वारंवारतेसह पंप युनिट्सची इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह

सेंट्रीफ्यूगल पंपांचे ऑपरेटिंग मोड त्यांच्या चाकांच्या रोटेशनची गती बदलून समायोजित करण्यासाठी सर्वात ऊर्जा कार्यक्षम आहेत. ड्राईव्ह मोटर म्हणून समायोज्य इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह वापरल्यास चाकांच्या फिरण्याचा वेग बदलला जाऊ शकतो.
गॅस टर्बाइन आणि अंतर्गत ज्वलन इंजिनची रचना आणि वैशिष्ट्ये अशी आहेत की ते आवश्यक मर्यादेत फिरण्याच्या गतीमध्ये बदल प्रदान करू शकतात.

प्रत्येक यंत्रणेची रोटेशन गती समायोजित करण्याच्या प्रक्रियेचे यंत्राच्या यांत्रिक वैशिष्ट्यांचा वापर करून सोयीस्करपणे विश्लेषण केले जाते.

पंप आणि इलेक्ट्रिक मोटर असलेल्या पंपिंग युनिटची यांत्रिक वैशिष्ट्ये विचारात घ्या. अंजीर मध्ये. 1 चेक व्हॉल्व्ह (वक्र 1) आणि गिलहरी-पिंजरा रोटर (वक्र 2) सह इलेक्ट्रिक मोटरने सुसज्ज असलेल्या सेंट्रीफ्यूगल पंपची यांत्रिक वैशिष्ट्ये दर्शविते.

तांदूळ. 1. पंपिंग युनिटची यांत्रिक वैशिष्ट्ये

इलेक्ट्रिक मोटरच्या टॉर्क व्हॅल्यू आणि पंपच्या रेझिस्टन्स टॉर्कमधील फरकाला डायनॅमिक टॉर्क म्हणतात.जर मोटरचा टॉर्क पंपच्या प्रतिकाराच्या क्षणापेक्षा जास्त असेल तर डायनॅमिक टॉर्क सकारात्मक मानला जातो, जर तो कमी असेल तर तो नकारात्मक असतो.

सकारात्मक डायनॅमिक क्षणाच्या प्रभावाखाली, पंप युनिट प्रवेग सह कार्य करण्यास सुरवात करते, म्हणजे. गतिमान करते. डायनॅमिक टॉर्क नकारात्मक असल्यास, पंप युनिट विलंबाने चालते, म्हणजे. मंदावते.

जेव्हा हे क्षण समान असतात, तेव्हा ऑपरेशनचा एक स्थिर मोड होतो, म्हणजे. पंप युनिट स्थिर वेगाने कार्य करते. हा वेग आणि संबंधित टॉर्क इलेक्ट्रिक मोटर आणि पंप (चित्र 1 मधील बिंदू a) च्या यांत्रिक वैशिष्ट्यांच्या छेदनबिंदूद्वारे निर्धारित केला जातो.

जर एखाद्या प्रकारे समायोजन प्रक्रियेत यांत्रिक वैशिष्ट्य बदलत असेल, उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रिक मोटरच्या रोटर सर्किटमध्ये (चित्र 1 मधील वक्र 3) अतिरिक्त रेझिस्टर सादर करून मऊ होण्यासाठी, इलेक्ट्रिक मोटरचा टॉर्क प्रतिकाराच्या क्षणी लहान होईल.

नकारात्मक डायनॅमिक टॉर्कच्या प्रभावाखाली, पंप युनिट विलंबाने कार्य करण्यास सुरवात करते, म्हणजे. टॉर्क आणि प्रतिकार क्षणाचा समतोल पुन्हा होईपर्यंत मंद होतो (चित्र 1 मधील बिंदू b). हा बिंदू वेग आणि टॉर्कच्या इजिनव्हॅल्यूशी संबंधित आहे.

