SU1442704A1 - Устройство дл управлени электроприводом турбомеханизма - Google Patents

Abstract

Изобретение касаетс  управлени  центробежными установками, оборудованными электроприводом, и м.б. использовано в системах управлени  режимами работы турбомеханизма, в частности шахтных вентил торов, турбокомпрессоров с направл ющим аппаратом или дроссельной заслонкой. Цель изобретени  - повьшение точности путем определени  оптимального значени  скорости электропривода дл  перехода на аэродинамическое регулирование производительности вентил торной установки. Устр-во содержит блок (Б) 18 вычислени  угла установки направл ющего аппарата (НА) 3, Б 19, 28 вычислени  мощности сети, запоминающие Б 20, 21, Б 22 управлени  НА и исполнительный механизм НА, Б 24 питани , датчик (Д) 25 скорости, Д 26 угла установки НА, Б 27 вычислени  скорости, Б 29 сравнени ,нелинейные Б 8 и 30, релейные элементы 11, 31 с двум  нормально замкнутыми и двум  разомкнутыми блок-контактами 14, 15, 32, 33 и 16, 17, 34, 35, Б 12 и 36 j вьщержки времени, регул тор 37 производительности , Д 5 мощности сети, Б 7 задани  производительности, преобразователь 6 частоты с системой управлени , св занный с электроприво- 2 дом, коммутирующее устр-во 13, Д 9 (Л

Description

1

4 Is5 Ч

давлени  и Д 10 производительности, св занные с турбамеханизмом 2. При поступлении сигнала на Б 22 происходит закрытие НА, при этом входной сигнал регул тора уменьшаетс . В результате этого напр жение, поступающее на вход преобразовател , увеличиваетс , а следовательно, увеличиваетс  скорость вращени  электродвигател . 1 ил.

1

Изобретение относитс  к области управлени  и регулировани  центробежных установок, оборудованных электроприводом , и может быть использовано в системах управлени  режимами padoTbi турбомеханизма, в частности, шахтных вентил торов, турбоко рес- соров с направл ющим аппаратом или дроссельной заслонкой.

Цель изобретени  - повышение точности путем определени  оптимального значени  скорости электропривода дл  перекода на аэродинамическое регулирование производительности вентил торной установки.

На чертеже представлена структурна  схема устройства.

Устройство дл  управлени  электроприводом 1 турбомеханизма 2 с направл ющим аппаратом 3 вентил торной установки содержит первьй блок 4 сранени , последовательно соединенные датчик 5 мощности сети и преобразователь 6 частоты с системой управлени , по выходу св занный с электроприводом 1, блок 7 задани  производительности , первый нелинейньй бло 8, датчик 9 давлени  и датчик 10 производительности , св занные с турбоме ханизмом 2, и последовательно соединенные первый релейньй элемент 11, первый блок 12 выдержки времени и коммутирующее устройство 13, первьй и второй выходы которого подключены соответственно к входу и выходу преобразовател  6 частоты с системой управлени .

Первьй релейньй элемент 11 вьшол- нен с двум  нормально замкнутыми 14 и 15 и двум  нормально разомкнутыми 16 и 17 блок-контактами, а устройство , кроме того, содержит последовательно соединенные блок 18. вычислени  угла установки направл ющего аппарата и первый блок 19 вычислени 

мощности сети, первьй 20 и второй 21 запоминающие блоки, последовательно соединенные блок 22 управлени  направл ющим аппаратом и исполнитель- ньй механизм 23 направл ющего аппарата , св занньй с направл ющим аппаратом 3, блок 24 питани , датчик 25 скорости, св занный с электроприводом 1, датчик 26 угла установки на

правл ющего аппарата, св заиньй с

направл ющим аппаратом 3, последовательно соединенные блок 27 вычислени  скорости вращени , второй блок 28 вычислени  мощности сети, второй блок

29 сравнени , второй нелинейньй блок 30, второй релейньй элемент 31 с дву  нормально замкнутыми 32 и 33 и вум  нормально разомкнутыми 34 и 35 блок-контактами, второй блок 36 выержки времени и регул тор 37 производительности , св занный с блоком 7 задани  производительности.

