Устройство управления частотно-регулируемым электроприводом магистральных насосов


 

H02P25/02 - Управление или регулирование электрических двигателей, генераторов, электромашинных преобразователей; управление трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками (конструкции пусковых аппаратов, тормозов или других управляющих устройств см. в соответствующих подклассах, например механические тормоза F16D, механические регуляторы скорости G05D; переменные резисторы H01C; пусковые переключатели H01H; системы для регулирования электрических или магнитных переменных величин с использованием трансформаторов, реакторов или дроссельных катушек G05F; устройства, конструктивно связанные с электрическими двигателями, генераторами, электромашинными преобразователями, трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками, см. в соответствующих подклассах, например H01F,H02K; соединение или управление

Владельцы патента RU 2551116:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования частоты вращения электродвигателей насосов, работающих на длинные трубопроводы, например магистральных насосов нефтепроводов. Технический результат - снижение перепада давления в двух установившихся режимах трубопровода до безопасных значений для трубопровода и не приводящих к появлению усталостных дефектов в теле трубы. Устройство управления частотно-регулируемым электроприводом магистральных насосов содержит преобразователь частоты, электродвигатель, насос, датчик давления, два блока сравнения, два ключа и таймер. Выход датчика давления соединен с первым входом первого блока сравнения, на второй вход которого подается сигнал задающего давления. Выход первого блока сравнения соединен с первым входом второго блока сравнения и силовым входом первого ключа, управляющий вход которого соединен с первым выходом второго блока сравнения, второй выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, выход которого через таймер соединен с управляющим входом преобразователя частоты. На второй вход второго блока сравнения и силовой вход второго ключа подается сигнал допустимого перепада давления. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности электроприводу, и может быть использовано для регулирования частоты вращения высоковольтных электродвигателей насосов, работающих на длинные трубопроводы, например магистральных насосов нефтепроводов.

Известно устройство управления частотно-регулируемого электропривода насоса при стабилизации давления / Фираго Б.И. Регулируемые электроприводы переменного тока. - Минск: Техноперспектива, 2006. - стр.188, рис.7.10 /. Функциональная схема частотно-регулируемого асинхронного электропривода насоса при стабилизации давления содержит преобразователь частоты, асинхронный двигатель, насос, функциональный преобразователь «частота-напряжение», датчик тока, датчик давления, регулятор частоты, регулятор напряжения, регулятор давления, блок компенсации напряжения, функциональный преобразователь «частота-момент», функциональный преобразователь «давление-частота», задатчик интенсивности, сумматоры.

К недостаткам устройства относится возможность образования опасных перепадов давления в трубопроводе при переходе от одного установившегося режима перекачки с одной частотой вращения электродвигателя и насоса к другому установившемуся режиму перекачки с другой частотой вращения электродвигателя и насоса, например магистральных насосов нефтепроводов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство управления частотно-регулируемого электропривода насоса в функции давления в трубопроводе на выходе насоса / Белов М.П., Новиков В.А., Рассудов Л.Н. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. - М.: Академия, 2004. - 576 с. Рисунок 4.15 на стр.236, текст на стр.235-236/. Функциональная схема частотно-регулируемого электропривода насоса при управлении в функции давления содержит преобразователь частоты, электродвигатель, насос, датчик давления и блок сравнения.

