Примеры типовых применений преобразователей частоты с описанием технологических процессов
Рассмотрены варианты использования преобразователей частоты для регулирования производительности насосов, вентиляторов, для автоматического поддержания температуры, управления скоростью движения конвейерами, управления механизмами подъемных кранов, управления движением пассажирских лифтов.
1. Автоматическое поддержание давления в водопроводной сети
Решаемая задача: автоматическое поддержание давления воды в подающей линии (в водопроводной сети) на заданном уровне при изменении расхода.
Параметры для сравнения: расход воды Q, частота вращения двигателя n, давление воды в сети P, потребляемая мощность Рэл. На рис. 1 представлено схематическое решение задачи. На рис. 2. — одно из практических воплощении решаемой задачи - подача воды в многоэтажный жилой дом (подкачивающая насосная станция).
Система водоподачи состоит из насоса 1, приводимого в движение электродвигателем 2. Насос и электродвигатель размещены в здании насосной станции. Преобразователь частоты 3 управляет электродвигателем. Давление в водопроводной сети измеряется датчиком давления 4, сигнал обратной святи с которого поступает на преобразователь частоты. Заданное значение давления устанавливается на пульте управления преобразователя частоты и визуально контролируется по манометру 5.
Рис. 1.
Рис. 2.
В течение суток расход воды Q значительно изменяется (краны 6 - 14 открываются и закрываются). Максимальный (пиковый) расход воды приходится на утренние и вечерние часы, в то время как ночью расход практически нулевой и днем также небольшой.
Если действующее давление воды в водопроводной сети при каком-то расходе отличается от заданного, то преобразователь частоты плавно изменяет скорость вращения двигателя и насоса так, чтобы при другом расходе (потреблении) обеспечить давление в сети. Таким образом, независимо от величины расхода воды, давление воды во всех кранах поддерживается постоянным.
Преимущества использования преобразователя частоты при поддержании заданного давления:
снижение потребления электроэнергии,
исключение гидроударов в сети и как следствие снижение количества аварии на трубопроводах,
устранение ударных нагрузок на электрическую сеть при пуске электропривода.
Потребляемая мощность электродвигателя при работе с насосом существенно зависит от скорости вращения двигателя, график зависимости потребляемой мощности от частоты вращения двигателя выглядит примерно так:
2. Ручное управление производительностью насоса
В качестве примера изображена схема эстакады налива нефтепродуктов в железнодорожные цистерны. Нефть из наземных хранилищ 1 перекачивается насосом 2 в железнодорожные цистерны (одновременно в десяток цистерн). Управление производительностью насоса осуществляет оператор с дистанционного пульта управления 5 (в качестве пульта может использоваться управляющий компьютер). Преобразователь частоты 4 по командам оператора обеспечивает требуемую производительность путем изменения скорости вращения электродвигателя 3.
Решаемая задача: управление производительностью нефтяного насоса при заполнении цистерн (нефтяной насос исключительно для примера, схема управления - элементы 2, 3, 4, 5 одинаковы для любого насоса).
Параметры: производительность насоса Q, скорость вращения электродвигателя n.
Работа простая оператор нажимает кнопку «пуск» и устанавливает заданную производительность насоса, преобразователь частоты плавно разгоняет двигатель и насос до заданной скорости. По мере наполнения цистерн оператор снижает производительность насоса, чтобы плавно заполнить цистерны и исключить расплескивание продуктов.
Преимущества использования преобразователя частоты при управлении производительностью насоса:
исключение гидроударов в магистрали и как следствие снижение количества аварии на трубопроводах,
продление срока службы оборудования на счет устранения ударных нагрузок на электрическую сеть и двигатель при пуске электропривода,
улучшение экологической обстановки за счет исключения расплескивания нефтепродуктов.
1. Автоматическое поддержание температуры воздуха в помещении
Примеров можно привести много: производственное помещение, табачная фабрика, инкубатор, теплица.
Решаемая задача: автоматическое поддержание температуры воздуха в помещении путем отвода тепла (подразумевается, что в помещении имеется источник тепла).
Параметры: температура воздуха t, расход воздуха через вентилятор Q, скорость вращения двигателя и. потребляемая энергия Pэ.
Система поддержания заданной температуры работает в автоматическом режиме по схеме с обратной связью. Преобразователь частоты 4 управляет скоростью вращения электродвигателя 5, изменяя тем самым производительность вентилятора 2. Температура в помещении оценивается датчиком температуры 3. Заданное значение температуры устанавливается с пульта управления преобразователя частоты.
Если температура воздуха отличается от заданной, то преобразователь частоты выдаст сигнал управления на двигатель. Скорость вращения двигателя и производительность вентилятора изменяются так, что температура воздуха в помещении становится равна заданному значению.