अशा प्रकारे, पंपिंग युनिटच्या रोटेशनची गती नियंत्रित करण्याची प्रक्रिया सतत इलेक्ट्रिक मोटरच्या टॉर्कमधील बदल आणि पंपच्या प्रतिकाराच्या क्षणासह असते.

पंप गतीचे नियंत्रण एकतर पंपशी कडकपणे जोडलेल्या इलेक्ट्रिक मोटरचा वेग बदलून किंवा सतत वेगाने चालणाऱ्या पंपला इलेक्ट्रिक मोटरशी जोडणाऱ्या ट्रान्समिशनचे गियर रेशो बदलून केले जाऊ शकते.

इलेक्ट्रिक मोटर्सच्या रोटेशनच्या गतीचे नियमन

एसी मोटर्स प्रामुख्याने पंपिंग युनिट्समध्ये वापरल्या जातात. AC मोटरचा घूर्णन वेग पुरवठा करंट f, ध्रुव जोड्यांची संख्या p आणि स्लिप s च्या वारंवारतेवर अवलंबून असतो. यापैकी एक किंवा अधिक पॅरामीटर्स बदलून, आपण इलेक्ट्रिक मोटर आणि त्यास जोडलेल्या पंपची गती बदलू शकता.

वारंवारता इलेक्ट्रिक ड्राइव्हचा मुख्य घटक आहे वारंवारता कनवर्टर… इन्व्हर्टरमध्ये स्थिर ग्रिड वारंवारता f1 व्हेरिएबल e2 मध्ये रूपांतरित होते. वारंवारता e2 च्या प्रमाणात कन्व्हर्टरच्या आउटपुटशी जोडलेल्या इलेक्ट्रिक मोटरची गती बदलते.

फ्रिक्वेंसी कन्व्हर्टरसह, मुख्य व्होल्टेज U1 आणि वारंवारता व्यावहारिकरित्या f1 बदलत नाही, ज्याचे रूपांतर व्हेरिएबल पॅरामीटर्स U2 आणि e2 मध्ये नियंत्रण प्रणालीसाठी आवश्यक आहे. इलेक्ट्रिक मोटरचे स्थिर ऑपरेशन सुनिश्चित करण्यासाठी, वर्तमान आणि चुंबकीय प्रवाहाच्या दृष्टीने त्याचे ओव्हरलोड मर्यादित करण्यासाठी, वारंवारता कनवर्टरमध्ये उच्च ऊर्जा निर्देशक राखण्यासाठी, त्याच्या इनपुट आणि आउटपुट पॅरामीटर्समधील विशिष्ट गुणोत्तर राखणे आवश्यक आहे. यांत्रिक पंप वैशिष्ट्ये. हे संबंध वारंवारता नियंत्रण कायद्याच्या समीकरणातून प्राप्त झाले आहेत.

पंपांसाठी, गुणोत्तर पाळले पाहिजे:

U1 / f1 = U2 / f2 = const

अंजीर मध्ये. 2 वारंवारता नियमनसह इंडक्शन मोटरची यांत्रिक वैशिष्ट्ये दर्शविते.वारंवारता f2 कमी झाल्यामुळे, यांत्रिक वैशिष्ट्य केवळ n — M निर्देशांकातील स्थान बदलत नाही तर काही प्रमाणात त्याचा आकार बदलतो. विशेषतः, इलेक्ट्रिक मोटरचा जास्तीत जास्त टॉर्क कमी होतो. हे या वस्तुस्थितीमुळे आहे की U1 / f1 = U2 / f2 = const आणि वारंवारता f1 मधील बदल मोटर टॉर्कच्या विशालतेवर स्टेटरच्या सक्रिय प्रतिकाराचा प्रभाव विचारात घेत नाही.

