Рассмотрен центробежный насос ГрАТ-4000. Приведены технические характеристики и рабочие показатели насоса. Собрана информация об установленном двигателе и его параметрах. Произведено моделирование режимов работы электродвигателя. Сняты пусковые характеристики синхронного двигателя. Предложены варианты применения других систем электропривода. Сделаны выводы об изменении энергоэффективности оборудования в зависимости от применяемой системы электропривода.
ГрАТ-4000 – это центробежный грунтовый насос, конструктивно выполненный в виде консольного одноступенчатого насоса, горизонтально расположенного на отдельной стойке, с приводом от электродвигателя через упругую муфту. Рабочее колесо у таких насосов закрытого типа. Они предназначены для перекачивания гравийных, песочно-гравийных, шлаковых, золошлаковых и других абразивных гидросмесей с водородным показателем рН 6,8 плотностью до 1300 кг/м³, с температурой до 70 °С. У насосов типа ГрАТ внутренний корпус выполнен из износостойкого сплава. Конструкция насоса дает возможность относительно легко и быстро заменять подвергающийся износу внутренний корпус, состоящий из улитки и защитного диска.
В качестве электродвигателя насоса ГрАТ-4000 выступает синхронная машина. Синхронные машины имеют широкое распространение и выпускаются в большом диапазоне мощностей и частот вращения. В энергетике их применяют в качестве турбогенераторов и гидрогенераторов на электростанциях. В промышленных установках большое применение находят синхронные двигатели и генераторы. Синхронные двигатели предназначаются для приводов, не требующих регулирования частоты вращения, таких как насосы, компрессоры, шаровые мельницы, вентиляторы, двигатель-генераторные установки. Мощность установленного синхронного двигателя насоса составляет 1600 кВт, его марка СДНЗ-2. Остальные параметры двигателя можно узнать из справочной литературы.
Для реализации задачи по анализу энергоэффективности нашего оборудования собираем математическую модель пуска синхронного двигателя в среде MatLab. Пакет программ MatLab предназначен для аналитического и численного решения различных математических задач, а также для моделирования электротехнических и электромеханических систем, благодаря приложениям Simulink и SimPowerSystem. Целью моделирования является построение характеристик зависимости тока, момента и угловой скорости вращения электродвигателя от времени пуска, а также определение времени переходного процесса.
Модель представляет собой принципиальную схему, состоящую из трехфазного источника напряжения, выключателя, синхронного двигателя, ряда блоков для имитации нагрузки на валу двигателя и задания напряжения обмотки возбуждения, блока для измерения основных параметров двигателя, осциллографа для графического отображения тока, момента, скорости вращения и других параметров синхронного двигателя.
Когда синхронный двигатель запускается, напряжение возбуждения в обмотке отсутствует. Двигатель запускается в асинхронном режиме с токами, наведенными в демпфере и обмотке. В цепь обмотки возбуждения включено сопротивление для получения приемлемого тока возбуждения и ограничения напряжения, наведенного в обмотке возбуждения. Затем, когда скорость достигает заданного значения, примерно равного синхронной скорости, двигатель синхронизируется с частотой системы. В модели двигатель запускается без нагрузки, после включения выключателя Three-Phase Breaker при времени t = 0,1 с. Когда частота вращения ротора достигает 99 % от синхронной, добавочное сопротивление в обмотке отключается и скорость выходит на номинальное значение. В то же время, механическая мощность увеличивается с нуля до 50% от номинальной мощности. Двигатель выходит на свою синхронную частоту вращения примерно за время t = 2,3 с.
В результате моделирования получаем графики тока, скорости и момента при пуске синхронного двигателя.
Из графика тока следует, что при пуске ток двигателя достигает значения 6,5 кА, что близко к току короткого замыкания системы и превосходит ток уставки пусковой аппаратуры, которое равно 10⋅IH (4,5 кА). После выхода двигателя на свою номинальную (синхронную) скорость вращения ток устанавливается на значении 450 А, что соответствует его номиналу.
По графику скорости определяем, что после пуска двигателя, при наборе скорости вращения равной 99% от номинальной, происходит процесс синхронизации частоты вращения синхронного двигателя с частотой питающей сети, и скорость выходит на своё синхронное значение 500 об/мин через 2,3 секунды после запуска двигателя.
График момента показывает, что максимальное значение момента при включении синхронного двигателя достигает 5800 Н⋅м, затем оно выходит на пусковое значение 2700 Н⋅м, а после набора синхронным двигателем своей номинальной скорости момент снижается до 50 % от номинального, что составляет 520 Н⋅м. Практически десятикратная разница между максимальным и номинальным моментами будет неблагоприятно сказываться на работе электродвигателя в моменты запуска.
Рассмотрев математическую модель синхронного двигателя, и произведя моделирование, мы получили параметры тока и момента, не удовлетворяющие условиям энергоэффективности, экономичности и надежности нашего технологического оборудования. Также при более детальном моделировании не удалось добиться уменьшения смоделированных пусковых характеристик электродвигателя.
В качестве альтернативы используемого синхронного двигателя для системы электропривода насоса ГрАТ-4000 можно предложить систему ТРН-АД – тиристорный регулятор напряжения – асинхронный двигатель. При использовании данной системы управления получаем значительное улучшение всех пусковых значений. Имеем более плавный пуск за счёт уменьшения пускового момента и более долгий срок службы оборудования за счёт уменьшения пускового тока. Также уменьшение пусковых токов приведет к экономии электроэнергии.
Библиографическая ссылка
Рушкин Е.И., Семёнов А.С. АНАЛИЗ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА ПРИ ПОМОЩИ МОДЕЛИРОВАНИЯ В ПРОГРАММЕ MATLAB // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 8-2. – С. 341-342;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=32367 (дата обращения: 18.04.2024).