Датчик 5 мощности сети подключен к первому и второму входам соответственно первого 4 и второго 29 блоков сравнени , второй вход первого из которых подключен к выходу первого блока 19 вычислени  мощности сети, первьй и второй выходы блока 7 задани  производительности подключены к первому и второму входам соответственно блока 22 управлени  направл ющим аппаратом и преобразовател  6 частоты с системой управлени , третий вход которого подключен к датчику 25 скорости, а четвертьй - через первьй нормально разомкнутьй блок- контакт 34 второго релейного элемента 31 к выходу второго запоминаю-

щего блока 21, вход которого через первьй нормально замкнутьй блок-контакт 32 второго релейного элемента 31 подключен к второму выходу блока 27 вычислени  скорости вращени . Вы5СОД второго блока 36 пьщержки

ме и подключен к второму входу коммутирующего устройства, 13, датчик 26 угла установки направл ющего аппарата подключен к второму входу блока 22 управлени  направл ющим аппаратом второй вход которого через первьп нормально разомкнутьй блок-контакт 16 первого релейного элемента 11 подключен к выходу первого запоминающего блока 20, вход которого через первьй нормально замкнутьй блок-контакт 14 первого релейного элемента подключен к второму выходу блока 18 вычислени  угла установки направл ю- щего аппарата. Датчик 9 давлени  подключен к первым входам блока 27 вычислени  скорости вращени  и блока 18 вычислени  угла установки направл ющего аппарата, датчик 10 производительности подключен к регул тору 37 производительности и к вторым входам первого 19 и второго 28 блоков вычислени  мощности сети, блока 27 вычислени  скорости вращени  и блока 18 вычислени  угла установки направл ющего аппарата, выход первого из которых подключен к второму входу первого блока 4 сравнени , выход которого через первый нелинейньй блок 8 подключен к первому входу первого релейного элемента 11, второй вход, которого через последовательно включенные второй нормально йамкнутьй блок-контакт 33 второго релейного элемента 31 и второй нормально разомкнутьй блок-контакт 17 первого релейного элемента 11 подключен к первому выходу блока 24 питани , второй выход которого через последовательно включенные, второй нормально замкнутьй блок-контакт 15 первого релейного элемента 11 и второй нормально разомкнутьй блок-контакт 35 второго релейного элемента 31 подключен к второму входу второго релейного элемента 31

Стандартными в устройстве  вл ютс  следуюпще блоки: датчик 5 мощности сети, преобразователь 6 частоты с системой управлени , датчик 25 скорости, датчик 9 давлени , датчик 10 производительности, первьй 4 и второй 29 блоки сравнени , коммутирующее устройство 13, турбомеханизм 2 с направл ющим.аппаратом 3, испол- нительньй механизм 23 направл ющего

аппарата,первьй 8 и второй 30 нели- терными дл  конкретных турбомеха нейные блоки,электродвигатель 1, пер- мов: вентил торов, компрессоров,

При работе электропривода 1 о преобразовател  6 частоты потреб етс  мощность, измер ема  с помо датчика 5 мощности. Выходной сиг указанного датчика поступает на вьй вход первого блока 4 сравнен Направл ющий аппарат 3 турбомеха ма 2 при этом полностью открыт. датчика 9 давлени  и датчика 10 изводительности сигналы поступаю на блок 18 вычислени  угла устан ки направл ющего аппарата и перв блок 19 вычислени  мощности сети Блок 18 вычислени  угла установ направл ющего аппарата вычисл ет установки направл ющего аппарата соответствии с зависимост ми, ка терными дл  конкретных турбомеха

10

0

25

is

30

35

0

5

0

5

терными дл  конкретных турбомеха мов: вентил торов, компрессоров,

вый 11 и второй 31 релейные элементы (чувствительные электромеханические реле с нормально разомкнутыми и нормально замкнутыми блок-контактами).