तांदूळ. 2. कमाल (1) आणि कमी (2) फ्रिक्वेन्सीवर फ्रिक्वेन्सी इलेक्ट्रिक ड्राइव्हची यांत्रिक वैशिष्ट्ये

वारंवारता समायोजित करताना, हा प्रभाव लक्षात घेऊन, जास्तीत जास्त टॉर्क अपरिवर्तित राहतो, यांत्रिक वैशिष्ट्याचा आकार जतन केला जातो, फक्त त्याची स्थिती बदलते.

सह वारंवारता कनवर्टर पल्स रुंदी मॉड्यूलेशन (PWM) कन्व्हर्टरच्या आउटपुटवर सायनसॉइडलकडे जाणाऱ्या वर्तमान आणि व्होल्टेज वक्रांचा आकार प्रदान केला जातो या वस्तुस्थितीमुळे उच्च ऊर्जा वैशिष्ट्ये आहेत. अलीकडे, IGBT मॉड्यूल्स (इन्सुलेटेड गेट बायपोलर ट्रान्झिस्टर) वर आधारित फ्रिक्वेन्सी कन्व्हर्टर सर्वात व्यापक आहेत.

IGBT मॉड्यूल हा एक उच्च-कार्यक्षमता मुख्य घटक आहे. यात कमी व्होल्टेज ड्रॉप, हाय स्पीड आणि कमी स्विचिंग पॉवर आहे. एसिंक्रोनस मोटर नियंत्रित करण्यासाठी PWM आणि वेक्टर अल्गोरिदमसह IGBT मॉड्यूल्सवर आधारित फ्रिक्वेन्सी कन्व्हर्टरचे इतर प्रकारच्या कन्व्हर्टरपेक्षा फायदे आहेत. संपूर्ण आऊटपुट फ्रिक्वेंसी रेंजवर यात उच्च पॉवर फॅक्टर आहे.

कनवर्टरचे योजनाबद्ध आकृती अंजीर मध्ये दर्शविले आहे. 3.

तांदूळ. 3.IGBT मॉड्यूल्सच्या फ्रिक्वेंसी कन्व्हर्टरची योजना: 1 — चाहत्यांचा ब्लॉक; 2 - वीज पुरवठा; 3 - अनियंत्रित रेक्टिफायर; 4 - नियंत्रण पॅनेल; 5 - नियंत्रण पॅनेल बोर्ड; 6 - PWM; 7 - व्होल्टेज रूपांतरण युनिट; 8 - सिस्टम कंट्रोल बोर्ड; 9 - ड्रायव्हर्स; 10 - इन्व्हर्टर युनिटसाठी फ्यूज; 11 - वर्तमान सेन्सर्स; 12 — असिंक्रोनस गिलहरी-पिंजरा मोटर; Q1, Q2, Q3 — पॉवर सर्किट, कंट्रोल सर्किट आणि फॅन युनिटसाठी स्विचेस; के 1, के 2 - कॅपेसिटर आणि पॉवर सर्किट चार्ज करण्यासाठी कॉन्टॅक्टर्स; सी - कॅपेसिटर बँक; Rl, R2, R3 - कॅपेसिटर चार्ज, कॅपेसिटरचा डिस्चार्ज आणि ड्रेन ब्लॉकचा प्रवाह मर्यादित करण्यासाठी प्रतिरोधक; VT - इन्व्हर्टर पॉवर स्विचेस (IGBT मॉड्यूल)

फ्रिक्वेंसी कन्व्हर्टरच्या आउटपुटवर, एक व्होल्टेज (वर्तमान) वक्र तयार होतो, जो सायनसॉइडपेक्षा थोडा वेगळा असतो, ज्यामध्ये उच्च हार्मोनिक घटक असतात. त्यांच्या उपस्थितीमुळे इलेक्ट्रिक मोटरमधील तोटा वाढतो. या कारणास्तव, जेव्हा इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह रेट केलेल्या गतीच्या जवळ वेगाने चालते तेव्हा इलेक्ट्रिक मोटर ओव्हरलोड होते.