Недостатком устройства является возможность образования опасных перепадов давления в трубопроводе, например в магистральных нефтепроводах, при переходе от одного установившегося режима перекачки с одной частотой вращения электродвигателя и насоса к другому установившемуся режиму перекачки с другой частотой вращения электродвигателя и насоса. Обусловлен этот недостаток тем, что на вход блока сравнения подаются сигнал задания давления и реальное (измеренное) давление на выходе насоса (в трубопроводе), получаемое с датчика давления. На выходе блока сравнения формируется разность значений задающего и измеренного давлений, которая преобразуется в сигнал задания частоты для преобразователя частоты. Под воздействием сигнала задания преобразователь частоты изменяет частоту вращения электродвигателя и стремится привести разность между заданным и измеренным давлениями к нулю. При этом происходит переход от исходного установившегося режима работы трубопровода с исходными значениями производительности Q1 и давления Р1 в трубопроводе к другому установившемуся режиму работы трубопровода с производительностью Q2 и давлением в трубопроводе Р2. Разность между давлениями Р1 и Р2 называют перепадом давлений. Большой перепад давлений между Р1 и Р2 может быть опасным и привести к разрушению тела трубы. Особенно опасны перепады давлений при частой смене режимов перекачки, в частности при циклической перекачке нефти по нефтепроводам, когда циклически происходит чередование установившихся режимов работы трубопровода с давлениям Р1 и Р2. При большой разности между давлениями Р1 и Р2 циклическое изменение давления приводит к появлению усталостных дефектов. В результате снижается ресурс и надежность трубопровода и появляется опасность порывов трубы с прекращением процесса перекачки жидкости по трубопроводу, а в случае перекачки нефти - может привести к тяжелым экологическим последствиям.

Целью изобретения является снижение перепадов давления в трубопроводе при переходе от одного установившегося режима перекачки жидкости по трубопроводу с одной частотой вращения электродвигателя и насоса к другому установившемуся режиму перекачки жидкости по трубопроводу с другой частотой вращения электродвигателя и насоса.

Поставленная цель достигается путем ступенчатого изменения задающего перепада давления, что приводит к снижению перепада давления в двух установившихся режимах трубопровода до значений, которые являются безопасными для трубопровода и не приводят к появлению усталостных дефектов в теле трубы.

Для достижения поставленной цели устройство управления частотно-регулируемым электроприводом магистральных насосов, содержащее преобразователь частоты, электродвигатель, насос, датчик давления, блок сравнения, причем силовой вход преобразователя частоты соединен с питающей сетью, выход преобразователя частоты соединен с обмоткой статора электродвигателя, вал которого соединен с валом насоса, выход которого соединен с трубопроводом, датчик давления, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, на второй вход которого подается сигнал задающего давления, дополнительно содержит второй блок сравнения, два ключа и таймер, причем выход первого блока сравнения соединен с первым входом второго блока сравнения и силовым входом первого ключа, управляющий вход которого соединен с первым выходом второго блока сравнения, второй выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, выход которого через таймер соединен с управляющим входом преобразователя частоты, а на второй вход второго блока сравнения и силовой вход второго ключа подается сигнал допустимого перепада давления.

На фигуре приведена схема устройства управления частотно-регулируемым электроприводом магистральных насосов, содержащая: 1 - преобразователь частоты; 2 - электродвигатель; 3 - насос; 4 - трубопровод; 5 - датчик давления в трубопроводе; 6, 7 - блоки сравнения; 8, 9 - ключи; 10 - таймер.

Устройство работает следующим образом. От питающей электрической сети на силовые входы преобразователя частоты 1 подается трехфазное напряжение сети UC частотой fC. К обмотке статора электродвигателя 2 от преобразователя частоты 1 подводится напряжение U частотой f. Электродвигатель 2 приводит во вращение магистральный насос 3 с требуемой частотой вращения в установившихся режимах перекачки жидкости по трубопроводу 4. Датчик давления 5 измеряет давление в трубопроводе 4. Сигнал с выхода датчика давления поступает на первый вход блока сравнения 6, на второй вход которого поступает сигнал задания давления. На выходе блока сравнения 6 формируется сигнал ΔР, равный разности заданного давления Р и измеренного давления Р с выхода датчика давления 5. Сигнал ΔР, пропорциональный разности давлений, поступает на первый вход блока сравнения 7, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный допустимому перепаду давления ΔРдоп. Блок сравнения 7 сравнивает по величине сигнал ΔР, равный разности заданного давления Р и измеренного давления Р с выхода датчика давления 5, с допустимым перепадом давления. Если сигнал ΔР меньше допустимого перепада давлений ΔРдоп, то появляется сигнал на первом выходе блока сравнения 7 и открывается ключ 8. При этом сигнал ΔР проходит через ключ 8 и поступает на вход преобразователя частоты 1 и преобразуется в сигнал задания частоты для преобразователя частоты. Под воздействием сигнала ΔР преобразователь частоты 1 изменяет частоту вращения электродвигателя и стремится привести разность между заданным Рз и измеренным Р давлениями к нулю. При этом происходит переход от исходного установившегося режима работы трубопровода с исходными значениями производительности Q1 и давления P1 в трубопроводе к другому установившемуся режиму работы трубопровода с производительностью Q2 и давлением в трубопроводе Р2. При этом разность давлений меду Р2 и Р1 не превышает допустимого значения ΔРдоп.

