 |
Описание лабораторного стенда
|
|
|
|
Кафедра автоматизации управления
Электротехническими комплексами
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №15
Для дисциплины
Основы автоматизации в горном производстве
Дубовик В.Г., Лебедев Л.Н.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ
НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
Утверждено
на заседании кафедры
автоматизации управления
электротехническими комплексами
Протокол № 6 от 14 января 2016 г.
Киев 2016
Содержание
1. Цель работы................................................................................................................ 3
2. Программа работы......................................................................................................3
3. Содержание отчета.....................................................................................................3
4. Описание лабораторного стенда...............................................................................4
5. Порядок выполнения работы....................................................................................6
6. Контрольные вопросы................................................................................................9
7. Приложения..............................................................................................................10
7.1. Приложение №1. Насос Grundfos CH 2-40......................................................10
7.2. Приложение №2. Преобразователь частоты Lenze ESMD 112 L4TXA........13
7.3. Приложение №3. Датчик давления MBS3000.................................................23
7.4. Приложение №4. Расходомер Integral MaXX ..................................................24
7.5. Приложение №5. Цифровой мультиметр DMK22…………. ............................... 31
7.6. Приложение №6. SCM-38I. Преобразователь интерфейса (RS485-RS232).............36
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы – изучение режимов работы частотно-регулируемого электропривода при управлении насосной установкой. Исследование энергосберегающих режимов насосных установок с использованием преобразователя частоты.
|
|
|
ПРОГРАММА РАБОТЫ
1. Ознакомиться с теоретическими положениями работы ПЧ.
2. Ознакомится с техническими характеристиками устройств лабораторного стенда.
3. Ознакомится с интерфейсом программы Global Drive Control (GDC) для управления ПЧ.
4. Снять внешнюю характеристику насоса при номинальной частоте вращения 
, 
. Электродвигатель насоса подключается непосредственно к сети.
5. Снять внешние характеристики насоса при полностью открытом вентиле при разных частотах вращения вала 
;
6. Снять зависимость 
, изменяя частоту вращения двигателя.
7. Снять энергетические характеристики насосной установки 
, 
при подключении двигателя насоса непосредственно к питающей сети;
8. Снять энергетические характеристики насосной установки , при подключении двигателя насоса к преобразователю частоты при 
;
9. Снять значения мощности, напора и расхода при двух разных значениях частоты: 
, 
, 
, 
, 
, 
.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Программа работы.
4. Схемы испытаний.
5. Результаты испытаний с выводами по каждому из опытов.
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА
Лабораторный стенд, структурная схема которого приведена на рис. 1, выполнен на базе автоматизированной станции водоснабжения с насосом Н1 фирмы Grundfos (см. Приложение №1). Автоматизация насосной станции осуществляется с помощью преобразователя частоты UZ1 фирмы Lenze (см. Приложение №2) с использованием датчика давления, и ее работа заключена в контроле и поддержании заданного давления в напорном трубопроводе. Преобразователь частоты имеет встроенный ПИ-регулятор, на вход которого подается внутренний сигнал задания и обратная связь по давлению, реализованная с помощью датчика давления фирмы Danfoss марки MBS 3000 (см. Приложение №3). Датчик преобразовывает значение давления в токовый аналоговый сигнал 4-20 мА, который подается на клеммы преобразователя частоты для подключения обратной связи. Важным узлом станции водоснабжения является мембранный бак (HA), в котором находится подвижная мембрана, с одной стороны которой находится воздух под давлением 4 бара. При включении наоса, бак заполняется водой до тех пор, пока не будет достигнуто заданное давление, после чего насос останавливается, а с помощью мембранного бака в напорном трубопроводе поддерживается необходимое давление. При появлении расхода, вода выдавливается из бака. При падении давления, ниже заданного, насос снова включается, и будет работать, либо на сеть, либо на заполнение мембранного бака в зависимости от того, в каком положении находится вентиль Z1.
|
|
|
Регулирование сечения трубопровода осуществляется с помощью вентиля Z1, что позволяет изменять расход. Забор воды происходит из емкости. Для предотвращения вытекания воды из напорного трубопровода обратно в емкость и осушения рабочей камеры насоса, что недопустимо, на вход насоса поставлен обратный клапан (RV).
