CC BY
36
воды в ёмкости осуществлялось в процессе теплообмена с грунтом.
Полученные результаты экспериментальных исследований лабораторного оборудования, позволяющего моделировать тепловые процессы в металлических водонапорных башнях, выявили достоверность расчётных параметров на уровне свыше 90% (рис. 2).
40 t-
01-i-1-1-i-1-i-1-1-i
0 2 4 Б 8 10 12 14 16 18 время,ч
Рис. 2 — Результаты расчётных и экспериментальных данных исследования процесса обледенения гидросооружений
Можно утверждать достоверно, что полученная математическая модель адекватно описывает процессы теплопередачи в подземных ёмкостях и приемлема при проектировании устойчивых к обледенению водонапорных башен с подземными ёмкостями для эксплуатации в периоды устойчивых отрицательных температур.
Вывод. Применение программы для ЭВМ, основанной на разработанном алгоритме, учитывающем параметрическую вариабельность схемотехниче-
ских решений водонапорных башен, адекватную характеристикам льдообразования в контрольный период водопотребления, позволяет сократить себестоимость проектируемой конструкции в 1,5 раза ещё на этапе до её технической реализации.
Литература
1. Асманкин Е.М., Рязанов А.Б., Фомин М.Б. Использование низкопотенциальной геотермальной энергии для предотвращения льдообразования в металлических водонапорных башнях // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2015. № 6. С. 7 - 28.
2. Асманкин Е.М. Способ повышения устойчивости водонапорной емкости к обледенению / Е.М. Асманкин, И.А. Ра-химжанова, М.Б. Фомин [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 2 (58). С. 48 - 49.
3. Кухлинг, Х. Справочник по физике: пер. с нем. Е.М. Лей-кина. 2-е изд. М.: Мир, 1985. 520 с.: ил.
4. Сотников А.Г. Теплофизический расчёт теплопотерь подземной части здания // АВОК. 2010. № 8. С. 62 - 67.
5. Фомин М.Б. Экспериментальное исследование процесса льдообразования водонапорных емкостей с комбинированным подводом энергии / М.Б. Фомин, Е.М. Асманкин, И.А. Рахимжанова [и др.] // Совершенствование инженерно-технического обеспечения технологических процессов в АПК. Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2017. С. 46 — 50.
6. Асманкин Е.М. Водонапорная башня / Е.М. Асманкин, М.Б. Фомин, И.А. Рахимжанова [и др.] // Официальный бюллетень «Изобретения. Полезные модели» RU 162119,
2016. Бюл. № 15.
7. Петько В.Г., Рязанов А.Б. Совершенствование конструктивных параметров водонапорных башен Рожновского для повышения устойчивости к обледенению // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2009. № 4. С. 85 - 86.
8. Петько В.Г. Процесс обледенения металлической водонапорной башни в системах водоснабжения объектов сельского хозяйства, выполненной по типу «бак-стойка» / М.Б. Фомин, В.Г. Петько, С.А. Соловьев [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета.
2017. № 5 (67). С. 129 - 132.
9. Петько В.Г., Рязанов А.Б. Перспективы усовершенствования водоснабжения в АПК // Состояние, перспективы экономико-технологического развития и экологически безопасного производства в АПК. Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2010. С. 524 - 527.
10. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2015618683 РФ. Расчёт размеров подземной части ёмкости водонапорных башен с ветроэнергетической установкой / Е.М. Асманкин, В.Г. Петько, М.Б. Фомин, А.Б. Рязанов, .А. Рахимжанова.
Частотный преобразователь в системах регулируемого электропривода насосных установок
В.В. Пугачёв, ст. преподаватель, А. В. Володин, магистрант, В.В. Кононец, магистрант, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ
В настоящее время в системах электропривода технологических машин все чаще находит применение система управления частотой вращения электрического двигателя, позволяющая снизить потребление электрической энергии и тем самым произвести ее экономию в тех случаях, когда работа привода возможна не в номинальном режиме.
Материалы и методы исследования. Регулируемый электропривод состоит из электрического двигателя (постоянного или переменного тока), передаточного механизма, в роли которого могут
применяться редукторы, муфты, трансмиссии и системы управления. При построении систем регулируемого электропривода технологических машин, в частности насосных агрегатов, могут быть использованы технические средства, позволяющие изменять в широком диапазоне частоту вращения всей системы в целом или же только самого агрегата, оставляя постоянной частоту вращения вала приводного электродвигателя.
При построении систем регулируемого электропривода в качестве приводных электродвигателей находят применение в основном асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Частота вращения вала асинхронного электродвигателя находится по выражению:
60
/ Р
(1 - *),
(1)
соотношения описываются уравнениями закона частотного регулирования Костенко [1, 5]:
где / — частота питающей сети, Гц; р — число пар полюсов; б — скольжение.
Из выражения (1) следует, что изменить частоту вращения вала приводного электродвигателя возможно, воздействуя с помощью специальных технических устройств на частоту питающей сети, на скольжение электрической машины и на количество пар полюсов статорной обмотки. Поэтому изменяя один из этих параметров или их совокупность, возможно повлиять на значение частоты вращения вала и соединенного с ним насосного агрегата.
В зависимости от типа изменяемого параметра электродвигателя существуют три типа регулируемого электропривода переменного тока:
1) частотный-регулируемый электропривод, в состав которого входит ключевой силовой преобразователь, изменяющий постоянную частоту подаваемого на электродвигатель напряжения в переменную, с возможностью плавного изменения, частоту, от которой зависит частота вращения вала двигателя;
2) многоскоростной электропривод, имеющий в составе устройство, изменяющее схему соединения обмоток статора электродвигателя и тем самым меняющее число пар полюсов двигателя (р=1, 2, 3 и т.д.). Данный тип электропривода будет обеспечивать ступенчатые изменения частоты вращения насосного агрегата;
3) электропривод, в своем составе содержащий устройство, изменяющее скольжение электродвигателя или вариатора, находящегося между валом насосного агрегата и валом электродвигателя [1, 2].
