CC BY
11
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2008 р. Вип. №18
УДК 621.316.11:621.67
Гоголюк П. Ф.1, Лисяк В.Г.2
ВПЛИВ ФУНКЦ1Й ЧАСТОТНОГО КЕРУВАННЯ НА ЕФЕКТИВШСТЬ РЕЖИМ1В ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНО! СИСТЕМИ П0МП0В01 СТАНЦП
Здтснено анал1з i пор1вняння ефективност1 усталених режим\в електропостачалъног системы помпово! станцп при застосуеант частотного керуеання асинхронним двигуном агрегату та традицтного керування еитратою за допомогою дроселъних засуеок. Обгрунтовано застосуеання частотного керуеання асинхронними деигунами azpezamie великоi nomyjKHoemi з широким д1апазоном еитрат робочо! pidunu.
Вступ
На сучасному стагп розвитку математичного моделювання вщсутш ефективш моде л i низки електроприймач1в, яю складаються з нерозривно пов'язаних \пж собою пристрош pí3hoi ф1зично! природи з урахуванням ixhíx автоматичних регуляторíb. Це не дозволяе здшенювати комплексний анал1з ixhíx режим1в i процеав з урахуванням взаемного зв'язку, що ускладнюе розроблення автоматичних систем керування (АСК) та BHoip ixhíx функцш керування.
Запропонована в [1] математична модель усталених рсжи\пв електропостачально! системи помпово! станцп надае можливють здшенювати розрахунки цих рсжи\пв. розглядаючи електричну та пдравл1чну частини тако! станцп як едину ф1зичну систему.
Метою дано! роботи е пор1вняння результата застосування функцш керування напругою та частотою напруги статора асинхронного двигуна агрегату асинхронний двигун - вщцентрова помпа помпово! станцЛ' та традицшного способу керування витратою агрегату шляхом дроселювання за допомогою математично! модел1 [1].
Осноена частина
Узагальнену схему електричних i пдравл1чних сполучень помпово! станцп мапстрального нафтогону зображено на рис. 1. 3a6ip робочо! рщини зд1йснюеться з танку п1д незначним додатковим статичним тиском Ндод (його зображено у в игл яд i окремого тиску пунктирною лшею). Послщовно працюють шдшрш та ochobhí помпи агрегат1в АД-ВП1 - АД-ВП5. Також до складу станцп входять:
- перетворювач1 частота й напруги ПЧН1 - ПЧН5;
- трансформатори arperaTÍB TI - Т5;
- трансформатор електроенергетично! системи Тс;
- поперечш пристро! kovinchcauií реактивно! потужносп (в даному випадку !х не враховано).
Трансформатори, пристро! kovinchcauií реактивно! потужносп. перетворювач1 частота й напруги показано в ycix можливих мюцях встановлення.
Об'емна витрата робочо! рщини р1вна О,,, тиск рщини агрегату дор1внюе рHd(Qd). Повний виклад запропоновано! в [1] математично! модел1 усталених режим1в електропостачально! системи помпово! станцп е значним за обсягом. Тому в данш статп автори обмежились перетвореними р1вняннями математично! модел1 усталених режим1в в1дцентрово! помпи та асинхронного двигуна, яю сформовано в окремих для АД i ВП жорстко зв'язаних, вщповщно, з обертовим магштним полем статора АД d,. q, [2, 3, 4] та робочим колесом ВП d. q [5, 6] ортогональних координатах у вщносних базових одиницях. Докладний опис ycix змшних, що входять до складу математично! модель наведено в [1].
