Способы регулирования электродвигателей насосов

Изменение частоты вращения рабочего колеса

Изменение частоты вращения рабочего колеса. Этот способ регулирования в экономическом отношении значительно эффективнее остальных.

При изменении частоты вращения рабочего колеса насоса с n₁ до n₂ его характеристики Q-H, Q-N , и Q— η изменяются по закону подобия:

где Q_A , Н_A , N_A – подача, напор и мощность насоса, соответствующие частоте вращения рабочего колеса n₁ ;
Q_B , Н_B , N_B – подача, напор и мощность насоса, соответствующие частоте вращения рабочего колеса n₂ .

При неизменной характеристике сети 4 (рис. 25) подача насоса уменьшится с Q_A до Q_B .

Рис. 25. Характеристики насоса и сети при регулировании изменением частоты вращения рабочего колеса

Так как во всех режимах работы напор насоса равен сопротивлению сети, сокращаются непроизводительные потери в системе «насос-сеть». Экономичность при регулировании насосов изменением частоты вращения n снижается только от того, что рабочая точка системы при изменении n отклоняется от режима максимального КПД. Это отклонение тем больше, чем больше статическая составляющая сопротивления сети.

Данный способ достаточно просто может быть реализован, если насосы имеют привод от двигателей с переменной частотой вращения: турбин, гидродвигателей и др. Возможные методы изменения частоты вращения лопастных насосов представлены в табл. 1 .

В большинстве случаев насосы имеют привод от асинхронных короткозамкнутых электродвигателей, частота вращения которых не регулируется. Для регулирования частоты вращения насосов с приводом от асинхронного короткозамкнутого электродвигателя рекомендуются следующие системы:

с механическим редуктором (с регулируемым числом передачи);
с электромагнитной муфтой скольжения;
с электромагнитной муфтой с явно выраженными полюсами;
с индукторными муфтами;
с гидромуфтами (гидротрансформаторами).

Во всех этих случаях асинхронный двигатель работает в номинальном режиме, однако более чем в два раза увеличиваются габаритные размеры агрегата. Для электромагнитных муфт необходим источник постоянного тока. КПД систем не превышает 0,6.

Регулировать асинхронные короткозамкнутые двигатели можно за счет изменения частоты в сети, числа пар полюсов двигателя или скольжения ( табл. 2 ).

КПД электродвигателя зависит от его нагрузки, т.е. отношения рабочей мощности насоса к номинальной мощности двигателя. При регулировании подачи насоса частотой вращения с помощью асинхронного двигателя с фазным ротором необходимо учитывать также потери в регулирующем реостате, определяемые из выражения:

где η_дв – полный КПД двигателя с реостатом;
η_ас.дв – КПД асинхронного двигателя, зависящий от нагрузки;
n – рабочая частота вращения вала двигателя;
n_н – номинальная частота вращения вала двигателя.

При регулировании частоты вращения с помощью тиристорного преобразователя частоты его КПД определяют в зависимости от отношения выходного рабочего напряжения к номинальному:

где u, М, n – рабочие значения напряжения, момента и частоты вращения вала насоса;
u_н, M_н, n_н – номинальные значения тех же величин.

Для регулирования подачи насоса предложен комбинированный способ, сочетающий изменение частоты вращения рабочего колеса насоса с дросселированием . На рис. 26 изображены характеристики насоса 1 и сети 3.

Рис. 26. Характеристики насоса и сети при регулировании изменением частоты вращения рабочего колеса и дросселированием

Подача насоса, определяемая их пересечением, равна Q_a. Пусть требуется изменить подачу насоса до величины Q_c и при этом напор должен быть минимально допустимым и в процессе регулирования не снижаться меньше Н_доп. Для этого сначала осуществляют дросселирование трубопровода до расхода, определяемого соотношением:

(характеристика сети определяется кривой 4), а затем уменьшают частоту вращения рабочего колеса до значения

где n_о – исходная частота вращения насоса.

