Разработка асинхронного частотно-регулируемого электропривода дозировочных насосов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Бирюков, Андрей Витальевич

• Бирюков, Андрей Витальевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бирюков, Андрей Витальевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ДОЗИРОВОЧНЫМИ НАСОСАМИ

1.1. Общие сведения о дозировочных насосах

1.2. Постановка и обоснование цели разработки регулируемого

электропривода (РЭП) для дозировочного насоса

Глава 2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

2.1. Требования к системе регулирования

2.1.1. Описание насосного агрегата

2.1.2. Анализ нагрузок привода

2.1.3. Обоснование возможности регулирования дозировочного насоса

2.1.4. Анализ требований к системе автоматического регулирования дозировочным насосом

2.2. Выбор системы автоматизированного электропривода

2.2.1. Выбор силового преобразователя

2.2.2. Выбор системы управления преобразователя

2.3. Синтез системы регулирования

2.3.1. Расчет закона частотного управления и характеристик двигателя в допустимом диапазоне скоростей

2.3.2. Синтез структуры системы управления подачей

2.3.3. Синтез структуры системы управления объема (дозы)

Глава 3. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛЯТОРА ДОЗИРОВОЧНОГО НАСОСА (АРДН)

3.1. Разработка структуры электропривода

3.2. Методика расчета силового преобразователя и ее применение

3.2.1. Обобщенная методика расчета параметров силовой части ПЧ

с АИН-ШИМ для управления АД с КЗ ротором

3.2.1.1. Расчет инвертора

3.2.1.2. Расчет выпрямителя

3.2.1.3. Расчет фильтра

3.2.1.4. Расчет снаббера

3.2.2. Применение методики расчета силового преобразователя для электропривода дозировочного насоса

3.2.2.1. Параметры ключей инвертора

3.2.2.2. Параметры фильтра выпрямителя

3.2.2.3. Параметры выпрямителя

3.2.2.4. Параметры охладителя

3.2.3. Расчет силового преобразователя на примере АРДН-3 по разработанной методике и его экспериментальная проверка

3.3. Разработка информационной части системы управления

3.4. Синтез структур автоматического управления и разработка

программного обеспечения

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА БАЗЕ АРДН-3

4.1. Статические характеристики электропривода

4.2. Характеристики режима с расширенным диапазоном регулирования

4.3. Динамические характеристики электропривода

4.3.1. Результаты исследований, проведенные на мембранном насосе

ДМ 1600/6

4.3.2. Результаты исследований, проведенные на плунжерном насосе

ДП2500/10

Глава 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ АРДН-3 В

ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка асинхронного частотно-регулируемого электропривода дозировочных насосов»

ВВЕДЕНИЕ.

Дозировочные насосы и синхродозировочные (несколько дозировочных насосов, объединенных общим приводным валом) агрегаты - класс механизмов, имеющих широкое применение в промышленности. Они предназначены для перекачивания жидких сред в нагнетательную магистраль с определенной подачей в единицу времени, измеряемой в литрах/час или дискретно определенных объемов (доз), измеряемых в литрах.

Область применения дозировочных и синхродозировочных агрегатов весьма обширна и включает в себя следующие виды промышленности :

1. Химическая и нефтехимическая - для дозирования неорганических и органических растворов, кислот, суспензий и эмульсий, включая воспламеняющиеся, взрывоопасные, агрессивные, токсичные и радиактивные;

2. Пищевая - для дозирования жидких жиров, глюкозы, составных компонентов для изготовления соусов, майонезов, ароматических веществ, пищевых красок, фруктовых вод, соков, эссенций, фосфорной кислоты, дрожжей, а также при производстве концентратов и паст;

3. Текстильная - для дозирования щелочных растворов, кислот, красящих эмульсий, уксусной кислоты и протравителя перекиси;

4. Целлюлозно-бумажная - для дозирования клеев, закрепителей, серной кислоты, воды, формальдегида, мочевины и метилового спирта;

5. Теплоэнергетика и другие отрасли, связанные с подготовкой питьевой и промышленной воды, а также системой очистки сточных вод - для дозирования коррозионных ингибиторов, стерилизующих агентов, гидрозина, обесцвечивающих веществ, эмульсий и суспензий;

6. А также микробиологическая, фармацевтическая, газовая, автомобильная и другие.

На сегодняшний день промышленностью выпускается широкая гамма видов и модификаций дозировочных насосов и агрегатов. Вот некоторые из них:

- насосы, обеспечивающие регулируемую подачу с заданной точностью;

- дозировочные многоплунжерные электронасосные агрегаты, состоящие из нескольких дозировочных насосов;

- дозировочные насосы с пневмоприводом;

- синхродозировочные электронасосные агрегаты, у которых одновременно и пропорционально может быть изменена подача всех насосов, входящих в агрегат, без нарушения соотношения их подач (в этом случае дозировочный агрегат выполняет функцию смесителя, так как жидкости нагнетаются в общий коллектор, где происходит их перемешивание в турбулентном потоке).