В составе большинства регулируемых электроприводов насосных агрегатов в настоящее время используется частотный преобразователь, который выполняет изменение практически постоянных сетевых параметров напряжения и и частоты А в напряжение и2 и частоту /2, требуемые для системы управления насосным агрегатом. С изменением частоты О происходит и изменение частоты вращения вала электродвигателя (рис. 1) [3, 4].
Результаты исследования. При создании систем с частотно-регулируемым электроприводом необходимо предусмотреть выполнение определенных условий, которые влияют на работу приводного двигателя, а именно его перегрузки по рабочему потребляемому току, создаваемому статорной обмоткой магнитному потоку, а также поддержанию в определенных пределах его энергетических показателей, в частности коэффициента мощности. Для этого необходимо обеспечить выполнение определенных соотношений между электрическими величинами в процессе работы преобразователя, которые, в свою очередь, зависят от вида механической характеристики насосного агрегата. Данные
Ц _ /1
и
(2)
где/,/2 — частоты; М1, М2 — моменты времени.
Рис. 1 - Основные виды регулируемого электропривода, используемого в насосных установках: а) - частотный; б) - асинхронно-вентильный каскад; в) - на базе вентильного электродвигателя; г) - с электромагнитной муфтой скольжения:
1 - асинхронный электродвигатель; 2 - управляемый выпрямитель частотного преобразователя; 3 - инвертор; 4 - центробежный насос; 5 - согласующий трансформатор; 6 - сглаживающий дроссель; 7 - неуправляемый выпрямитель; 8 - датчик положения ротора в пространстве; 9 - система импульсно-фазового управления инвертора (СИФУ); 10 - управляемый реостат; 11 - однофазное выпрямительное устройство; 12 - щётки; 13 - контактные кольца; 14 - индуктор; 15 - обмотка возбуждения; 16 - якорь
Если насосный агрегат работает без статического напора и его механическая характеристика описывается уравнением квадратичной параболы, то необходимо выполнение условия:
и и2
—7 _ —2т _ евтг.
Я /
(3)
Если насосный агрегат работает со статическим напором, то должно выполняться условие:
и _ и 2
/ 2 /
1+* 2
(4)
где к — показатель степени в уравнении механической характеристики насоса.
В системах регулируемого электропривода насосных агрегатов при их практическом применении выполняется условие:
и, и2
—L = —- = const
/г Л
(5)
На рисунке 2 представлены механические характеристики асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором при применении частотного регулирования и выполнении условия выражения (5). При изменении частоты /2 изменяется не только вид механической характеристики, но и происходит снижение максимального момента, развиваемого электродвигателем, при уменьшении /2.
Рис. 2 - Механическая характеристика частотного регулируемого электропривода при максимальных (1) и пониженных частотах (2)
Элементная база современных преобразователей частоты основана на применении биполярных транзисторов с изолированным затвором (ЮВТ), на базе которых изготавливают силовые ключевые модули, обладающие малым падением напряжения, высокой скоростью переключения, а также допускающие коммутацию больших токов при высоких рабочих напряжениях [6, 7].
Построенные на основе ЮВТ-модулей преобразователи частоты на базе автономного инвертора напряжения с векторным алгоритмом управления и широтно-импульсной модуляцией характеризуются высоким значением коэффициента мощности во всем диапазоне изменения выходной частоты. Функциональная схема преобразователя, построенного по такому принципу, представлена на рисунке 3.
Рис. 3 - Схема частотного регулируемого электропривода на ЮВТ-модулях: 1 - блок вентиляторов; 2 - источник питания; 3 - выпрямитель неуправляемый; 4 - панель управления; 5 - плата пульта управления; 6 - блок широтно-импульсной модуляции; 7 - блок преобразования напряжения; 8 - плата системы регулирования; 9 -драйверы; 10 - предохранители блока инвертора; 11 -датчики тока; 12 - асинхронный короткозамкнутый двигатель; Q1-Q3 -выключатели силовой цепи, цепи управления и блока вентиляторов; К1, К2 - контакторы заряда конденсаторов и силовой цепи; С - блок конденсаторов; R1-R3 -резисторы ограничения тока заряда конденсаторов, разряда конденсаторов и узла слива; VT - силовые ключи инвертора (ЮВТ-модули); L - дроссель
Вывод. В результате рассмотрения вариантов построения систем регулируемых электроприводов мы пришли к выводу, что наиболее перспективным и широко применяемым типом является частотно-регулируемый электропривод, преобразователь в системе которого строится на современной силовой элементной базе, в частности на ЮВТ-модулях.
Литература
1. Лезнов Б.С. Частотно-регулируемый электропривод насосных установок. М.: Машиностроение, 2013.
2. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. М.: Издательский центр «Академия», 2006.
3. Онищенко Г.Б. Электрический привод: учебник для студентов высших учебных заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2006.
4. Перельмутер В.М. Прямое управление моментом и током двигателей переменного тока. Харьков: Издательство «Мова рос», 2004.
5. Масандилов Л.Б., Москаленко В.В. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Издательство «Энергия», 1978.
6. Епифанов А.П., Гущинский А.Г., Малайчук Л.М. Электропривод в сельском хозяйстве. СПб.: Издательство «Лань», 2016.
7. Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: учеб. пособие для вузов. Л.: Издательство «Энергоиздат», Ленинградское отделение, 1982.