График потребления энергии в зависимости от расхода воздуха в этом случае практически аналогичен насосному применению преобразователя частоты.
При использовании преобразователя частоты обеспечивается:
точное поддержание температуры воздуха и создание оптимального микроклимата в помещении,
исключение механических регулирующих задвижек и упрощение эксплуатации системы в целом,
снижение потребления электроэнергии за счет плавного регулирования скорости двигателя (см. график).
2. Автоматическое поддержание температуры охлаждаемых жидких и газообразных продуктов
В нефтегазовом комплексе для охлаждения жидких и газообразных продуктов широко используются аппараты воздушного охлаждения и градирни. Такие же аппараты в последние годы стали активно использоваться и в других отраслях промышленности.
Основные достоинства АВО - доступность охлаждающего агента (атмосферный воздух) и простота конструкции. Одним из главных недостатков большинства работающих АВО является сложность существующей системы автоматического управления. Это приводит к повышенным затратам на электроэнергию и ремонт оборудования, нарушению технологии, снижению срока службы аппаратов.
Использование преобразователя частоты для поддержания заданной температуры охлаждаемого продукта путем изменения скорости вращения вентилятора позволяет избавиться от перечисленных недостатков АВО и экономит электроэнергию.
Решаемая задача: автоматическое поддержание температуры охлаждаемых жидких и газообразных продуктов.
Параметры: температура продукта, расход воздуха через аппарат, скорость вращения вентилятора.
В состав системы управления входят преобразователь частоты, управляющий асинхронным двигателем, пульт дистанционного управления, датчик температуры. Стандартная схема с обратной связью. Заданное на пульте управления значение температуры сравнивается с действительной температурой продукта и в случае рассогласования преобразователь частоты вырабатывает сигнал управления на двигатель.
Изменяется скорость вращения вентилятора, изменяется расход воздуха через аппарат, температура охлаждаемого продукта остается равна заданной.
Преимущества от использования частотно регулируемых приводов в АВО:
повышение надежности и экономичности систем воздушного охлаждения,
уменьшение энергозатрат,
увеличение ресурса вентиляционного оборудования,
снижение затрат на обслуживание и ремонт,
плавный пуск двигателя даже при самопроизвольной раскрутке лопастей вентилятора под воздействием конвекционных потоков.
Управление скоростью перемещения объектов в системах непрерывною транспорта
К механизмам непрерывного транспорта, в которых используются преобразователи частоты компании, откосятся различные конвейеры и транспортеры. Они приводятся в движение асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором и используются во многих отраслях промышленности для транспортировки и перемещения горной породы и угля, сыпучих материалов, деталей машин, обрабатываемых изделий, конечной продукции и т.п.
1. Управление скоростью автомобильного конвейера
Основные элементы системы управления конвейера: пульт управления 1, преобразователь частоты 2, асинхронный двигатель 3, датчик скорости 4.
Главная цель применения преобразователя частоты: поддержание оптимальной скорости движения конвейера, значение которой устанавливается на пульте управления.
Применение частотного преобразователя кроме того обеспечивает:
длительный непрерывный режим работы;
движение транспортной ленты или другого тягового органа без пробуксовки и рывков при пуске конвейера:
плавный разгон и останов транспортной ленты.
Как следствие, уменьшается время простоя оборудования, повышается производительность конвейеров и технологических линии, снижаются трудозатраты, упрощается эксплуатация.
2. Прямое регулирование скорости вращения дозирующего шнекового питателя
Рассмотрим в качестве примера использование преобразователя частоты для регулирования скорости вращения шнекового питателя, работающего в системе точного дозирования продукта с весами непрерывного действия (взвешивания). Шнековые питатели с преобразователями частоты используются для загрузки различных печей, для подачи исходных компонентов в мельницы, дробилки, смесители и т.д.
Шнек питателя приводится в движение от электродвигателя 3. Скорость вращения электродвигателя регулируется преобразователем частоты. Заданная скорость шнека устанавливается с компьютера 1. Причем величина заданной скорости меняется компьютером по мере наполнения чаши весов 6.
Наполнение начинается на большой скорости, затем при первой пороговой величине веса скорость несколько снижается, при достижении второй пороговой величины скорость становится небольшой - тем самым достигается высокая точность взвешивания. При заполнении чаши до требуемого веса компьютер выдает сигнал на останов привода. Чаша весов опрокидывается, все содержимое насыпается в мешок X. Мешки по транспортеру подаются на склад или на погрузку в транспорт.
Решаемая задача: регулирование скорости вращения шнека питателя для обеспечения точного взвешивания исходного продукта.