Дозировочные насосы и агрегаты используются:

- в качестве измерительного органа. Они нагнетают определенный, наперед заданный и регулируемый объем жидкости. При этом устраняется необходимость в других весовых или объемных средствах и методах дозирования жидкости и обеспечивается точность дозирования порядка 0.1 -2.5% независимо от изменения (в определенных пределах) внешних параметров работы насоса и физических свойств жидкости;

в качестве исполнительного механизма системы автоматического регулирования технологического процесса. Подача агрегата может регулироваться автоматически в зависимости от расхода жидкости, ее давления, плотности, температуры, величины рН, данных анализа и других параметров жидкости или смеси жидкостей;

- в качестве разливочных машин, нагнетающих небольшие, точно отмеренные количества жидкости в бутылки, ампулы или другие сосуды;

- в качестве прибора для отбора проб из емкостей или трубопроводов для анализа;

- в сочетании с весовыми и объемными дозаторами твердых веществ (порошка, хлопьев, гранул) в качестве установки для совместного дозирования жидких и твердых продуктов.

Применение дозировочных и синхродозировочных электронасосных агрегатов, совмещающих функции дозирования и транспортирования жидкостей в технологических процессах ряда отраслей промышленности, позволяет значительно сократить количество единиц оборудования, используемого в технологических процессах, площади производственных цехов и численность обслуживающего персонала; упростить эксплуатацию и повысить надежность работы технологических схем; осуществить ряд непрерывных технологических процессов, которые ранее не могли быть осуществлены из-за специфических свойств дозируемых сред (например, жидкостей, существующих в узком диапазоне температур и давлений).

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Бирюков, Андрей Витальевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В настоящее время усилиями Московского Энергетического института, Института биологического приборостроения с опытным производством РАИ (г. Пущино), ГНЦ Физико-энергетического института (г. Обнинск) и Концерна Российские насосы установлены и находятся в непрерывной эксплуатации 143 регуляторов типа АРДН-3. В большинстве случаев область применения данного регулятора распространяется на предприятия нефтехимической промышленности, ТЭЦ и теплосети. В приведенной ниже таблице отражены результаты внедрения АРДН-3. п/п Место эксплуатации Количество, шт.

1 ТЭЦ-8, г. Москва 7

2 ТЭЦ-11, г. Москва 7

3 ТЭЦ-21, г. Москва 9

4 ТЭЦ-26, г. Москва 2

5 ТЭЦ-27, г. Москва 13

6 ВНИАМ, г. Москва 12

7 ТЕПЛОЭНЕРГОПРОЕКТ, г. Ростов-на-Дону 1

8 УРАЛКАЛИЙ, г. Березняки 1

9 ЭНЕРГОЭКОХИМ, г. Белгород 1

10 ТЭЦ - «КамАЗ», г. Набережные Челны 6

11 ТЭЦ-1, г. Нижнекамск 10

12 Северо-Западная ТЭЦ, г. Санкт-Петербург 32

13 Кирово-Чепецкий химический завод, г. Кирово-Чепецк 16

14 Жуковский машиностроительный завод, г. Жуковский 3

15 ТОО «СТРОЙТЕХ», г. Москва 2

16 Мытищинская теплосеть, г. Мытищи, Моск. обл. 1

17 Теплосеть г. Железнодорожный, Моск. обл.

18 АООТ «Электропривод», г. Москва 1

19 ВНИИЭМ, г. Москва 1

20 ТЭЦ- «ВАЗ», г. Тольяти 16

21 ВНИИДРЕВ, г. Балабаново, Моск. обл. 1

Всего: 143

Надежность работы АРДН-3 подтверждается трехгодичной эксплуатацией в условиях промышленного цеха. Пыль, высокая влажность, непрерывный перепад температуры от 10 до 40 °С - характеризуют окружающую среду, в которой безотказно функционируют автоматические регуляторы для дозировочных насосов, выдерживая при этом паспортные характеристики.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бирюков, Андрей Витальевич, 1998 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Ключев В.И. Теория электропривода.-М.:Энергоатомиздат, 1985.

2. Основы автоматизированного электропривода. Уч. пособие, 1974.

3. Бедфорд Б., Хофт Р. Теория автономных инверторов. Под.ред. И.В. Антика. М.: Энергия, 1969.

4. Бернштейн И.Я. тиристорные преобразователи частоты без звена постоянного тока. М.: Энергия, 1968.

