнении практических и лабораторных работ, при подготовке курсовых и дипломных работ: преподавателем соответствующей дисциплины в учебном процессе.
72364. Анатомия и морфология высших растений 2 MB
  Морфология и анатомия растений – науки, изучающие соответственно внешнее и внутреннее строение тела растений. Их важнейшими задачами являются описание и наименование органов и тканей растительного организма, ведь без достаточного понятийного аппарата невозможно развитие ни самих этих наук, ни других разделов ботаники.
72365. Обладнання нафтогазової галузі і умови його експлуатації: Лабораторний практикум 5.71 MB
  Нафтогазове обладнання на даному етапі це високотехнологічні конструкції, які працюють в умовах значних і складних навантажень, що призводить до зношування окремих його деталей та інструменту. Загальне ознайомлення з вказаним обладнанням розширить знання студентів...
72366. Логика: Учебно-практическое пособие 1.08 MB
  Цель курса логики в системе образования наряду с вышеотмеченной мировоззренческой состоит в том чтобы полученные знания позволили: 1 лучше ориентироваться в функциях выполняемых различными элементами разговорного и научного языка в различных коммуникативно-познавательных ситуациях...