При этом рабочая точка переходит в точку С, а характеристика насоса определяется кривой 2.

Источник

Регулирование частоты вращения электродвигателей

Подписка на рассылку

Порядка 70% потребляемой промышленностью мощности, приходится на электропривод. Огромное разнообразие технологических процессов диктует свои правила, вследствие чего, появилась необходимость в изменении скорости вращения электродвигателя непосредственно во время технологического процесса. В данной статье мы раскроем различные способы регулирования скорости вращения электродвигателей.

Параметры, изменив которые, мы изменим скорость двигателя переменного тока (ДПТ):

частота напряжения;

число пар полюсов;

величина напряжения;

добавочное сопротивление в цепи ротора;

вентильный каскад.

Изменяемые параметры для ДПТ:

напряжение питания;

сопротивление цепи обмотки якоря;

магнитный поток.

Методы регулирования частоты вращения электродвигателя

Далее мы подробно рассмотрим эти способы и их применимость к различным типам электродвигателей.

Частотное регулирование

Наиболее эффективный, постоянно совершенствующийся способ.
Применение: двигатели переменного тока (синхронные и асинхронные с кз ротором).
Корректируя частоту питающего напряжения, мы изменим угловую скорость магнитного поля статора, следовательно, скорость двигателя в значительном диапазоне, имея достаточно жесткие механические характеристики. Для сохранения в норме коэффициента мощности и допустимости кратковременных перегрузок, меняя частоту, следует изменять и саму величину питающего напряжения.

Преимущества способа:

обширный диапазон регулировки;

«жесткость» механических характеристик;

минимум потерь «скольжения», мощности.

Недостаток — высокая стоимость (в последние годы становится менее актуально).

Регулирование изменением числа пар полюсов

Применение: т.к. промышленность не выпускает серийно синхронные двигатели с изменяемым количеством пар полюсов, будем считать, что способ актуален только для асинхронных двигателей (далее АД) с кз ротором.
Способ реализуется изменением числа пар полюсов у обмоток. Этого можно добиться, изготовив двигатель с двумя независимыми обмотками. Но этот метод приводит к удорожанию конструкции и увеличению размеров машины. Поэтому наиболее выгодным является увеличение числа пар полюсов без использования второй независимой обмотки.
Промышленностью выпускаются двухскоротсные, трёхскоростные и четырёхскоростные электродвигатели.

Достоинства:

экономичность;

«жёсткие» механические характеристики.

Недостатки:

ограниченное количество возможных скоростей;

ступенчатость переключения скоростей.

Изменение питающего напряжения

Применение: асинхронные двигатели.

Изменять напряжение на статоре можно, включая в его цепь резисторы (старый и неэкономичный способ), автотрансформаторы или тиристорные регуляторы.
При регулировании скорости изменением напряжения, критический момент пропорционален квадрату подводимого напряжения. Снижается устойчивость к кратковременным перегрузкам и КПД, поэтому метод предпочтителен при «вентиляторной» нагрузке. Еще один недостаток — малый диапазон регулирования.

Добавочное сопротивление в цепи ротора

Применение: АД с фазным ротором.
При изменении сопротивления ротора прямо пропорционально изменяется скольжение. Но величина критического момента остается постоянной. Это позволяет подобрать сопротивления так, чтобы уравнять критический момент с пусковым, что благоприятно сказывается на пуске двигателя под нагрузкой.

Достоинства способа:

простота реализации;

критический момент = const;

Недостатки:

большие потери (при изменении скорости половина мощности тратится на выделение тепла);

малый диапазон;

«мягкие» механические характеристики.

Асинхронный вентильный каскад

Применение: АД с фазным ротором.

Смысл регулирования каскадными схемами заключается в подаче в цепь ротора добавочной ЭДС. Изменяя добавочную ЭДС ротора, мы изменяем ток ротора, а значит его момент и скорость. Создать добавочную ЭДС, помимо устройства вентильного каскада, может и ДПТ — машинно-вентильный каскад.

