Частотное регулирование. Законы и принципы

Частотное регулирование. Законы и принципы

Система частотного регулирования состоит из основного и вспомогательного оборудования преобразовательного звена технических и программных средств, которые служат для выполнения действий по частотному регулированию в технологической инженерной системе или ее отдельных частях.

В состав системы входят:

  1. Устройства верхнего уровня АСУ ТП, роль которых выполняют промышленные и панельные компьютеры, а также устройства связи обслуживающего персонала с программно-техническим комплексом СЧР.
  2. Устройства нижнего уровня: контроллеры, интеллектуальные реле, устройства связи с управляемым объектом, датчики параметров и т. д.
  3. Устройства и линии связи предназначенные для передачи информации между элементами СЧР.
  4. Дополнительное оборудование: шкафы для размещения элементов (ПТК) программно- техническим комплексом, кроссовые шкафы, устройства связи с подсистемами автоматического управления.
  5. Устройства, обеспечивающие электропитание ПТК СЧР.
  6. Программное обеспечение АСУ ТП

Кроме преобразователей частоты, являющихся основным оборудованием для частотного регулирования, в число оборудования можно включить:

  1. Силовые трансформаторы, предназначенные для согласования параметров напряжения источника питания, преобразователя и электродвигателя.
  2. Фильтры, установленные на входе и выходе преобразователя частоты.
  3. Силовые высоковольтные и коммутационные и защитные аппараты силовых цепей СЧР, высокого и низкого напряжения.






Станции частотного регулирования

СЧР являются основным оборудованием, предназначенным для автоматической работы насосных агрегатов, включенных в магистраль по обеспечению потребителей горячей и холодной водой, а также для отопления.

Рис №1. Блок-модуль, комплексная станция частотного регулирования

Рис №1. Блок-модуль, комплексная станция частотного регулирования

Использование станции способствует экономии электроэнергии и понижению затрат на эксплуатацию

Настройка станции приводит к поддержанию параметров работы в автоматическом режиме, разрешает плавный пуск двигателя, служит для защиты оборудования, перевод питания в автоматическом режиме на питание от резервного источника.

Частотное регулирование скорости асинхронного электродвигателя

Частотное регулирование электроприводов повышает надежность работы оборудования и систем, автоматизирует производство, позволяет экономить электрическую энергию и ресурсы. Частотное регулирование насосов производимое, при использовании инвертора обеспечивает плавный пуск двигателя, увеличивает эксплуатационное время работы электропривода и трубопроводов, предотвращает гидроудары, помогает поддерживать напор в трубах на должном уровне.

Принцип частотного регулирования асинхронного двигателя или синхронной машины, основан на применении преобразователя частоты. Присутствие инвертора позволяет регулировать скорость вращения вала электропривода плавно и бесступенчато, электронным способом. Достигается при помощи изменения частоты питающего напряжения, в этом случае изменяется угловая скорость магнитного поля статора.

Рис №2. Схема частотного регулирования электропривода

Рис №2. Схема частотного регулирования электропривода

Применение скважинных насосов с частотным регулированием, способствует хорошей эксплуатационной способности устройства за счет повышения жизненного цикла насоса, происходит это при замене задвижкой, используемой при подаче на частотный преобразователь для регулирования частоты вращения.

Использование насосов с частотным регулированием снижает энергопотребление на 10 – 60%, что способствует эффективному энергосбережению.

Рис № 3. Работа насосов с частотным регулированием на сеть с преобладанием статической составляющей

Рис № 3. Работа насосов с частотным регулированием на сеть с преобладанием статической составляющей

Применение частотного привода для скважинных насосов имеет несколько существенных недостатков,их надо принимать во внимание при выборе систем регулирования.

  1. Возможен перегрев двигателя при снижении быстрого обтекания электродвигателя, нужно иметь сведения по снижению подачи при понижении скорости вращения, это требует использование кожуха охлаждения или диктует целесообразность использования двигателя большей мощности.
  2. Подшипники скольжения, которые используются на скважинных насосах, при понижении скорости вращения вала, приводит к быстрому износу подшипников. Для более надежной работы подшипников требуется ограничить частоту вращения.
Частотное регулирование оптимально при использовании в системах с динамической составляющей.

Законы частотного регулирования

Регулирование скорости асинхронной машины происходит при управлении по частотной зависимости подаваемого напряжения. в этом случае отношение напряжения и частоты,

U = ƒ(ƒ)

U / (ƒ) = const

При уменьшении частоты происходит снижение скорости вращения двигателя, одновременно происходит увеличение скольжения. При условии регулирования скорости по линейной частотной зависимости U / (ƒ) = const приложенного напряжения происходит уменьшение максимального момента на 1/3 при меньших скоростях. При частотном регулировании закономерность частотного регулирования напряжения машины напрямую зависит от вида нагрузочной характеристики, приложенной к валу двигателя.

Использование внедрения добавочной ЭДС в цепь ротора, применяется в вентиляционных системах. Двигатели постоянного тока или инверторы напряжения служат источником ЭДС При добавлении ЭДС понижается ток ротора, происходит снижение двигательного момента, скорость вращения двигателя понижается.

Для мощных асинхронных двигателей целесообразно применять закон пропорционального регулирования. Применение этого закона способствует понижению критического момента и соответственно перегрузочной способности двигателя.

Частотное регулирование синхронного двигателя

Скорость синхронного двигателя также регулируется по частотному принципу. Из-за синхронного вращения рота с вращением магнитного поля статора, при уменьшении частоты рабочая характеристика машины падает, при увеличении возрастает.

Применение частотного регулирования для вентиляционных систем

Частотное регулирование вентиляторов происходит на понижение давления вентилятора, это происходит из-за подбора электродвигателя по мощности соответственно к максимальному давлению и производительности вентиляционной системы. Частота вращения вентилятора изменяется по сигналу (обратной связи) от термодатчика с использованием алгоритма пропорционально-интегрального регулирования.

Рис №4. Энергоэффективность при частотном регулировании вентиляционных систем

Рис №4. Энергоэффективность при частотном регулировании вентиляционных систем

Электродвигатель для частотного регулирования

Для решения вопросов по сбережению ресурсов и электроэнергии принято решение о разработке и внедрению «умных» асинхронных двигателей, снабженных системами частотного регулирования. Частотный привод снижает нагрузку по току за счет применения плавного пуска. Применение двигателя для частотного регулирования повышает коэффициент полезного действия двигателя и способствует энергосберегающим факторам, позволяет избавиться от многих механизмов, увеличивающих потери по мощности и понижающих надежную работу устройства.

Главное преимущество электродвигателя для частотного регулирования заключается в наличии высокого опрокидывающего момента что, обеспечивает устойчивую работу в самом широком диапазоне регулирования.


Поделитесь полезным материалом в соцсетях