Если сигнал ΔР больше допустимого перепада давлений ΔРдоп, то появляется сигнал на втором выходе блока сравнения 7 и открывается ключ 9. При этом сигнал ΔРдоп проходит через ключ 9 и через таймер 10 поступает на вход преобразователя частоты 1. Под воздействием сигнала ΔРдоп преобразователь частоты 1 изменяет частоту вращения электродвигателя и стремится привести разность между заданным Рз и измеренным Р давлениями к нулю. При этом происходит переход от исходного установившегося режима работы трубопровода с исходными значениями производительности Q1 и давления Р1 в трубопроводе к другому установившемуся режиму работы трубопровода с производительностью Q2 и давлением в трубопроводе Р2±ΔРдоп, отличающемуся от давления Р1 не более чем на ±ΔРдоп. Таймер 10 задает выдержку времени Т, достаточную для наступления установившегося режима перекачки в трубопроводе. Через время Т процесс управления повторяется. Снова блок сравнения 7 сравнивает по величине сигнал ΔР, равный разности заданного давления Р и измеренного давления Р с выхода датчика давления 5, с допустимым перепадом давления. Если сигнал ΔР меньше допустимого перепада давлений ΔРдоп, то появляется сигнал на первом выходе блока сравнения 7 и открывается ключ 8. Если сигнал ΔР больше допустимого перепада давлений ΔРдоп, то снова появляется сигнал на втором выходе блока сравнения 7 и открывается ключ 9. При этом сигнал ΔРдоп проходит через ключ 9 и через таймер 10 поступает на вход преобразователя частоты 1. Такой циклический процесс продолжается до тех пор, пока сигнал ΔР, равный разности заданного давления Р и измеренного давления Р с выхода датчика давления 5, не станет меньше допустимого перепада давления ΔРдоп.

Значение допустимого перепада давления должно быть таким, чтобы при циклическом изменении давления в трубопроводе на величину ΔРдоп в трубопроводе не появлялись бы усталостные трещины. Величина допустимого перепада давлений должна определяться для каждого трубопровода в зависимости от его параметров и технического стояния. Для магистральных нефтепроводов допустимый перепад давления ΔРдоп=0,2 МПа.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет выполнять переход от исходного режима перекачки с давлением Р1 к требуемому режиму перекачки с давлением Р2 без возникновения опасных перепадов давления.

В известном устройстве отсутствуют второй блок сравнения, два ключа и таймер. При этом происходит переход от исходного установившегося режима работы трубопровода с исходными значениями производительности Q1 и давления Р1 в трубопроводе к другому установившемуся режиму работы трубопровода с производительностью Q2 и давлением в трубопроводе Р2 независимо от разности давлений Р2 и Р1. При большой разности между давлениями Р1 и Р2 циклическое изменение давления приводит к появлению усталостных дефектов. В результате снижается ресурс и надежность трубопровода и появляется опасность порывов трубы с прекращением процесса перекачки жидкости по трубопроводу, а в случае перекачки нефти - может привести к тяжелым экологическим последствиям.

