Penggerak listrik unit pompa dengan frekuensi

Mode pengoperasian pompa sentrifugal adalah yang paling hemat energi untuk disesuaikan dengan mengubah kecepatan putaran rodanya. Kecepatan putaran roda dapat diubah jika penggerak listrik yang dapat disesuaikan digunakan sebagai motor penggerak.
Desain dan karakteristik turbin gas dan mesin pembakaran dalam sedemikian rupa sehingga dapat memberikan perubahan kecepatan putaran dalam kisaran yang diperlukan.

Proses penyesuaian kecepatan putaran setiap mekanisme dianalisis dengan mudah menggunakan karakteristik mekanis perangkat.

Pertimbangkan karakteristik mekanis unit pemompaan yang terdiri dari pompa dan motor listrik. Dalam gambar. 1 menunjukkan karakteristik mekanis pompa sentrifugal yang dilengkapi dengan check valve (kurva 1) dan motor listrik dengan rotor sangkar-tupai (kurva 2).

Beras. 1. Karakteristik mekanis unit pemompaan

Perbedaan antara nilai torsi motor listrik dan torsi resistansi pompa disebut torsi dinamis.Jika torsi motor lebih besar dari momen hambatan pompa, torsi dinamis dianggap positif, jika lebih kecil dianggap negatif.

Di bawah pengaruh momen dinamis positif, unit pompa mulai bekerja dengan akselerasi, mis. berakselerasi. Jika torsi dinamis negatif, unit pompa beroperasi dengan penundaan, mis. melambat.

Ketika momen-momen ini sama, mode operasi stasioner terjadi, mis. unit pompa beroperasi pada kecepatan konstan. Kecepatan ini dan torsi yang sesuai ditentukan oleh perpotongan karakteristik mekanis motor listrik dan pompa (titik a pada Gambar 1).

Jika dalam proses penyetelan dengan satu atau lain cara karakteristik mekanis berubah, misalnya menjadi lebih lembut dengan memasukkan resistor tambahan pada rangkaian rotor motor listrik (kurva 3 pada Gambar 1), torsi motor listrik akan menjadi kecil dari momen perlawanan.

Di bawah pengaruh torsi dinamis negatif, unit pompa mulai bekerja dengan penundaan, mis. melambat hingga momen torsi dan resistansi seimbang lagi (titik b pada Gambar 1). Titik ini sesuai dengan nilai eigen kecepatan dan torsi.

Dengan demikian, proses pengendalian kecepatan putaran unit pompa secara konstan disertai dengan perubahan torsi motor listrik dan momen hambatan pompa.

Kontrol kecepatan pompa dapat dilakukan baik dengan mengubah kecepatan motor listrik yang terhubung secara kaku ke pompa, atau dengan mengubah rasio roda gigi transmisi yang menghubungkan pompa ke motor listrik yang berjalan pada kecepatan konstan.

Pengaturan kecepatan putaran motor listrik

Motor AC terutama digunakan dalam unit pemompaan. Kecepatan putaran motor AC tergantung pada frekuensi arus suplai f, jumlah pasangan kutub p dan slip s. Dengan mengubah satu atau lebih parameter ini, Anda dapat mengubah kecepatan motor listrik dan pompa yang terhubung dengannya.

Elemen utama dari penggerak listrik frekuensi adalah konverter frekuensi… Inverter memiliki frekuensi grid konstan f1 yang diubah menjadi variabel e2. Sebanding dengan frekuensi e2 mengubah kecepatan motor listrik yang terhubung ke output konverter.

Dengan konverter frekuensi, tegangan listrik U1 dan frekuensi praktis tidak berubah f1 diubah menjadi parameter variabel U2 dan e2 yang diperlukan untuk sistem kontrol. Untuk memastikan pengoperasian motor listrik yang stabil, untuk membatasi kelebihannya dalam hal arus dan fluks magnet, untuk mempertahankan indikator energi tinggi pada konverter frekuensi, rasio tertentu antara parameter input dan outputnya harus dipertahankan tergantung pada jenis motor listrik. karakteristik pompa mekanis. Hubungan ini diturunkan dari persamaan hukum kontrol frekuensi.

Untuk pompa, rasio harus diperhatikan:

U1 / f1 = U2 / f2 = konstanta

Dalam gambar. 2 menunjukkan karakteristik mekanik motor induksi dengan pengaturan frekuensi.Dengan berkurangnya frekuensi f2, karakteristik mekanis tidak hanya mengubah posisinya dalam koordinat n-M, tetapi sampai batas tertentu mengubah bentuknya. Secara khusus, torsi maksimum motor listrik berkurang. Hal ini disebabkan dengan perbandingan U1 / f1 = U2 / f2 = const dan perubahan frekuensi f1 tidak memperhitungkan pengaruh resistansi aktif stator terhadap besarnya torsi motor.

Beras. 2. Karakteristik mekanis penggerak listrik frekuensi pada frekuensi maksimum (1) dan pengurangan (2).