Блок 7 задани  производительности -представл ет собой сумматор, на вход которого подаетс  задающее напр жение . В качестве обратной св зи используетс  сигнал регул тора 37 производительности , а выполн етс  блок 7 задани  производительности на операционных усилител х или потенциометрах .

Регул тор 37 производительности представл ет собой блок, согласующий выход датчика 10 производительности с блоком 7 задани  производительности . Это может быть усилитель или динамическое звено (ПИ-регул тор, Ш-Щ-регул тор). Его параметры завис т от сети, на которую работает вентил торна  установка.

Датчик 26 угла установки направ- л. ющего аппарата - сельсинный или по- тенциометрический датчик, преобразующий угол поворота в напр жение.

Блок 22 управлени  направл ющим аппаратом представл ет собой сумматор с трем  суммирующими входами.

Исполнительньй механизм 23 направл ющего аппарата 3 находитс  в неподвижном состо нии только при равенстве нулю выходного напр. жени  сумматора блока 22 управлени  направл ющим аппаратом , т.е. тогда, когда угол установки направл ющего аппарата равен заданному.

Устройство работает следующим образом .

При работе электропривода 1 от преобразовател  6 частоты потребл етс  мощность, измер ема  с помощью датчика 5 мощности. Выходной сигнал указанного датчика поступает на первьй вход первого блока 4 сравнени . Направл ющий аппарат 3 турбомеханиз- ма 2 при этом полностью открыт. С датчика 9 давлени  и датчика 10 про- . изводительности сигналы поступают на блок 18 вычислени  угла установки направл ющего аппарата и первьй блок 19 вычислени  мощности сети. Блок 18 вычислени  угла установки направл ющего аппарата вычисл ет угол установки направл ющего аппарата в соответствии с зависимост ми, карак- терными дл  конкретных турбомеханизвоздуходувок . Зависимости дл  углов установки направл ющего аппарата и.пи дроссельной заслонки определ ютс  путем аппроксимации соответствуюпуос напорных характеристик. Они имеют общие математические формулы, хот  коэффициенты , вход щие в них, завис т от мощности, типа турбомеханизма и т.д.

Примен ютс  вьфажени  дл  аппроксимированных характеристик характерного турбомеханизма - вентил тора главного проветривани  шахт. Выражение дл  угла установки направл ющего аппарата, реализуемое блоком 18 вычислени  угла установки направл ющего аппарата, имеет вид

; J/H+a QZ-HHQHa Q-a Ds ,U)HQ+b,co2D,

.

H+(i4i), 10- Q

w,

DB

Q2-0,1cojQ+2,5w

+ 0,1if,

де о( - угол установки направл ющего

аппарата, рад; Н - текущее значение давлени  30

вентил тора, Па Q - текущее значение производительности вентил тора, , Нцр ц - номинальное значение давлени  и производительности вен- 35 тил тора

и) - номинальна  скорость вращени  вала вентил тора, рад/cj Df. - диаметр рабочего колеса вен- 40

тил тора, M.

Зависимость получена в результате аппроксимации семейства аэродинамических характеристик вентил тора ВЦЦ-32М дл  случа  аэродинамического регулировани  его производительности.

1

Полученное значение угла дл  номинальной скорости на блока 18 вычислени  угла установки направл ющего аппарата численно равно величине,

при которой производительность и давление вентил тора соответствуют значени м при изменении скорости. Выходной сигнал первого блока 19 вычислени  мощности сети равен мощности, которую потребл ла бы установка при работе с номинальной скоростью вращени  и питани  двигател  от сети. Указан

на  мощность определ етс  в соответствии с зависимостью

с ,

где PC мощность, потребл ема  от

сети, Вт}

t| - КПД системы электропривода (принимаетс  в области номинальных нагрузок посто нным ) i

Ng - мощность, потребл ема  вентил тором , Вт.