1 Нацюнальний ушверситет "Льв1вська пол1техн1ка", канд. техн. наук, доц/
2 Нацюнальний ушверситет "Льв1вська пол1техшка", ст. викладач
Рис. 1 - Схема електричних i гщравл1чних сполучень помпово! стан m i
Математична модель усталених режим!в вщцентрово! помпи:
{R0ei +R\ei)Q\ldi ~®ri (Х0ei + Xle, ) Qllqi ~ KeiQlldi + &r,X0e,Ql2qi ~ H Odi =
(XOei + X1 ei ) Qua + (^0ei + Rlei ) Qllq, ~ ЙriXOeiQlldi ~ KeiQllqi ~ H11 q, = 0: (R0ei + R2ei)Ql2di ~ &ri {X0ei + X2ei )Ql2qi ~ R0eiQlldi + ®riXOeiQllqi + Hddi = (); ®ri {X0ei + + fc + R2ei)Q22qi ~ ®гДOeiQlldi ~ КМщ, ~ Hdq, = ^
4Hl*+Hi.-<Ho*=
- V&+ & cosCP6&/) = 0;
fff!qiQ:>2Ji ^dJiQ.'?.:,: = Математична модель усталених режим1в асинхронного двигуна:
¡sds, ~ 03 s, (/'.v/.k/.v, + ^S^s, ) ~~ = ^ '
^ ^адя, + ^sjsdsf + ^Sds, ) ~~ Uffn. = 0 ; % hrds, - (®,, - %) [hrthm + )/«,,. = 0;
гц кщ*. + - ®г,. )(Аг/1«й, + ч'&й,)/°ч = 0; (11)
+ч/8№)/°ч =0; (12)
)/«Ч=о; (13)
+ (ЛгА,- + ) ~~ Дин,- О^бА,- = 0 5 (14)
+ + г а,- ) ~~ Дин,- ; = О ; (15)
и,*,= (16)
Розглянемо дскллька функцш керування агрегатом АД в усталених його режимах.
Керуеання напругою та частотою напруги статора АД за функщею М. Костенка. Для математично! моде л 1 АД, сформовано! у вщносних одиницях, функщя [7] мае виг ляд:
-^8чЬл)МепЪ1Мепп , (17)
де и^ - амплпудне значения лшшно! напруги статора АД; 0)л. соь - вщповщно частота напруги статора АД та базова частота; Мет - електромагштний момент АД; /„//,. 1.щь ~ струм статора АД в ¿4, с), координатах; Ч/,;,/. Ч^ - потокозчеплення вщ магштного потоку повпряного пром1жку АД в с!,, с), координатах.
Керуеання напругою та частотою напруги статора АД за максималъним ККД АД. У цьому випадку функщя керування мае вигляд [8]:
^ (18)
де ка, к,;1. кУ1:, - вщповщно коефщенти втрат потужносп вщ намагшчувального струму, в стал1 магштопроводу та змшних втрат АД; (3 - коефщент, значения якого залежить вщ марки електротехшчно! стал1, з яко! виготовлено осердя АД, 1 може бути в межах (1,2.. 1,5).
Керуеання еитратою агрегату АД-ВП шляхом дроселюеання. Для моделювання цього випадку функщя керування напругою та частотою статора АД, а також р1вняння перетворювач1в частота й напруги вилучаються. Напруга й частота напруги статора АД не регулюються, а повнютю визначаються параметрами шших елемештв схеми. Дросельна засувка моделюеться введениям у схему, що на рис. 1, послщовно з гщромережею рН\(0\) додаткового гщроопору ще! засувки !(„„„ (зображено пунктирною лппею). Внаслщок цього дшений тиск рНд агрегату буде р1вним не рН\(0\). а:
рёНд=РёН1(<21) + РёНдод (19)
Для тестових розрахунюв було застосовано агрегата 1-2 (асинхронний двигун А03-4008-6У2, вщцентрова помпа 14 НДсН) та 3-5 (асинхронний двигун 4АЗМВ-1600/6000У2-5, вщцентрова помпа (ЗО 300/2/100 (б)).
3 метою пор1вняння основних показниюв усталених режим1в зображено! на рис. 1 електропостачально! системи помпово! станцп побудовано графши залежносп !хнього процентного покращення вщ витрати робочо! рщини. Ц1 графши наведен! на рис. 2-4. Процентне покращення показниюв обчислено пщ час застосування керування напругою та частотою напруги статор ¡в асинхронних двигушв у пор1внянш з традищйним керуванням витратою робочо! рщини шляхом дроселювання.
Графши, вщм1чеш • круглими маркерами, стосуються керування напругою та частотою напруги статора АД за функщею М. Костенка.
Графой. вщм1чеш X - под1бними маркерами, стосуються керування напругою та частотою напруги статора АД за максимальним ККД АД.
Тестовий розрахунок множини усталених режим1в помпово! станцп. що на рис. 1, здшснювався шляхом змши витрати Од у межах вщ 0,\5(2дном до 1,00(2дном за умови пщтримання номшального тиску рgHднoм. Зазначено! змши витрати робочо! рщини досягалось:
1 - керуванням напругою та частотою напруги статора АД за функщею М. Костенка;
2 - керуванням напругою та частотою напруги статора АД за максимальним ККД АД;
3 - традищйним керуванням витратою робочо! рщини агрегату АД - ВП шляхом маншуляцш з дросельною засувкою.