Достоинства:

Минимум сопутствующей силовой и контактной аппаратуры;

плавность регулировок;

малая мощность управления.

Недостатки:

стоимость;

низкий коэффициент мощности;

плохая устойчивость к перегрузкам.

Изменение напряжения питания якоря

Применение: любые ДПТ.
Способ можно использовать если источником электрической энергии является генератор. Реализовать от общей сети невозможно.

Достоинства:

плавность регулировок;

простота пусков и торможений;

экономичность.

Недостатки:

необходимость трехкратного преобразования энергии→низкий КПД;

три электрические машины в системе;

дорогая эксплуатация.

Введение добавочного резистора в цепь якоря

Применение: любые ДПТ.

Заключается в последовательном включении в цепь якоря регулировочного реостата. Но способ не получил распространения ввиду своей неэкономичности и плохого влияния на КПД двигателя, т.к. в цепи реостата теряется очень большое количество энергии.

Регулирование изменением магнитного потока

В цепь возбуждения двигателей параллельного и смешанного возбуждения подключается реостат. В машинах последовательного возбуждения изменение магнитного потока в обмотке возбуждения производится шунтированием этой обмотки регулируемым сопротивлением. Максимальная скорость вращения двигателя ограничивается лишь механической прочностью якоря. Скорость двигателя регулируется в диапазонах 2:1-5:1, в частных случаях 8-10:1.

Преимущества:

минимальные потери→экономичность;

широкий диапазон регулирования

Недостатки:

невозможно бесконечно уменьшать ток в обмотке возбуждения, двигатель уйдет «в разнос».

Источник

Регулирование подачи насоса.

Основной задачей регулирования подачи насоса является подача в сеть расхода Q(м 3 /ч), заданного определенным графиком. При этом характеристики насоса, такие как Н(напор), p(давление), N(мощность) и η(коэффициент полезного действия) имеют тенденцию изменяться.

Однако сеть трубопроводов и потребители накладывают на некоторые из параметров определенные условия. Например насосы должны создавать определенные потребителем расход и давление, отвечающее гидравлическим свойствам системы трубопроводов.

Содержание статьи

Компрессоры в некоторых случаях работают на сеть с переменным Q, но должны обеспечить постоянное давление р (например, пневматический инструмент) в других случаях они работают с постоянным Q при переменном р.

Таким образом возможны различные варианты регулирования подачи. Самые актуальные способы регулирования подачи насоса рассмотрены в этой статье.

Дроссельное регулирование при постоянной частоте оборотов.

Предположим, что насос подключен так, как показано на схеме.

Отложим на графике характеристики напора, мощности и КПД центробежного насоса при постоянном числе оборотов.

На этом же графике изобразим характеристику трубопроводной сети, на которую работает насос. При этом считается, что регулирующий дроссель открыт полностью.

Установившийся режим работы центробежного агрегата возможен только если напор насоса равен напору, расходуемому в системе. Это равенство наблюдается в точке а.

В случае прикрытия дросселя на напорной трубе точка а передвинется по характеристике влево и займет положение а / , задав новые значения параметров Q / , H / , N / . Дальнейшее перекрывание дросселя вызывает смещение характеристики трубопроводной системы ещё больше вверх, и точка а передвигается в точку а // , дающую значения параметров Q // , H // , N // и т.д.

Следовательно, дроссельное регулирование при постоянной частоте вращения достигается введением дополнительного гидравлического сопротивления в сеть трубопроводов машины.

Поскольку наибольшая подача достигается при полностью открытом дросселе (точка а), дроссельное регулирование применяют только с целью уменьшения подачи. Энергетическая эффективность такого регулирования низка, но благодаря своей простоте этот способ широко применяется.

При дроссельном регулировании центробежных машин, подающих жидкость, дроссель располагают на напорной трубе. Если расположить его на всасывающей трубе, то при глубоком регулировании может возникать кавитация.