Saat menyesuaikan frekuensi, dengan mempertimbangkan pengaruh ini, torsi maksimum tetap tidak berubah, bentuk karakteristik mekanis dipertahankan, hanya posisinya yang berubah.

Konverter frekuensi dengan modulasi lebar pulsa (PWM) memiliki karakteristik energi tinggi karena bentuk kurva arus dan tegangan yang mendekati sinusoidal disediakan pada keluaran konverter. Baru-baru ini, konverter frekuensi berdasarkan modul IGBT (transistor bipolar gerbang terisolasi) adalah yang paling tersebar luas.

Modul IGBT adalah elemen kunci efisiensi tinggi. Ini fitur penurunan tegangan rendah, kecepatan tinggi dan daya switching rendah. Konverter frekuensi berdasarkan modul IGBT dengan PWM dan algoritma vektor untuk mengendalikan motor asinkron memiliki keunggulan dibandingkan jenis konverter lainnya. Ini memiliki faktor daya tinggi di seluruh rentang frekuensi keluaran.

Diagram skematik konverter ditunjukkan pada gambar. 3.

Beras. 3.Skema konverter frekuensi modul IGBT: 1 — blok kipas; 2 — catu daya; 3 — penyearah tidak terkontrol; 4 — panel kontrol; 5 — papan panel kontrol; 6 — PWM; 7 — unit konversi tegangan; 8 — papan kontrol sistem; 9 — pengemudi; 10 — sekering untuk unit inverter; 11 — sensor arus; 12 - motor sangkar-tupai asinkron; Q1, Q2, Q3 — sakelar untuk sirkuit daya, sirkuit kontrol, dan unit kipas; K1, K2 — kontaktor untuk mengisi kapasitor dan sirkuit daya; C — bank kapasitor; Rl, R2, R3 — resistor untuk membatasi arus muatan kapasitor, pelepasan kapasitor dan blok pembuangan; VT - Sakelar Daya Inverter (Modul IGBT)

Pada output konverter frekuensi, kurva tegangan (arus) terbentuk, sedikit berbeda dari sinusoid, yang mengandung komponen harmonik yang lebih tinggi. Kehadiran mereka menyebabkan peningkatan kerugian pada motor listrik. Untuk alasan ini, saat penggerak listrik beroperasi pada kecepatan yang mendekati kecepatan pengenal, motor listrik kelebihan beban.

Saat beroperasi pada kecepatan rendah, kondisi pendinginan untuk motor listrik berventilasi mandiri yang digunakan pada penggerak pompa memburuk. Dalam rentang kendali normal unit pemompaan (1: 2 atau 1: 3), penurunan kondisi ventilasi ini dikompensasi dengan penurunan beban yang signifikan karena penurunan laju aliran dan head pompa.

Saat beroperasi pada frekuensi yang mendekati nilai nominal (50 Hz), penurunan kondisi pendinginan yang dikombinasikan dengan munculnya harmonik dengan urutan yang lebih tinggi memerlukan pengurangan daya mekanik yang diizinkan sebesar 8-15%.Karena itu, torsi maksimum motor listrik berkurang 1 — 2%, efisiensinya — sebesar 1 — 4%, cosφ — sebesar 5-7%.

Untuk menghindari beban berlebih pada motor listrik, perlu membatasi nilai tertinggi kecepatannya atau melengkapi penggerak dengan motor listrik yang lebih bertenaga. Langkah terakhir adalah wajib bila unit pompa dirancang untuk beroperasi pada frekuensi e2> 50 Hz. Pembatasan nilai atas putaran mesin dilakukan dengan membatasi frekuensi e2 hingga 48 Hz. Peningkatan daya pengenal motor penggerak dibulatkan ke nilai standar terdekat.

Kontrol grup penggerak blok listrik variabel

Banyak set pompa terdiri dari beberapa blok. Biasanya, tidak semua unit dilengkapi dengan penggerak listrik yang dapat disesuaikan. Dari dua atau tiga unit terpasang, cukup melengkapi satu dengan penggerak listrik yang dapat disesuaikan. Jika konverter terhubung secara permanen ke salah satu unit, terjadi konsumsi sumber daya motor yang tidak merata, karena unit yang dilengkapi dengan penggerak kecepatan variabel digunakan untuk waktu yang lebih lama.

Untuk distribusi beban yang seragam di antara semua blok yang dipasang di stasiun, stasiun kontrol grup telah dikembangkan, dengan bantuan blok dapat dihubungkan secara seri ke konverter. Stasiun kontrol biasanya diproduksi untuk unit tegangan rendah (380 V).

Biasanya, stasiun kontrol tegangan rendah dirancang untuk mengontrol dua atau tiga unit.Stasiun kontrol tegangan rendah termasuk pemutus sirkuit yang memberikan perlindungan terhadap hubungan pendek fase-fase dan pembumian, relai termal untuk melindungi perangkat dari beban berlebih, serta peralatan kontrol (sakelar, posting tombol dan lain-lain.).