5. Булатов О.Г., Олещук В.И. Автономные тиристорные инверторы с улучшенной формой выходного напряжения. Кишинев, 1980.

6. Глазенко Т.А., Гончаренко Р.Б. Полупроводниковые преобразователи частоты в электроприводах. Энергия, 1969.

7. Жемеров Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью. М.: Энергия, 1977.

8. Ковалев Ф.И., Мосткова Г.П., Чванов В.А. Стабилизированные автономные инверторы с синусоидальным выходным напряжением. М.: Энергия, 1972.

9. Жемеров Г.Г., Аранчий Г.В. Тиристорные преобразователи частоты для регулируемых электроприводов, 1968.

10. Бюттнер Ю., Гусяцкий Ю.М., Кудрявцев A.B. Под редакцией Г.А. Щукина. Электропривод переменного тока с частотным управлением. М.: Моск. энерг. инст., 1989.

11. Сандлер A.C., Гусяцкий Ю.М. Тиристорные инверторы с широтно-импульсной модуляцией. М.: Энергия, 1968.

12. Ильинский Н.Ф. Энергосберегающий электропривод насосов. МЭИ. «Электротехника», 1995, №7.

13. Каталог «Дозировочные насосы и агрегаты», ВНИИГИДРОМАШ, 1985.

14. Power Semiconductors. Power modules IGBT 2. Generation, Data Book, 06.95.

15. Power elektronics: converters, application and design. Ned Mohan, Tore M. Undeland, Wiliam P. Robins/ 1989 by John Wiley & Sons, Inc. USA.

16. Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов.- М.: Высш. школа, 1982.

17. Часовников Л.Д. Передачи зацеплением. М., «Машиностроение», 1969.

18. Кравчик А.Э., Шлаф М.М., Афонин В.Н., Соболенская Е.А. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1982.

19. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины и микромашины. Учебник для электротехнических специальностей вузов. М.: Высш. школа, 1980.

20. Елисеев В.А. Системы непрерывного управления электроприводов переменного тока. М.: Моск. энерг. институт, 1985.

21. Справочник по автоматизированному электроприводу. Под редакцией В.А. Елисеева и A.B. Шинянского. М.: Энергоатомиздат, 1983.

22. Кудрявцев A.B., Богаченко Д.Д., Ладыгин А.Н. и др. Объектно-ориентированные преобразователи частоты для электроприводов насосов. «Электротехника», 1995, №7.

23. Остриров В.Н., Носач C.B., Бирюков A.B. Объектно-ориентированный частотно-регулируемый асинхронный электропривод на современной элементной базе. «Электротехника», 1995, №7.

24. Кудрявцев A.B., Никольский A.A., Богаченко Д.Д. Оценка потерь в системе транзисторный преобразователь частоты-асинхронный двигатель. Тр. МЭИ, 1993, №672.

25. Hitachi new generation IGBT modules GS series. Juni 1996. №01-022. Aplications handbook.

26. Power solutions. International Rectifier. Produckt digest 48. SFC-96.

27. Теория автоматического управления. Ч. 1 и 2: Учебник для вузов. Под редакцией A.B. Нетушила. М.: Высш. шк., 1972.

28. Живилова Л.М., Максимов В.В. Автоматизация водоподготовительных установок и управления водно-химическим режимом. М: Энергоиздат, 1986.

29. Белоконова А.Ф. Водно-химические режимы тепловых электростанций. М.: Энергоатомиздат, 1985.

30. Mitsubishi. 3rd generation IGBT and intelligent power modules application manual. Handbook. Publication 3GEN-AM 96/10.

31. Mitsubishi semiconductors 1995. Power module MOS. Databook. Feb. First Edition 1995.

32. Силовые IGBT модули. Материалы по применению. М: ДОДЭКА, 1997.

33. Саркисян В.О. Упрощенный метод оценки нагрева асинхронных двигателей // Электричество, 1992, №6.

34. Феликов И.Ф. Основы теплообмена в электрических машинах. Л.: Энергия, 1974.

35. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1986.

36. Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1992.

37. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер A.C. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1979.

38. Бычков М.Г., Сидоров Д.В. Компьютеризированное испытательное оборудование. Вестник МЭИ, 1994, №3.

39. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1976.

40. Архипцев Ю.Ф., Котеленец Н.Ф. Асинхронные электродвигатели. М.: Энергоатомиздат, 1986.

41. Дорохов Б.В., Усов В.В., Мищенко В.А. Нагрев частотно-регулируемых асинхронных двигателей серии 4А, АИ с резкопеременной нагрузкой // Следящие электроприводы промышленных установок, роботов и манипуляторов: Тез. докл. науч- техн. конф.- Челябинск, 1989.