주파수가 있는 펌프 장치의 전기 구동

원심 펌프의 작동 모드는 바퀴의 회전 속도를 변경하여 조정하기에 가장 에너지 효율적입니다. 조정 가능한 전기 드라이브가 구동 모터로 사용되는 경우 휠의 회전 속도를 변경할 수 있습니다.
가스 터빈과 내연 기관의 설계 및 특성은 요구되는 범위 내에서 회전 속도의 변화를 제공할 수 있는 것과 같습니다.

각 메커니즘의 회전 속도를 조정하는 과정은 장치의 기계적 특성을 사용하여 편리하게 분석됩니다.

펌프와 전기 모터로 구성된 펌프 장치의 기계적 특성을 고려하십시오. 무화과에서. 그림 1은 체크 밸브가 장착된 원심 펌프(곡선 1)와 농형 로터가 있는 전기 모터(곡선 2)의 기계적 특성을 보여줍니다.

쌀. 1. 펌핑 유닛의 기계적 특성

전기 모터의 토크 값과 펌프의 저항 토크의 차이를 동적 토크라고 합니다.모터의 토크가 펌프의 저항 모멘트보다 크면 동적 토크가 양수로 간주되고 작으면 음수입니다.

양의 동적 모멘트의 영향으로 펌프 장치는 가속으로 작동하기 시작합니다. 가속합니다. 동적 토크가 음수이면 펌프 장치가 지연되어 작동합니다. 느려집니다.

이 모멘트가 같을 때 고정 작동 모드가 발생합니다. 펌프 장치는 일정한 속도로 작동합니다. 이 속도와 해당 토크는 전기 모터와 펌프의 기계적 특성의 교차점에 의해 결정됩니다(그림 1의 a 지점).

예를 들어 전기 모터의 회 전자 회로 (그림 1의 곡선 3)에 추가 저항을 도입하여 기계적 특성이 어떤 식 으로든 조정 과정에서 부드러워지면 전기 모터의 토크 저항하는 순간 작아집니다.

음의 동적 토크의 영향으로 펌프 장치가 지연되어 작동하기 시작합니다. 토크와 저항 모멘트가 다시 균형을 이룰 때까지 감속합니다(그림 1의 b 지점). 이 점은 속도와 토크의 고유값에 해당합니다.

따라서 펌핑 장치의 회전 속도를 제어하는 ​​과정에는 전기 모터의 토크와 펌프의 저항 순간의 변화가 지속적으로 수반됩니다.

펌프 속도 제어는 펌프에 견고하게 연결된 전기 모터의 속도를 변경하거나 펌프를 일정한 속도로 작동하는 전기 모터에 연결하는 변속기의 기어비를 변경하여 수행할 수 있습니다.

전기 모터의 회전 속도 조절

AC 모터는 주로 펌핑 장치에 사용됩니다. AC 모터의 회전 속도는 공급 전류 f의 주파수, 극쌍 수 p 및 슬립 s에 따라 달라집니다. 이러한 매개 변수 중 하나 이상을 변경하여 전기 모터 및 연결된 펌프의 속도를 변경할 수 있습니다.

주파수 전기 드라이브의 주요 요소는 주파수 변환기… 인버터에는 변수 e2로 변환된 일정한 계통 주파수 f1이 있습니다. 주파수 e2에 비례하여 컨버터 출력에 연결된 전기 모터의 속도를 변경합니다.

주파수 변환기를 사용하면 주전원 전압 U1과 주파수는 제어 시스템에 필요한 가변 매개변수 U2 및 e2로 변환된 f1을 실질적으로 변경하지 않습니다. 전기 모터의 안정적인 작동을 보장하고 전류 및 자속 측면에서 과부하를 제한하고 주파수 변환기의 높은 에너지 표시기를 유지하려면 유형에 따라 입력 매개변수와 출력 매개변수 사이의 특정 비율을 유지해야 합니다. 기계식 펌프 특성. 이러한 관계는 주파수 제어 법칙 방정식에서 파생됩니다.

펌프의 경우 다음 비율을 준수해야 합니다.

U1 / f1 = U2 / f2 = 상수

무화과에서. 그림 2는 주파수 조정이 있는 유도 전동기의 기계적 특성을 보여줍니다.주파수 f2가 감소함에 따라 기계적 특성은 n-M 좌표에서 위치가 변경될 뿐만 아니라 어느 정도 모양이 변경됩니다. 특히 전기 모터의 최대 토크가 감소합니다. 이것은 U1 / f1 = U2 / f2 = const의 비율과 주파수 f1의 변화가 모터 토크의 크기에 대한 고정자의 활성 저항의 영향을 고려하지 않는다는 사실 때문입니다.