Таким образом, предлагаемое устройство управления частотно-регулируемым электроприводом магистральных насосов позволяет снизить перепады давления при переходе от одного установившегося режима к другому. В результате повышается ресурс и надежность трубопровода и снижается опасность порывов трубы, приводящих к нарушению процесса перекачки жидкости по трубопроводу и тяжелым экологическим последствиям.

Устройство управления частотно-регулируемым электроприводом магистральных насосов, содержащее преобразователь частоты, электродвигатель, насос, датчик давления, блок сравнения, причем силовой вход преобразователя частоты соединен с питающей сетью, выход преобразователя частоты соединен с обмоткой статора электродвигателя, вал которого соединен с валом насоса, выход которого соединен с трубопроводом, датчик давления, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, с подачей сигнала задающего давления на второй вход первого блока сравнения, дополнительно содержит второй блок сравнения, два ключа и таймер, причем выход первого блока сравнения соединен с первым входом второго блока сравнения и силовым входом первого ключа, управляющий вход которого соединен с первым выходом второго блока сравнения, второй выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, выход которого через таймер соединен с управляющим входом преобразователя частоты, с подачей сигнала допустимого перепада давления на второй вход второго блока сравнения и силовой вход второго ключа.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к способу управления электрической нагрузкой или установкой, на которую подается электроэнергия переменного тока по протяженной линии передачи.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в для управления преобразователем частоты в системе двигателя. Технический результат - уменьшение потерь при коммутации.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления дивгателем. Технический результат - повышение точности определения типа двигателя.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для позиционирования асинхронных электроприводов общепромышленных механизмов, в том числе электроприводов подъемных машин, металлообрабатывающих станков с числовым программным управлением и других механизмов, где требуется точное позиционирование рабочего органа.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для приведения в действие стиральной машины. Технический результат - уменьшение энергопотребления.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в цифровых автоматизированных электроприводах переменного тока. Технический результат - оптимизация по быстродействию разгона электропривода без «опрокидывания» асинхронного двигателя и торможения электропривода без перенапряжений на силовых элементах инвертора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах преобразования мощности для управления электродвигателем. Секция (20) преобразования выполнена с возможностью преобразования посредством переключения множества переключающих устройств (Sr, Ss, St, Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) мощности от источника (6) питания переменного тока в мощность переменного тока, имеющую заданную частоту, для выдачи мощности переменного тока в электродвигатель (5).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях мощности. Технический результат - повышение коэффициента мощности и коэффициента полезного действия.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматизированной идентификации параметров электропривода с асинхронными электродвигателями.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в регулируемых электроприводах общепромышленных механизмов и транспортных средств. Технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение надежности и точности работы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электронасосах с приводом на постоянных магнитах. Технический результат - предотвращение коррозии, вызываемой химической жидкостью, на компонентах герметичного электронасоса.

Изобретение относится к бессальниковому экранированному электронасосу, в частности, стойкому к коррозии и содержащему устройство контроля подшипника. Технический результат заключается в повышении жесткости неподвижного вала экранированного электронасоса с двигателем на постоянных магнитах, своевременном обнаружении износа подшипника, повышении срока службы.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в металлургии для перекачивания жидких металлов и сплавов. Технический результат состоит в повышении производительности насоса.

Изобретение относится к электротехнике, к насосам для перекачки электропроводных жидкостей, в частности, для обеспечения циркуляции жидкометаллических теплоносителей в контурах реакторных установок атомных электростанций.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для перекачивания газов. .

Изобретение относится к электротехнике, к индукционным машинам с естественным охлаждением и может использоваться для перекачивания и перемешивания жидких металлов и сплавов в миксерах, печах, ковшах, слитках.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в установках атомной энергетики, металлургии и других областях техники. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в области атомной энергетики, металлургии и других областях техники. .

Изобретение относится к способу для оптимизированного по мощности функционирования насоса, приводимого электродвигателем, в гидравлической системе с по меньшей мере одним саморегулируемым потребителем.
Наверх