Значение Ng определ етс  в результате аппроксимации семейства выходных характеристик вентил тора N g f(Q) дл  случа  аэродинамического регулировани  производительности:

20

N

В

-aQ2 +bQ+c,

где Q - текущее значение производительности вентил тора,

a,b,c - коэффициенты аппроксимации выходных характеристик, которые определ ютс  в соот- .ветствии с зависимост ми:

0

5

о

а ыД-0,,2Ы)+а b w«(-116o(-f215o()+b., с const Сд, b

где а.

С„ коэффициенты аппроксимации выходных характеристик при угле установки направл ющего аппарата , равном нулю; w,- номинальна  скорость 0вращени  вала вентил тора , рад/cj с/ - угол установки направл ющего аппарата , рад.

5 Выходной сигнал первого блока 4 сравнени  через первый нелинейный блок 8 (типа вентиль) поступает на вход первого релейного элемента 11, который срабатывает, в результате от Q блока 24 питани  через второй нормально разомкнутый блок-контакт 17 первого релейного элемента 11 и второй нормально замкнутый блок-контакт 33 второго релейного элемента 31 g напр жение поступает на другой вход первого релейного элемента 11, который остаетс  во включенном состо нии даже если сигнал с первого выхода блока 4 сравнени  станет равным нулю.-В

прЬцессе работы через первый нормально замкнутый блок-контакт 14 первого релейного элемента 11 сигнал с выхода блока 18 вычислени  угла установ-

ки направл ю це1 о аппарата поступает

на вход первого запоминающего блока 20. С выхода первого релейного элемента 11 сигнал поступает на вход первого блока 12 выдержки времени. В результате сигнал поступает на третий вход блока 22 управлени  направл ющим аппаратом, после чего направ- л югций аппарат 3 турбомеханизма 2 постепенно закрываетс , а выходной сигнал регул тора 37 производительности уменьшаетс .

Уменьшение сигнала приводит к тому , что напр жение, поступающее на вход преобразовател  6 частоты с сие- темой управлени  с выхода блока 7 задани  производительности, увеличиваетс , следовательно, увеличиваетс  скорость вращени  электродвигател  1.

Увеличение скорости происходит до тех 25 путем аппроксимации семейства аэро

пор, пока суммарное напр жение на входе блока 22 управлени  направл ющим аппаратом не станет равным нулю. Это равенство наступает в результате того, что угол поворота направл ющего аппарата 3 стал равным расчетному его значению, а скорость вращени  вала турбомеханизма 2 стала соответствовать его номинальной скорости. К окончанию этого процесса первый блок 12 выдержки времени подает сигнал на ком мутиругап(ее устройство 13, шунтирующее преобразователь 6 частоты с системой управлени . Электропривод 1 работает с номинальной, например, синхронной скоростью.

В качестве коммутирующего устройства 13 целесообразно использовать выключатель с входным логическим устройством, реализующим функцию Запрет. Турбомеханизм 2 при этом работает с максимальной скоростью, потери в преобразователе 6 частоты с системой управлени  отсутствуют, отсутствуют также потери в электроприводе 1 от несинусоидального тока.

В дальнейшем, например, из-за снижени  аэродинамического сопротивлени  сети, на которую работает тур- бомеханизм 2, полученный режим регулировани  производительности может стать неэкономичным. С целью возврата в зону экономичной работы необходимо вычислить скорость, при которой

может быть получено требуемое значение производительности, но при угле установки направл ющего аппарата 3, равном нулю. Это достигаетс  тем, что после выхода на естественную характеристику блок 27 вычислени  скорости вращени  вычисл ет необходимую скорость в соответствии с выражением

H+22,5Q +500

-kiQZ+k.Q+k. -0,1Q +50Q+3450

H+dQ2 -Ц

i)

де

WH

(A) U )u -

,l,k,

kj, k 3

относительна  скорость вращени  вала вентил тора

текуща  скорость вращени  вала вентил тора, рац/с;. номинальна  скорость вращени  пала вентил тора, рад/с;

коэффициенты аппроксимации . Полученна  зависимость определена

динамических характеристик Н f(Q) . дл  случа  регулировани  производительности изменением скорости вращени  электропривода.