쌀. 2. 최대(1) 및 감소(2) 주파수에서 주파수 전기 드라이브의 기계적 특성

주파수를 조정할 때 이 영향을 고려하여 최대 토크는 변경되지 않고 기계적 특성의 모양은 유지되며 위치만 변경됩니다.

주파수 변환기 펄스 폭 변조(PWM) 정현파에 접근하는 전류 및 전압 곡선의 모양이 변환기의 출력에 제공되기 때문에 높은 에너지 특성을 갖습니다. 최근 IGBT 모듈(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터) 기반의 주파수 변환기가 가장 널리 보급되었습니다.

IGBT 모듈은 고효율 핵심 요소입니다. 낮은 전압 강하, 고속 및 낮은 스위칭 전력이 특징입니다. 비동기 모터를 제어하기 위한 PWM 및 벡터 알고리즘이 있는 IGBT 모듈 기반의 주파수 변환기는 다른 유형의 변환기에 비해 장점이 있습니다. 전체 출력 주파수 범위에서 역률이 높습니다.

변환기의 개략도는 Fig. 삼.

쌀. 삼.IGBT 모듈의 주파수 변환기 구성: 1 — 팬 블록; 2 — 전원 공급 장치; 3 - 제어되지 않는 정류기; 4 — 제어판; 5 — 제어판 보드; 6 — PWM; 7 - 전압 변환 장치; 8 — 시스템 제어 보드; 9 — 드라이버; 10 - 인버터 장치용 퓨즈; 11 - 전류 센서; 12 — 비동기 농형 모터; Q1, Q2, Q3 - 전원 회로, 제어 회로 및 팬 장치용 스위치 K1, K2 - 커패시터 및 전원 회로 충전용 접촉기 C - 커패시터 뱅크; R1, R2, R3 - 커패시터 충전 전류, 커패시터 방전 및 드레인 블록을 제한하는 저항 VT - 인버터 전원 스위치(IGBT 모듈)

주파수 변환기의 출력에서 ​​더 높은 고조파 성분을 포함하는 정현파와 약간 다른 전압(전류) 곡선이 형성됩니다. 그들의 존재는 전기 모터의 손실을 증가시킵니다. 이러한 이유로 전기 드라이브가 정격 속도에 가까운 속도로 작동하면 전기 모터에 과부하가 걸립니다.

감소된 속도로 작동할 때 펌프 드라이브에 사용되는 자가 환기식 전기 모터의 냉각 조건이 저하됩니다. 펌핑 장치의 정상 제어 범위(1:2 또는 1:3)에서 이러한 환기 조건의 악화는 유속 및 펌프 헤드의 감소로 인한 상당한 부하 감소로 보상됩니다.

공칭 값(50Hz)에 가까운 주파수에서 작동할 때 더 높은 차수의 고조파 출현과 함께 냉각 조건의 악화로 인해 허용 가능한 기계적 출력이 8-15% 감소해야 합니다.이로 인해 전기 모터의 최대 토크는 1 - 2%, 효율은 1 - 4%, cosφ는 5-7% 감소합니다.

전기 모터의 과부하를 방지하려면 속도의 상한값을 제한하거나 드라이브에 더 강력한 전기 모터를 장착해야 합니다. 펌핑 장치가 주파수 e2> 50Hz에서 작동하도록 설계된 경우 마지막 조치는 필수입니다. 엔진 회전의 상한 값을 제한하는 것은 주파수 e2를 48Hz로 제한하여 수행됩니다. 구동 모터의 정격 전력 증가는 가장 가까운 표준 값으로 반올림됩니다.

가변 전기 블록 드라이브의 그룹 제어

많은 펌프 세트는 여러 블록으로 구성됩니다. 일반적으로 모든 장치에 조정 가능한 전기 드라이브가 장착되어 있는 것은 아닙니다. 2개 또는 3개의 설치된 장치 중 하나에 조정 가능한 전기 드라이브를 장착하는 것으로 충분합니다. 컨버터가 장치 중 하나에 영구적으로 연결되어 있으면 가변 속도 드라이브가 장착된 장치가 훨씬 더 오래 사용되기 때문에 모터 리소스가 고르지 않게 소비됩니다.

스테이션에 설치된 모든 블록 사이에 부하를 균일하게 분배하기 위해 블록을 변환기에 직렬로 연결할 수 있는 그룹 제어 스테이션이 개발되었습니다. 제어 스테이션은 일반적으로 저전압 장치(380V)용으로 제조됩니다.

일반적으로 저전압 제어 스테이션은 2개 또는 3개의 장치를 제어하도록 설계되었습니다.저전압 제어 스테이션에는 위상 단락 및 접지에 대한 보호 기능을 제공하는 회로 차단기, 과부하로부터 장치를 보호하는 열 계전기 및 제어 장비(스위치, 버튼 포스트 다른 사람.).