Отримаш результата виявляють значне покращення показншав усталених режим1в с л с ктр о постачал ь н о!' системи помпово! станин.
3 метою !хньо! узагальнено! оцшки було поршняно ссрсдн1 значения цих показншав на дослщжуваному д1апазош витрат робочо! рщини.
У випадку застосування будь-яко! з дослщжених функци' керування напругою та частотою напруги статор!в асинхронних двигушв спостер1гаеться значне покращення показншав усталених рсжп\пв, При знпжснш витрати робочо! рщини у середньому на дослщжуваному д1апазот:
- коефщент корисно! дп ЕПС помпово! станщ! зростае на 75,7 %;
- споживана активна потужшсть ЕПС помпово! станцп зменшуеться на 26,8 %;
- коефщент потужносп со8(ф) ЕПС помпово! станцп зростае на 16,5 % 1 стабшзуеться в межах 0,89-0,93 в усьому дюпазош витрат.
Витрата. о б о.
Рис. 2 - Процентне збщыпення коефкцента корисно! дп ЕПС помпово! станцп
Витрата. в б,о.
с,15 0,24 0,32 0,41 0,49 0,58 0,66 0,75 0,вз 0,92 1,00
Рис. 3 - Процентне зменшення споживано! активно! потужносп ЕПС помпово! станцп
Витрата. в.6.о.
Рис. 4 - Процентне збшьшення коефщента потужносл соэ(ф) ЕПС помпово! станцп
Висновки
Здшснено анашз i пор1вняння результате застосування функцш ксрування напругою та частотою напруги статора асинхронного двигуна агрегату асинхронний двигун - вщцентрова помпа помпово! станцп та традицшного способу керування витратою агрегату шляхом дроселювання.
Частотне керування витратами агрегате АД-ВП значно пщвшцуе ККД i коефпцент потужносп станцп. Разом 3i значним зниженням напрет статорiв асинхронних двигушв це призводить до зменшення споживання активно! та реактивно! потужностсй у всьому д!апазош витрат, а особливо - при !хшх низьких значениях. KpiM того, стабшзуеться в межах номшального значения соэ(ф), що значно спрощуе задачу компснсацп реактивно! потужносл.
Значна сконо\пя слсктроснсргп. вщчутне зменшення негативного впливу на електромережу обгрунтовують застосування в електропостачальних системах помпових станщй частотного керування асинхронними двигунами агрегатж велико! потужностп що працюють з широким д1апазоном витрат робочо! рщини.
Перел1к посиланъ
1. Лисяк В.Г. Математичне моделювання усталених рсжи\пв електропостачально! системи помпово! станцп / В.Г. Лисяк II Техшчна с л с кт р о д и н а м i ка. - 2008. - № 2. - С. 43-50
2. Филъц Р.В. Математические основы теории электромеханических преобразователей / Р.В. Филъц. - К.: Наук, думка, 1979. - 208 с.
3. Применение аналоговых вычислительных машин в энергетических системах / Под ред. Н.И. Соколова. - М.: Энергия, 1970. - 400 с.
4. Сипайлое Г.А. Математическое моделирование электрических машин / Г.А. Сипайлое, А.В. Лоос. - М.: Высш. шк, 1980. - 176 с.
5. Костшшт B.C. Моделювання рсжи\пв роботи вщцентрових насошв на основ! електро-пдравлгчно! аналоги / B.C. Костиишн. - Iвано-Франiciвськ: Факел, 2000. - 163 с.
6. Gogolyuk P. Mathematical Modeling of Steady-State Modes of Induction Motor-Centrifugal Pump Combination with Pump Hydraulic Tracts Combined Connection / P. Gogolyuk, V. Lysiak. V. Kostyshvn II Proc. of the XIII International Symposium of Theoretical Electrical Engeneering. - Lviv, Ukraine, 2005. - P. 353-356.
7. Костенко М.П. Электрические машины / М.П. Костенко, Л.М. Пиотровский. - Л.: Энергия, 1973. - Ч. 2,- 648 с.
8. Илъиииский Н.Ф. Энергосбережение в электроприводе / Н.Ф. Илъиниский, Ю.В. Рожанкоеский, А.О. Горное. - М.: Высш. шк.., 1989. - 127 с.
Рецензент: Л.О. Никонець, д-р техн. наук, проф., НУ "Львтська полггехшка''
Стаття надшшла 15.02.2008