Для измерения расхода, создаваемого насосом, на его выходе установлен расходомер фирмы Actaris (см. Приложение №4) он позволяет осуществить измерение температуры на входе и выходе насоса. Измерение электрических параметров производится с помощью измерителя параметров сети Socomec Diris A40 (см. Приложение №5), который позволяет контролировать фазные и линейные напряжения, токи, а так же мощность, коэффициент мощности и др. параметры.
| Рис. 1. Структурная схема лабораторного стенда. |
4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Для ознакомления с теоретическими положениями работы ПЧ используйте Приложение №2 протокола.
2. Для ознакомления с техническими характеристиками устройств лабораторного стенда использовать Приложения №1-6.
3. Для ознакомления с интерфейсом программы Global Drive Control (GDC) управления ПЧ необходимо подключить преобразователь частоты к компьютеру посредством кабеля RS-232. Запустить программу Global Drive Control и настроить связь с преобразователем частоты. Для подключения нажать F2, при этом появится окно изображенное на рис. 2.
Рис.2. Окно выбора типа преобразователя.
|
|
|
В появившемся окне выбрать тип преобразователя частоты (помечено зеленой галочкой на рисунке), далее подтвердить выбор нажатием кнопки «Ок».
При подключении и считывании параметров с ПЧ появится следующее окно:
Рис.3. Подключение к преобразователю.
Далее на экран выведутся параметры настройки преобразователя:
Рис. 4. Параметры настройки преобразователя.
Для считывания параметров текущей настройки преобразователя необходимо нажать F7, для записи измененных настроек в память преобразователя необходимо нажать F5.
При двойном нажатии левой кнопкой мыши на пункте меню «Dialog Short Setup» откроется окно параметров электропривода. Отсюда можно осуществить пуск и останов двигателя установки:
Рис. 5. Окно параметров электропривода.
При нажатии на кнопку «Control» откроется окно расширенных настроек электропривода, в котором можно задавать выходную частоту электропривода.
Рис. 6. Окно расширенных настроек электропривода.
4. Для снятия внешней характеристики насоса при номинальной частоте вращения , , необходимо подключить электродвигатель насоса непосредственно к сети:
а) переключатель SB2 перевести в положение «Сеть»;
б) включить автоматический выключатель Q1;
в) перед началом испытания сделать пробный пуск для проверки правильности направления вращения двигателя насоса;
г) снять внешнюю характеристику насоса при , изменяя сечение трубопровода с помощью вентиля;
д) результаты измерений занести в табл. 1. Значение давления контролировать с помощью манометра;
Таблица 1
| № п/п | Положение задвижки Z1 | G, м3/с | Н, м |
| открыта | |||
| 30% прикрыта | |||
| 60% прикрыта | |||
| закрыта |
5. Для снятия внешних характеристик насоса при полностью открытом вентиле при разной частоте вращения необходимо:
а) перевести переключатель SB2 в положение «ПЧ», тем самым подключив питание двигателя насоса к выходу преобразователя частоты;
б) повторить пункт 4 для частот 20, 30, 40 Гц;
в) снять внешние характеристики насоса при разной частоте вращения ;
|
|
|
в) результаты измерений занести в табл. 2:
Таблица 2
| № п/п | Частота 
Гц
| Положение задвижки Z1 | G, м3/с | Н, м |
| открыта | ||||
| 30% прикрыта | ||||
| 60% прикрыта | ||||
| закрыта | ||||
| открыта | ||||
| 30% прикрыта | ||||
| 60% прикрыта | ||||
| закрыта | ||||
| открыта | ||||
| 30% прикрыта | ||||
| 60% прикрыта | ||||
| закрыта |
6. Для снятия зависимости , 
необходимо:
а) для четырех положений вентиля с помощью изменения частоты вращения поддерживать давление на уровне 1,5 атм. (контроль давления производится по шкале манометра);
б) для изменения и контроля частоты необходимо использовать окно расширенных настроек электропривода программы GDC;
в) снять зависимость 
;
г) результаты измерений занести в табл. 3:
Таблица 3
| № п/п | Положение задвижки Z1 | Частота
Гц
| G, м3/с | Н, м |
| открыта | ||||
| 30% прикрыта | ||||
| 60% прикрыта | ||||
| закрыта |
7. Снять энергетические характеристики насоса 
, при подключении двигателя насоса напрямую к питающей сети. Для этого необходимо:
а) отключить двигатель насоса от ПЧ, для чего переключатель SB2 перевести в положение «0»;
б) подключить двигатель насоса напрямую к питающей сети;, для этого переключатель SB2 перевести в положение «Сеть»
в) перед началом испытания сделать пробный пуск для проверки правильности направления вращения двигателя насоса;
г) изменяя сечение трубопровода с помощью вентиля, снять энергетические характеристики насоса , ;
д) значения потребляемой мощности и коэффициента мощности снимать с дисплея анализатора параметров сети (Diris A40);
е) результаты измерений занести в табл. 4:
Таблица 4
| № п/п | G, м3/с | Н, м | P1, Вт |  , отн. ед.