कमी गतीने कार्य करताना, पंप ड्राइव्हमध्ये वापरल्या जाणार्‍या स्वयं-हवेशीन इलेक्ट्रिक मोटर्ससाठी शीतलक स्थिती बिघडते. पंपिंग युनिट्सच्या सामान्य नियंत्रण श्रेणीमध्ये (1: 2 किंवा 1: 3), वायुवीजन स्थितीच्या या बिघाडाची भरपाई प्रवाह दर आणि पंप हेडमध्ये घट झाल्यामुळे लोडमध्ये लक्षणीय घट झाली आहे.

नाममात्र मूल्याच्या (50 हर्ट्झ) जवळच्या फ्रिक्वेन्सीवर काम करताना, उच्च ऑर्डरच्या हार्मोनिक्सच्या संयोजनात शीतलक स्थिती बिघडल्यास परवानगीयोग्य यांत्रिक शक्ती 8-15% कमी करणे आवश्यक आहे.यामुळे, इलेक्ट्रिक मोटरचा कमाल टॉर्क 1 — 2%, त्याची कार्यक्षमता — 1 — 4%, cosφ — 5-7% ने कमी होतो.

इलेक्ट्रिक मोटरचे ओव्हरलोडिंग टाळण्यासाठी, त्याच्या वेगाचे वरचे मूल्य मर्यादित करणे किंवा ड्राइव्हला अधिक शक्तिशाली इलेक्ट्रिक मोटरसह सुसज्ज करणे आवश्यक आहे. जेव्हा पंपिंग युनिट e2> 50 Hz वारंवारता वर ऑपरेट करण्यासाठी डिझाइन केलेले असते तेव्हा शेवटचे माप अनिवार्य असते. इंजिन क्रांतीचे वरचे मूल्य मर्यादित करणे वारंवारता e2 ते 48 Hz पर्यंत मर्यादित करून केले जाते. ड्राइव्ह मोटरच्या रेट केलेल्या पॉवरमधील वाढ जवळच्या मानक मूल्यापर्यंत पूर्ण केली जाते.

व्हेरिएबल इलेक्ट्रिक ब्लॉक ड्राइव्हचे गट नियंत्रण

अनेक पंप सेटमध्ये अनेक ब्लॉक्स असतात. नियमानुसार, सर्व युनिट्स समायोज्य इलेक्ट्रिक ड्राइव्हसह सुसज्ज नाहीत. दोन किंवा तीन स्थापित युनिट्समधून, एक समायोजित करण्यायोग्य इलेक्ट्रिक ड्राइव्हसह सुसज्ज करणे पुरेसे आहे. जर कन्व्हर्टर कायमस्वरूपी एका युनिटशी जोडलेले असेल तर, त्यांच्या मोटर स्त्रोताचा असमान वापर होतो, कारण व्हेरिएबल स्पीड ड्राइव्हसह सुसज्ज युनिट जास्त काळ वापरला जातो.

स्टेशनवर स्थापित केलेल्या सर्व ब्लॉक्समध्ये लोडचे एकसमान वितरण करण्यासाठी, ग्रुप कंट्रोल स्टेशन विकसित केले गेले आहेत, ज्याच्या मदतीने ब्लॉक्सला कन्व्हर्टरला मालिकेत जोडता येईल. नियंत्रण केंद्रे सहसा कमी व्होल्टेज युनिट्ससाठी (380 V) तयार केली जातात.

सामान्यतः, कमी व्होल्टेज कंट्रोल स्टेशन दोन किंवा तीन युनिट्स नियंत्रित करण्यासाठी डिझाइन केलेले असतात.लो-व्होल्टेज कंट्रोल स्टेशन्समध्ये सर्किट ब्रेकर्स समाविष्ट आहेत जे फेज-फेज शॉर्ट सर्किट आणि ग्राउंडिंगपासून संरक्षण देतात, उपकरणांना ओव्हरलोडपासून संरक्षण करण्यासाठी थर्मल रिले, तसेच नियंत्रण उपकरणे (स्विच, बटण पोस्ट आणि इतर.).