Sirkuit switching stasiun kontrol berisi interlock yang diperlukan yang memungkinkan konverter frekuensi dihubungkan ke blok mana pun yang dipilih dan untuk mengganti blok kerja tanpa mengganggu mode teknologi operasi unit pompa atau hembusan.

Stasiun kontrol, sebagai aturan, bersama dengan elemen daya (saklar otomatis, kontaktor, dll.) Berisi perangkat kontrol dan pengatur (pengontrol mikroprosesor, dll.).

Atas permintaan pelanggan, stasiun dilengkapi dengan perangkat untuk menyalakan daya cadangan (ATS) secara otomatis, pengukuran komersial listrik yang dikonsumsi, kontrol peralatan pemadaman.

Jika perlu, perangkat tambahan dimasukkan ke stasiun kontrol, yang memastikan penggunaan, bersama dengan konverter frekuensi, soft starter unit.

Stasiun kontrol otomatis menyediakan:

• mempertahankan nilai yang ditetapkan dari parameter teknologi (tekanan, level, suhu, dll.);

• kontrol mode operasi motor listrik dari unit yang diatur dan tidak diatur (kontrol arus yang dikonsumsi, daya) dan perlindungannya;

• mulai otomatis perangkat cadangan jika terjadi kegagalan perangkat utama;

• mengalihkan blok langsung ke jaringan jika terjadi kegagalan konverter frekuensi;

• penyalaan otomatis input listrik cadangan (ATS);

• penyambungan kembali otomatis (AR) stasiun setelah kehilangan dan penurunan tegangan yang dalam di jaringan catu daya;

• perubahan otomatis mode operasi stasiun dengan menghentikan dan memulai unit kerja pada waktu tertentu;

• aktivasi otomatis unit tambahan yang tidak diatur jika unit yang dikontrol, mencapai kecepatan nominal, tidak menyediakan suplai air yang diperlukan;

• pergantian otomatis blok kerja pada interval tertentu untuk memastikan konsumsi sumber daya motor yang seragam;

• kontrol operasional mode operasi unit pemompaan (hembusan) dari panel kontrol atau dari panel kontrol.

Beras. 4. Stasiun untuk kontrol kelompok penggerak listrik dari pompa frekuensi variabel

Efisiensi penggunaan frekuensi variabel dalam unit pemompaan

Penggunaan penggerak frekuensi variabel memungkinkan Anda menghemat energi secara signifikan, karena memungkinkan untuk menggunakan unit pemompaan besar dengan laju aliran rendah. Berkat ini, dimungkinkan, dengan meningkatkan kapasitas unit unit, untuk mengurangi jumlah totalnya dan, karenanya, mengurangi dimensi keseluruhan bangunan, menyederhanakan skema hidrolik stasiun dan mengurangi jumlah pipa. katup.

Dengan demikian, penggunaan penggerak listrik yang dapat disesuaikan di unit pompa memungkinkan, bersama dengan penghematan listrik dan air, untuk mengurangi jumlah unit pompa, menyederhanakan sirkuit hidrolik stasiun dan mengurangi volume konstruksi bangunan stasiun pompa.Dalam hubungan ini, efek ekonomi sekunder muncul: biaya pemanasan, penerangan dan perbaikan gedung berkurang, biaya yang dikurangi, tergantung pada tujuan stasiun dan kondisi spesifik lainnya, dapat dikurangi hingga 20-50%.

Dokumentasi teknis untuk konverter frekuensi menunjukkan bahwa penggunaan penggerak listrik yang dapat disesuaikan di unit pemompaan memungkinkan Anda menghemat hingga 50% energi yang dihabiskan untuk memompa air bersih dan air limbah, dan periode pengembaliannya adalah dari tiga hingga sembilan bulan.

Sementara itu, perhitungan dan analisis keefektifan penggerak listrik terkontrol pada unit pompa yang beroperasi menunjukkan bahwa untuk unit pompa kecil dengan unit dengan daya hingga 75 kW, terutama ketika bekerja dengan komponen tekanan statis yang besar, ternyata tidak cocok untuk menggunakan penggerak listrik yang dikendalikan. Dalam kasus ini, Anda dapat menggunakan sistem kontrol yang lebih sederhana dengan menggunakan pelambatan, mengubah jumlah unit pompa yang berfungsi.

Penggunaan penggerak listrik variabel dalam sistem otomasi unit pompa, di satu sisi, mengurangi konsumsi energi, dan di sisi lain, membutuhkan biaya modal tambahan, oleh karena itu kemungkinan penggunaan penggerak listrik variabel dalam unit pompa ditentukan dengan membandingkan biaya yang dikurangi. dari dua pilihan: dasar dan baru. Unit pompa yang dilengkapi dengan penggerak listrik yang dapat disesuaikan diambil sebagai opsi baru, dan unit yang unitnya beroperasi pada kecepatan konstan diambil sebagai yang utama.