제어 스테이션의 스위칭 회로에는 펌프 또는 송풍 장치의 기술적 작동 모드를 방해하지 않고 주파수 변환기를 선택한 블록에 연결하고 작업 블록을 교체할 수 있도록 하는 필수 인터록이 포함되어 있습니다.

일반적으로 제어 스테이션에는 전원 요소(자동 스위치, 접촉기 등)와 함께 제어 및 조절 장치(마이크로프로세서 컨트롤러 등)가 포함되어 있습니다.

고객의 요청에 따라 스테이션에는 백업 전원(ATS) 자동 켜기, 소비 전력의 상업적 측정, 종료 장비 제어를 위한 장치가 장착되어 있습니다.

필요한 경우 장치의 소프트 스타터를 주파수 변환기와 함께 사용할 수 있도록 제어 스테이션에 추가 장치를 도입합니다.

자동화 제어 스테이션은 다음을 제공합니다.

• 기술 매개변수(압력, 레벨, 온도 등)의 설정 값 유지

• 규제 및 비 규제 장치의 전기 모터 작동 모드 제어 (소비 전류, 전력 제어) 및 보호;

• 메인 장치의 고장시 백업 장치의 자동 시작;

• 주파수 변환기가 고장난 경우 블록을 네트워크로 직접 전환합니다.

• 백업(ATS) 전기 입력의 자동 전환;

• 전원 공급 장치 네트워크에서 손실 및 깊은 전압 강하 후 스테이션의 자동 재연결(AR);

• 주어진 시간에 작업 장치의 정지 및 시작으로 스테이션의 작동 모드 자동 변경;

• 공칭 속도에 도달한 제어 장치가 필요한 물 공급을 제공하지 않은 경우 추가 비규제 장치의 자동 활성화

• 모터 리소스의 균일한 소비를 보장하기 위해 특정 간격으로 작업 블록을 자동으로 교체합니다.

• 제어 패널 또는 제어 패널에서 펌핑(송풍) 장치의 작동 모드 작동 제어.

쌀. 4. 가변 주파수 펌프의 전기 드라이브 그룹 제어용 스테이션

펌핑 장치에서 가변 주파수 사용의 효율성

가변 주파수 드라이브를 사용하면 저유량에서 대형 펌핑 장치를 사용할 수 있으므로 에너지를 크게 절약할 수 있습니다. 덕분에 유닛의 유닛 용량을 증가시켜 총 수를 줄이고 그에 따라 건물의 전체 치수를 줄이고 스테이션의 유압 체계를 단순화하고 파이프라인 수를 줄일 수 있습니다. 밸브.

따라서 펌핑 장치에서 조정 가능한 전기 드라이브를 사용하면 전기 및 물 절약과 함께 펌핑 장치 수를 줄이고 스테이션의 유압 회로를 단순화하며 펌핑 스테이션 건물의 건설 볼륨을 줄일 수 있습니다.이와 관련하여 2차 경제 효과가 발생합니다. 건물의 난방, 조명 및 수리 비용이 감소하고 스테이션의 목적 및 기타 특정 조건에 따라 감소된 비용이 20-50% 감소할 수 있습니다.

주파수 변환기에 대한 기술 문서에 따르면 펌핑 장치에서 조정 가능한 전기 드라이브를 사용하면 깨끗한 물과 폐수를 펌핑하는 데 소비되는 에너지를 최대 50%까지 절약할 수 있으며 투자 회수 기간은 3~9개월입니다.

동시에 작동 중인 펌프 장치에서 제어된 전기 구동의 효과에 대한 계산 및 분석에 따르면 최대 75kW의 전력을 가진 장치가 있는 소형 펌프 장치의 경우 특히 큰 정압 구성 요소로 작업할 때 제어 전기 드라이브를 사용하는 데 적합하지 않습니다. 이러한 경우 스로틀링을 사용하여 작동하는 펌프 장치의 수를 변경하여 더 간단한 제어 시스템을 사용할 수 있습니다.

한편으로는 펌프 장치 자동화 시스템에서 가변 전기 드라이브를 사용하면 에너지 소비가 감소하고 다른 한편으로는 추가 자본 비용이 필요하므로 펌프 장치에서 가변 전기 드라이브를 사용할 가능성은 감소된 비용을 비교하여 결정됩니다. 두 가지 옵션: 기본 및 신규. 조정 가능한 전기 구동 장치가 장착된 펌핑 장치가 새로운 옵션으로 채택되었으며 장치가 일정한 속도로 작동하는 장치가 주요 장치로 채택되었습니다.