कंट्रोल स्टेशनच्या स्विचिंग सर्किटमध्ये आवश्यक इंटरलॉक असतात जे फ्रिक्वेंसी कन्व्हर्टरला कोणत्याही निवडलेल्या ब्लॉकशी कनेक्ट करण्याची आणि पंपिंग किंवा ब्लोइंग युनिटच्या ऑपरेशनच्या तांत्रिक मोडमध्ये अडथळा न आणता कार्यरत ब्लॉक्स बदलण्याची परवानगी देतात.

कंट्रोल स्टेशन्स, नियमानुसार, पॉवर एलिमेंट्स (स्वयंचलित स्विचेस, कॉन्टॅक्टर्स इ.) सोबत कंट्रोल आणि रेग्युलेटिंग डिव्हाइसेस (मायक्रोप्रोसेसर कंट्रोलर इ.) असतात.

ग्राहकाच्या विनंतीनुसार, स्टेशन्स बॅकअप पॉवर (ATS) च्या स्वयंचलित स्विचिंगसाठी, वापरलेल्या विजेचे व्यावसायिक मापन, शटडाउन उपकरणांचे नियंत्रण यासाठी उपकरणांनी सुसज्ज आहेत.

आवश्यक असल्यास, कंट्रोल स्टेशनमध्ये अतिरिक्त उपकरणे सादर केली जातात, जे युनिट्सच्या सॉफ्ट स्टार्टरच्या फ्रिक्वेंसी कन्व्हर्टरसह वापर सुनिश्चित करतात.

स्वयंचलित नियंत्रण केंद्रे प्रदान करतात:

• तांत्रिक पॅरामीटरचे सेट मूल्य राखणे (दबाव, पातळी, तापमान इ.);

• नियंत्रित आणि नॉन-रेग्युलेट युनिट्सच्या इलेक्ट्रिक मोटर्सच्या ऑपरेटिंग मोडचे नियंत्रण (उपभोगलेल्या विद्युत्, उर्जेचे नियंत्रण) आणि त्यांचे संरक्षण;

• मुख्य डिव्हाइस अयशस्वी झाल्यास बॅकअप डिव्हाइसची स्वयंचलित प्रारंभ;

• वारंवारता कनवर्टर अयशस्वी झाल्यास ब्लॉक थेट नेटवर्कवर स्विच करणे;

• बॅकअप (एटीएस) इलेक्ट्रिकल इनपुटचे स्वयंचलित स्विचिंग;

• पॉवर सप्लाई नेटवर्कमध्ये नुकसान आणि डीप व्होल्टेज ड्रॉप झाल्यानंतर स्टेशनचे स्वयंचलित रीकनेक्शन (एआर);

• दिलेल्या वेळी कार्यरत युनिट्स थांबवून आणि सुरू करून स्टेशनच्या ऑपरेशन मोडमध्ये स्वयंचलित बदल;

• जर नियंत्रित युनिट, नाममात्र वेगाने पोहोचत असेल, आवश्यक पाणी पुरवठा प्रदान करत नसेल तर अतिरिक्त अनियंत्रित युनिटचे स्वयंचलित सक्रियकरण;

• मोटर संसाधनांचा एकसमान वापर सुनिश्चित करण्यासाठी ठराविक अंतराने वर्क ब्लॉक्सचे स्वयंचलित बदल;

• कंट्रोल पॅनल किंवा कंट्रोल पॅनलमधून पंपिंग (ब्लोइंग) युनिटच्या ऑपरेशन मोडचे ऑपरेशनल कंट्रोल.