Второй блок 28 вычислени  мощности сети вычисл ет потребл емую мощность из сети в соответствии с выражением

35

зо

Ро

N6

где N5

aQ +bQ+c - мощность, потребл ема 

вентил тором, BTJ

а, b, с - коэффициенты аппроксима- , ции семейства кривых выходных характеристик N f(Q) дл  случа  регулировани  производительности изменением скорости вращени  электропривода . Например дл  вентил тора ВЦ-32 они равны: а ,

Ь 2-104 -0,67)3+1000 DB, с Со const ,

Ч кпд системы привода при питании от преобразовател  частоты, обычно принимаетс  равным 0,94- 6,95;

D - диаметр рабочего колеса вентил тора, м.

Блоки вычислени  могут быть выпрл- )U Hbi на аналоговых элементах или на устройствах микропроцессорной техники .

Сигнал, пропорциональный ..вычисленному значению мощности сети, с выхода второго блока 28 вычислени  мощности сети поступает на первый вход второго блока 29 сравнени , на второй вход которого поступает сигнал с выход п датчика 5 мощности, выходной сигнал второго блока 29 сравнени  через второй нелинейньш блок 30 (типа вентиль) поступает на второй релейный элемент 31. Последний срабатывает , в результате от блока 24 питани  через второй нормально разомкнутьн блок-контакт 35 второго релейного элемента 31 и второй нормально за.м- кнутый блок-контакт 15 первого релейного элемента 11 напр жение поступает на второй релейный элемент 31, Сигнал с выхода блока 27 вычислени  скорости БраЕ(ени -поступает на вход .с выхода которого через первый нормально разомкнутый блок-контакт 34 второго релейсчого элемента 31 сигнал поступает на вход преобразовател  6 частоты с системой управлени . Выходной сигнал второго релейного элемента 31 поступает на вход второго блока 36 выдержки времени, с выхода которого по истечении вьщержки времени сигнал поступает на второй вход коммутирующего устройства 13.

При срабатывании второ. релейного элемента 31 разрываетс  цепь питани  первого релейного элемента 11 посредством второго нормально замкнутого блок-контакта 33 второго ре.лей- ного элемента 31, выходной сигнал первого нелинейного блока 8 при это равен нулю, так как мощность при регулировании направл ющ1-ш аппаратом 3 превьн ает мощность при регулировании скоростью электропривода 1. Одновременно становитс  равньц-i нулю сигнал, поступающий на третий вход блока 22 управлени  направл юиц-гм аппаратом . Направл ющи аппарат 3 постепенно начинает открыватьс . Одновременно коммутирующее устройство 13 прекращает шунтировать преобразователь 6 частоты с системой управлени , скорость вращени  электропривода 11 постепенно уменьшаетс . Так происходит до тех пор, пока угол установки направл ющего аппарата 3

не станет равным нулю, а скорость вращени  вала электропривода 1 не станет равной вычисленному ее значению . К окончанию этого процесса электропривод 1 переходит на регулируемый режим работы, контроль энергетических параметров системы привода осуществл етс  рассмотренным образом .