Изменение частоты вращения вала

В тех случаях, когда имеется возможность изменять частоту вращения вала двигателя, приводящего в движение центробежную машину, целесообразно воспользоваться этим вариантом.

Насос подключен к трубопроводу так же, как и в предыдущей схеме и работает при частотах вращения n1, n2, n3, причем n1

Источник

Регулирование центробежных насосов

При рассмотрении характеристики насосной установки было выяснено, что гидравлические величины насоса изменяются в зависимости от расхода в системе трубопроводов. Насос и внешняя сеть составляют единую систему, установившийся режим работы которой возможен лишь при определенных условиях, когда соблюдается равенство расходов через насос и сеть при одном и том же напоре. Этому соответствует одна рабочая точка.

Между тем величина расхода изменяется по времени в соответствии с чем должна перемещаться и рабочая точка насосной установки. Для этого необходимо принудительно изменять характеристику насоса или сети. Процесс изменения характеристики сети или насоса для обеспечения заданного расхода называется регулированием.

1) изменением характеристики трубопровода путем частичного перекрытия его задвижкой,

2) изменением характеристики насоса путем перехода на другое число оборотов,

3) изменением характеристики путем поворота лопаток рабочего колеса или направляющего аппарата.

При эксплуатации водопроводных и канализационных насосных станций применяются первые два способа регулирования.

1 — Дроссельное регулирование позволяет изменить расход с помощью задвижки, расположенной на напорной линии в непосредственной близости от насоса. Этот способ наиболее прост, так как не требует внесения в насосную установку дополнительных устройств. Вместе с тем он экономически невыгоден, так как часть напора теряется на преодоление сопротивления задвижки. Дросселирование с помощью задвижки, установленной на всасывающей трубе, не рекомендуется, так как это может вызвать кавитацию. Каждому положению диска задвижки соответствует новая характеристика трубопровода (рис. 52),

Рис. 52. Регулирование насоса с помощью задвижки.

поэтому рабочая точка перемещается по характеристике насоса. Регулирование напорной задвижкой применяется на насосных станциях первого подъема при колебаниях уровня воды в источнике.

2 — Регулирование путем изменения числа оборотов насоса не влечет значительного изменения к. п. д. Оно осуществимо при применении двигателя с плавным изменением числа оборотов или путем введения между двигателем и насосом специальных устройств.

В подавляющем большинстве случаев насосные станции и установки оборудованы электродвигателями переменного тока, работающими с постоянным числом оборотов. В связи с этим регулирование центробежных насосов путем изменения числа оборотов не получило широкого распространения и применяется только в тех случаях, когда насос приводится двигателем, работающим с различным числом оборотов.

При этом способе регулирования изменяется характеристика насоса при неизменной характеристике трубопровода. Характеристика насоса изменяется так, что рабочая точка перемещается по характеристике трубопровода. Рассмотрим в общих чертах двигатели и устройства, позволяющие осуществить регулирование насосов изменением числа оборотов.

Электродвигатели постоянного тока позволяют плавно изменять число оборотов посредством реостата и при наличии общей электросети постоянного тока весьма удобны для регулирования насосов. Однако электродвигатели постоянного тока в настоящее время для этих целей почти не применяются из-за необходимости в установке преобразователей при питании от сети переменного тока.

Паровые и газовые турбины пригодны для регулирования числа оборотов центробежных насосов, так как при незначительном изменении числа оборотов, как это обычно требуется для насосов, к. п. д. этих двигателей изменяется незначительно. Однако турбины на насосных станциях применяются редко в связи с громоздкостью вспомогательных устройств и трудностью обслуживания в условиях насосной станции.

Они находят применение лишь на крупных насосных станциях, предназначенных для питания больших промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций. В некоторых случаях турбины применяются также в качестве резерва на случай выхода из строя общей энергосистемы.