तांदूळ. 4. व्हेरिएबल फ्रिक्वेंसी पंपांच्या इलेक्ट्रिक ड्राइव्हच्या गट नियंत्रणासाठी स्टेशन

पंपिंग युनिट्समध्ये चल वारंवारता वापरण्याची कार्यक्षमता

व्हेरिएबल फ्रिक्वेंसी ड्राइव्हचा वापर आपल्याला उर्जेची लक्षणीय बचत करण्यास अनुमती देतो, कारण कमी प्रवाह दरांवर मोठ्या पंपिंग युनिट्स वापरणे शक्य होते. याबद्दल धन्यवाद, युनिट्सची युनिट क्षमता वाढवून, त्यांची एकूण संख्या कमी करणे आणि त्यानुसार, इमारतींचे एकूण परिमाण कमी करणे, स्टेशनची हायड्रॉलिक योजना सुलभ करणे आणि पाइपलाइनची संख्या कमी करणे शक्य आहे. झडपा

अशा प्रकारे, पंपिंग युनिट्समध्ये समायोज्य इलेक्ट्रिक ड्राइव्हचा वापर, वीज आणि पाण्याच्या बचतीसह, पंपिंग युनिट्सची संख्या कमी करण्यास, स्टेशनचे हायड्रॉलिक सर्किट सुलभ करण्यासाठी आणि पंपिंग स्टेशनच्या इमारतीच्या बांधकामाचे प्रमाण कमी करण्यास अनुमती देते.या संबंधात, दुय्यम आर्थिक प्रभाव उद्भवतात: इमारतीचे गरम करणे, प्रकाश आणि दुरुस्तीचे खर्च कमी केले जातात, स्टेशनच्या उद्देशावर आणि इतर विशिष्ट परिस्थितीनुसार कमी खर्च 20-50% कमी केला जाऊ शकतो.

फ्रिक्वेंसी कन्व्हर्टर्ससाठी तांत्रिक दस्तऐवजीकरण दर्शविते की पंपिंग युनिट्समध्ये समायोज्य इलेक्ट्रिक ड्राइव्हचा वापर आपल्याला स्वच्छ आणि सांडपाणी पंप करण्यासाठी खर्च केलेल्या उर्जेच्या 50% पर्यंत बचत करण्यास अनुमती देतो आणि परतावा कालावधी तीन ते नऊ महिन्यांपर्यंत आहे.

त्याच वेळी, ऑपरेटिंग पंप युनिट्समध्ये नियंत्रित इलेक्ट्रिक ड्राइव्हच्या परिणामकारकतेची गणना आणि विश्लेषण दर्शविते की 75 किलोवॅट पर्यंतची शक्ती असलेल्या युनिट्ससह लहान पंप युनिट्ससाठी, विशेषत: जेव्हा ते मोठ्या स्थिर दाब घटकासह कार्य करतात तेव्हा हे दिसून येते. नियंत्रित इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह वापरण्यासाठी योग्य नाही. या प्रकरणांमध्ये, आपण थ्रॉटलिंग वापरून, कार्यरत पंप युनिट्सची संख्या बदलून सोपी नियंत्रण प्रणाली वापरू शकता.

पंप युनिट ऑटोमेशन सिस्टममध्ये व्हेरिएबल इलेक्ट्रिक ड्राइव्हचा वापर, एकीकडे, उर्जेचा वापर कमी करतो आणि दुसरीकडे, अतिरिक्त भांडवली खर्चाची आवश्यकता असते, म्हणून पंप युनिट्समध्ये व्हेरिएबल इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह वापरण्याची शक्यता कमी खर्चाची तुलना करून निर्धारित केली जाते. दोन पर्यायांपैकी: मूलभूत आणि नवीन. समायोज्य इलेक्ट्रिक ड्राइव्हसह सुसज्ज असलेले पंपिंग युनिट नवीन पर्याय म्हणून घेतले जाते आणि एक युनिट ज्याची युनिट्स स्थिर गतीने कार्य करतात ते मुख्य म्हणून घेतले जाते.