В услови х некоторых производств: в турбокомпрессорах по производству сжатого воздуха, воздуходувках доменных печей и др. важно регулировать давление на выходе при мен ющейс  производительности. В таком случае устройство снабжаетс  регул тором давлени  вместо регул тора производительности . Структура указанного регул тора может быть такой же, как и регул тора производительности, однако , параметры настройки должны быть другими. Их расчет осуществл ет- /с  по известным методикам. Регул тор давлени  подключаетс  к датчику дав- лени . Структура блоков вычислени  мощности сети, установки углЪв направл ющего аппарата, скорости вра

щени  турбомеханизма остаетс  без изменени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  управлени  электроприводом турбомеханизма с направл ющим аппаратом вентил торной установки , содержащее первьш блок сравнени , последовательно соединенные датчик мощности сети и преобразователь частоты с системой управлени , по выходу св занный с электроприводом, блок задани  производительности,пер- вьй нелинейный блок, датчик давлени  и датчик производительности, св занные с турбомеханизмом и последовательно соединенные первый релейный элемент, первый блок вьщержки времени и коммутирующее устройство, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу и выходу преобразовател  частоты с системой управлени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности путем определени  оптимального значени  скорости электропривода дл  перехода на аэродинамическое регулирование производительности вентил торной установки, первьш релейный элемент выполнен с двум  нормально

   11

   замкнутьми и двум  нормально разомкнутыми блок-контактами, а устройство дополнительно содержит последовательно соединенные блок вычислени  угла установки направл ющего аппарата и первый блок вычислени  мощности сети , первый и второй запоминающие блоки , последовательно соединенные блок

   управлени  направл ющим аппаратом и исполнительньш механизм направл ющего аппарата, св занный с направл ющим аппаратом, блок питани , датчик скорости, св занный с электроприводом , датчик угла установки направл ющего аппарата, св занный с направл ющим аппаратом, последовательно соединенные блок вычислени  скорости вращени , второй блок вычислени  мощности сети, второй блок сравнени , второй нелинейный блок, второй релейный элемент с двум  нормально замкнутыми и двум  нормально разомкнутыми блок-контактами и второй блок выдержки времени, регул тор производитель- ности, св занный с блоком задани  производительности, датчик мощности сети подключен к первому и второму входам соответственно первого и второго блоков сравнени , второй вход первого из которых подключен к выходу первого блока вычислени  мощности сетИр первый и второй выходы блока задани  производительности подключены к первому и второму входам соответственно блока управлени  направл ющим аппаратом и преобразовател  частоты с системой управлени , третий вход которого подключен к датчику скорости, а четвертый через первый нормально разомкнутый блок-контакт второго релейного элемента к выходу второго запоминающего блока, вход которого через первый нормально замкнутый блок-контакт второго релейного элемента подключен к второму вьг

   10

   15

   20 25

   44270412

   ходу блока вычислени  скорости вращени , выход второго блока выдержки времени подключен к второму входу коммутирующего устройства, датчик угла установки направл ющего аппарата подключен к второму входу блока управлени  направл ющим аппаратом, второй вход которого через первый нормально разомкнутый блозс-контакт первого релейного элемента подключен к выходу первого запоминающего блока, вход которого через первый нормально замкнутый блок-контакт первого релейного элемента подключен к второму выкоду блока вычислени  угла установки направл ющего аппарата, датчик давлени  подключен к первым входам блока вычислени  скорости вращени  и блока вычислени  угла установки направл ющего аппарата, датчик производительности подключен к регул тору производительности и к вторым входам первого и второго блоков вычислени  мощности сети, блока вычислени  скорости вращени  и блока вычислени  угла установки направл ющего аппарата, выход первого из которых подключен к второму входу первого блока сравнени , выход которого через первьм нелинейный блок подключен к первому входу первого релейного элемента, второй вход которого через последовательно включенные второй нормально замк 1утый блок-контакт второго релейного элемента и второй нормально разомкнутый блок-контакт первого релейного элемента подключен к первому выходу блока питани , второй выход которого через последовательно включенные второй нормально замкнутый блок-контакт первого релейного элемента и второй нормально разомкнутьй блок-контакт второго релейного элемента подключен к второму входу вто30

   35

   40

   45

   рого релейного элемента.