Двигатели внутреннего сгорания могут работать с различным числом оборотов, что позволяет применять их в качестве регулирующего привода насосов. Для этих двигателей не требуется специальной котельной, так как топливо и воздух вводятся непосредственно в цилиндр двигателя, где происходит горение.

Наибольшее распространение в качестве основных двигателей на насосных станциях получили электродвигатели переменного тока, несмотря на невозможность регулирования числа оборотов без специальных устройств.

На водопроводных и канализационных насосных станциях применяются асинхронные и синхронные электродвигатели переменного тока. Из них наибольшее применение имеют асинхронные машины, так как они не требуют сложных пусковых устройств.

При небольшой мощности насосов применяют короткозамкнутые электродвигатели, а при мощности свыше 20 квт рекомендуется применять асинхронные электродвигатели с фазным ротором. Разница между ними состоит в том, что обмотка короткозамкнутого двигателя замкнута внутри ротора, а у двигателей с фазным ротором обмотка соединяется с наружным пусковым реостатом через три контактные кольца с щетками.

Перед пуском такого двигателя в цепь ротора вводится дополнительное сопротивление, благодаря чему при включении увеличивается пусковой момент, а число оборотов нарастает постепенно, без значительного увеличения пускового тока. При достижении нормальных оборотов сопротивление выводится из цепи ротора, а обмотка его закорачивается.

Применение синхронных электродвигателей требует установки сложных пусковых устройств, поэтому синхронные электродвигатели применяют для насосных агрегатов мощностью более 100 квт. Трехфазные асинхронные и синхронные электродвигатели при работе без специальных устройств дают постоянное число оборотов. Однако с применением специальных устройств эти машины можно регулировать в необходимых для насоса пределах.

При приводе насосов от электродвигателей переменного тока возможны следующие способы изменения числа оборотов:

изменение числа оборотов двигателя введением сопротивления в цепь ротора или переключением обмотки на различное число пар полюсов;

изменение числа оборотов насоса при постоянном числе оборотов двигателя путем включения между их валами гидромуфты или специальной коробки передач.

Гидромуфта облегчает пуск центробежного насоса и позволяет плавно изменять число оборотов насоса при неизменном числе оборотов двигателя. В гидромуфте мощность передается к насосу через жидкость (обычно масло), циркулирующую в полости между двумя полуторами, снабженными лопатками (рис. 53).

Рис. 53. Схема гидравлической муфты: 1- ведущий вал; 2- ведомый вал; 3- насосное колесо; 4- турбинное колесо; 5- корпус гидромуфты.

Ведущий полутор 3 (насосное колесо) соединен с валом двигателя, а ведомый (турбинное колесо) — с насосом. При вращении ведущего вала масло, находящееся в полости гидромуфты, двигается в направлении, указанном стрелками, и приводит во вращение турбинное колесо 4.

Таким образом, энергия передается от ведущего вала к ведомому через масло, причем оба вала будут вращаться с различным числом оборотов. Изменяя наполнение гидромуфты рабочей жидкостью, можно плавно регулировать число оборотов насоса при неизменном числе оборотов электродвигателя переменного тока. Наличие гидромуфты дает возможность включения и выключения центробежного насоса с открытой задвижкой.

«Видео о компании»

«Благодарим за посещение сайта компании «Горный родник». Будем рады подготовить
для Вас необходимую техническую документацию для проектирования. И в сжатые
сроки изготовим блочные очистные сооружения и современные комплектные насосные
станции «Родник» для жилого района или промышленного объекта.»

Для получения технического описания и стоимости оборудования заполните опросный лист

Скачать опросный лист на водопроводные и пожарные насосные станции «Родник» Скачать опросный лист

Скачать опросный лист на канализационные насосные станции «Родник» Скачать опросный лист

Скачать опросный лист на ливневые очистные сооружения Скачать опросный лист

Скачать опросный лист на биологические очистные сооружения Скачать опросный лист

Скачать опросный лист на жироуловитель Скачать опросный лист

Источник
Читайте также: Способ формирования присяжных заседателей