Параметры: скорость вращения шнека об/мин, заданная скорость вращения шнека об/мин.
Применение преобразователей частоты для регулирования скорости шнека питателя обеспечивает:
высокую точность взвешивания продукта,
повышения производительности технологической линии,
упрощение технической эксплуатации и снижение затрат.
1. Регулирование скоростей движения механизмов мостового крана
Электрические краны различных конструкции используются почти во всех отраслях промышленности. Наибольшее распространение в машиностроение получили мостовые краны.
Система управления включает в свои состав:
ЧРП механизма главного подъема - преобразователь частоты 3, электродвигатель 2.
Все электроприводы выполнены по схожим схемам: преобразователь частоты, электродвигатель, исполнительный орган. Управление электроприводами подъема и передвижения осуществляется из кабины оператора 4.
Работа: Двигатели 7 перемешают весь кран по направлению двойных стрелок. Двигатель 9 перемещает грузовую тележку влево вправо. Двигатель 2 вращает барабан 1 и поднимает груз 5 вверх вниз.
Главная цель применения преобразователя частоты: ограничение моментов и ускорений при пусках и торможениях электропривода, безударный плавный подъем и опускание груза.
Применение преобразователей частоты кроме того обеспечивает:
работу крана в широком диапазоне изменения скоростей подъема и опускания грузов различной массы с использованием обратной связи по скорости,
исключение перекосов и раскачивания груза при движении крана,
точную установку груза при его спуске.
Система управления крановыми электроприводами на основе преобразователей частоты в целом позволяет увеличить производительность крана, повысить безопасность работы, увеличить срок службы оборудования и межремонтные сроки облегчить работу оператора.
2. Управление движением пассажирского лифта
Следует лишь отметить, что в традиционном электроприводе лифта используются в основном двухскоростные электродвигатели. Они имеют «быструю» и «медленную» скорость. На «медленной» скорости лифт трогается, разгоняется, затормаживает, останавливается. На «быстрой» скорости лифт перемещается на основном участке пути между этажами. Но даже на «медленной» скорости невозможно обеспечить плавное трогание и плавный останов кабины.
Основным преимуществом регулируемого электропривода лифта с преобразователем частоты является возможность формирования любых требуемых пуско-тормозных режимов и возможность их настройки (корректировки) под любые индивидуальные свойства лифта, а также точное поддержание заданной скорости движения.
Схема системы управления лифтом с преобразователем частоты включает: лифтовую станцию 1, в которой размещены преобразователь частоты, устройства коммутации и защиты, система автоматики электродвигатель 2, с датчиком скорости 3 и электромеханическим тормозом 4 лебедку 5 концевые выключатели на каждом этаже 8 (минимум два выключателя на этаж, один срабатывает при подходе лифта к этажу, другой - при точном расположении кабины на этаже) пульт управления (выбора этажа) 7 в кабине лифта 6.
Система управления работает по схеме с обратной связью по скорости. Причем заданных скоростей движения кабины несколько: при перемещении между соседними этажами лифт движется с малой скоростью, при перемещении более двух этажей лифт движется с большой, так называемой, крейсерской скоростью.
Анализ ситуации выполняет электронная система (в лифтовой станции управления К которая выдает команды на преобразователь частоты. При подходе лифта к требуемому этажу срабатывает концевой выключатель 8, и скорость кабины снижается, при точном расположении кабины на этаже срабатывает второй концевой выключатель - кабина останавливается и подастся питание на электромеханический тормоз.
Решаемая задача: плавное трогание и останов кабины лифта, поддержание заданной скорости движения кабины в процессе движения.
Параметры: скорость движения кабины м/мин, заданная скорость движения м мин.
При трогании лифта с ускорением на людей находящихся в лифте действуют «сжимающие или растягивающие силы». При применении преобразователя частоты параметры ускорения настраиваются таким образом, что человек не чувствует перегрузок. Скорость изменяется по закону «S - кривой» преобразователя частоты.
Применение преобразователя частоты для управления движением лифта обеспечивает:
комфортность для пассажиров за счет плавности хода от момента трогания до полного останова кабины,
продление ресурса оборудования за счет исключения резких динамических нагрузок,
повышенную точность останова кабины,
повышение надежности и снижение вероятности возникновения аварийных ситуаций.
Источник: Особенности конструкции и функционирования преобразователей частоты "Веспер". Рекомендации по применению. Учебно-методические материалы к семинару.
Не упустите возможность быть в курсе последних технологических новинок и инженерных трендов! Подпишитесь на наш Telegram-канал "Инженерное дело" и получайте первыми увлекательные статьи
и другие эксклюзивные материалы.Наш Telegram-канал: Инженерное дело