|
7. Для снятия энергетических характеристик установки , при подключении двигателя насоса к преобразователю частоты необходимо:
а) подключить двигатель насоса к преобразователю частоты, SB2 в положении «ПЧ»
б) проверить направление вращения двигателя;
в) полностью открыть вентиль Z1;
г) с помощью окна расширенных настроек электропривода программы GDC изменять частоту таким образом, что бы получить значения расхода равные значениям в табл. 4;
д) снять энергетические характеристики установки , ;
е) результаты измерений занести в табл. 5:
Таблица 5
|
|
|
| № п/п | G, м3/с | Частота
Гц
| Н, м | P1, Вт | , отн. ед.
|
8. Снять значения мощности, напора и расхода при двух разных значениях частоты: , , , , , . Для этого необходимо:
а) выбрать два любых значения частоты ≥10 Гц;
б) снять значения потребляемой мощности, расхода и напора при этих частотах;
в) результаты измерений занести в табл. 6:
Таблица 6
| № п/п | Частота
Гц
| G, м3/с | Н, м | P1, Вт |
Убедиться в правильности зависимостей: 
, 
, 
.
8. Сделать выводы по результатам каждого опыта и построить графики.
Таблица 1. Результаты измерений.
| № | Экспериментальные значения измерений | |||||||||||||||||||
| Подключение АД насоса к сети 380 В | Подключение АД насоса от ПЧ | |||||||||||||||||||
| H, м | G, м3/сек | n1, об/мин | Р1, Вт | Q1, Вaр | S1, ВА | I1, А | PF | THD I, % | THD U, % | G, м3/сек | f1,Гц | n1, об/мин | Р1, Вт | Q1, Вaр | S1, ВА | I1, А | PF | THD I, % | THD U, % | |
Таблица 2. Результаты расчета.
| № | Постоянные величины | Расчетные значения | ||||||||||||||||||||
| ηАДном | cos фАДном | ηн.н. | Плотность воды, кг/м3 | Ускорение g, м/сек2 | Подключение АД насоса к сети 380 В | Подключение АД насоса от ПЧ | Показатели эффективности применения ПЧ | |||||||||||||||
| P1, Вт | cos ф | P2, Вт | ηн | S1, ВА | Qн, вар | D, Вар | P1, Вт | cos ф | P2, Вт | ηн | S1, ВА | Qн, вар | D, Вар | Снижение расхода Р, % | Снижение расхода S, % | Мощность искажений D, % | ||||||
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Привести зависимости расхода (G), напора (H) и потребляемой мощности насоса от частоты вращения вала насоса.
2. Как зависит КПД насоса от расхода?
3. По каким параметрам производят выбор мощности электродвигателя насоса?
4. В каких единицах измеряются давление, расход, напор?
5. Какие преимущества частотного регулирования насосной установки по сравнению с использованием запорного вентиля.
6. Как влияет изменение питающего напряжения на режим насосной установки с использованием ПЧ и при подключении электродвигателя непосредственно в сеть?
7. Что такое PF (Power factor) и как он связан с 
?
8. Что такое мощность искажений?
9. С какой глубины центробежный насос может перекачивать воду при атмосферном давлении?
10. Для чего используются элементы ЭМС при подключении электродвигателя к ПЧ?
11. Как определить мощность на валу насоса для различных значений расхода G и напора H?
12. Как выглядит характеристика напорной сети? Привести формулу для ее построения.
13. При каких режимах насоса возникает явление помпажа?
14. Как расположены лопатки рабочего колеса насоса исходя из вида внешней характеристики насоса?
15. Для чего предназначен преобразователь интерфейса SCM 38i?
ПРИЛОЖЕНИЕ №1
|
|
|
