РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД НАСОСОВ

Автоматизированная система, позволяющая насосу работать с переменной угловой скоростью. Реагирование угловой скорости дает возможность привести режим работы насосной установки в соответствие с режимом водопотребления или водоотведения района обслуживания. Регулируемый электропривод насосов состоит из электродвигателя, устройства, изменяющего угловую скорость электродвигателя, и аппаратуры управления. Иногда в состав регулируемого электропривода насосов входят ременная или зубчатая передача, гидравлическая или электрическая муфта скольжения и т.п. При этом регулирование угловой скорости насоса может осуществляться при постоянной угловой скорости электродвигателя за счет изменения передаточного отношения трансмиссии. В таких случаях регулируемый электропривод насосов дополняется устройством, изменяющим передаточное отношение трансмиссии.
Механические характеристики регулируемого электропривода в отличие от хаактеристик нерегулируемого "мягкие", т.е. изменяют свое положение и форму в процессе регулирования угловой скорости. Если при этом вращающий момент электропривода становится больше момента сопротивления насоса, то насосный агрегат начинает работать с ускорением до тех пор, пока эти моменты не уравновесятся и не наступит установившийся режим работы агрегата. Если в процессе регулирования вращающий момент электродвигателя станет меньше момента сопротивления насоса, то агрегат начнет работать с замедлением впредь до наступления установившегося режима работы.
Регулируемые электроприводы насосов подразделяют на две основные группы: постоянного и переменного тока. В насосных установках преимущественное распространение получили электродвигатели переменного тока. Регулируемые электроприводы насосов переменного тока бывают трех основных групп: частотные, с дополнительным сопротивлением в роторной цепи и с приводом на базе асинхронно-вентильного каскада.
Частотный регулируемый электропривод насосов состоит из асинхронного короткозамкнутого электродвигателя и тиристорного преобразоватетеля, в котором постоянная частота тока, питающего электрические сети, преобразуется в переменный. Пропорционально переменной частоте регулируется угловая скорость электродвигателя и сочлененного с ним насоса. Частотным регулируемым электроприводом насосов оснащают преимущественно низковольтные (380—660 В) насосные агрегаты мощностью до 400—1600 кВт. Частотные преобразователи подразделяют на два вида — со звеном постоянного тока и с непосредственной связью без звена постоянного тока. Чаще используют первые. Частотные преобразователи выполняют на базе автономных инверторов тока и напряжения, а также автономных инвенторов напряжения с широтно-импульсной модуляцией, которые отличаются высокими энергетическими характеристиками.
Регулируемый электропривод насосов с дополнительным сопротивлением в роторной цепи состоит из асинхронного электродвигателя с фазным ротором и реостата. Плавное регулирование угловой скорости электродвигателя обеспечивается при использовании жидкостных реостатов. Наряду с ними применяют блоки резисторов, изготовленных из металлических сплавов, обладающих высоким удельным электрическим сопротивлением (константан, нейзильбер и т.п.). Блоки резисторов включают в роторную цепь с помощью контакторов, обеспечивая при этом ступенчатое регулирование угловой скорости электродвигателя и сочлененного с ним насоса. Введение в роторную цепь дополнительного сопротивления влечет за собой потери энергии скольжения, которые выделяются в виде тепла в реостатах. Мощность потерь скольжения пропорциональна потребляемой насосом мощности. Для более экономичного регулирования угловой скорости в роторную цепь электродвигателя вводят встречную эдс. Привод по схеме асинхронно-вентильного каскада, в котором осуществляется этот принцип регулирования, состоит из электродвигателя с фазным ротором, преобразователя и вспомогательных устройств; пусковых резисторов, станции управления, согласующего трансформатора, сглаживающего дросселя. Преобразователь асинхронно-вентильного каскада служит для введения встречной эдс и рекуперации энергии скольжения обратно в питающую сеть. Он состоит из неуправляемого вентиля и управляемого инвертора.
Специфика использования насосов в системах водоснабжения и водоотведения не требует регулирования угловой скорости в полном диапазоне. Благодаря тому, что насосы работают с противодавлением, обусловленным подъемом воды на высокие геодезические отметки поверхности земли и верхние этажи зданий, достаточно регулировать угловую скорость насосов на 20—50% ниже минимальных значений. Эта особенность позволяет использовать в приводе насосов сравнительно простые схемы асинхронно-вентильного каскада, обеспечивающие регулирование угловой скорости в узком диапазоне (до 50% номинального значения).
Особое место в ряду регулируемых электроприводов насосов переменного тока занимает привод на базе вентильного электродвигателя. Вентильным электродвигателем называется электромеханическая система, состоящая из тиристорного преобразователя частоты, синхронного электродвигателя переменного тока и устройства, указывающего положение ротора электродвигателя в пространстве. Преобразователь выполняется с промежуточным звеном постоянного тока и состоит из управляемых выпрямителя и инвертора. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения в звено постоянного тока включаются сглаживающие дроссели. По принципу действия вентильные электродвигатели аналогичны двигателю постоянного тока, у которого функции коллектора и щеточного аппарата выполняют тиристорный инвертор и устройство, указывающее положение ротора в пространстве. По этой причине вентильный электропривод иногда называется бесколлекторным электродвигателем постоянного тока. В то же время наличие в составе привода тиристорного частотного преобразователя позволяет отнести его к группе частотных электроприводов. Регулирование угловой скорости вентильного электродвигателя в регулируемом электроприводе насосов осуществляется изменением напряжения на выходе управляемого выпрямителя аналогично тому, как это делается в приводе постоянного тока. Регулируемый электропривод насосов на базе вентильного электродвигателя используют в приводе мощных (800—12000 кВт) высоковольтных насосных агрегатов, особенно часто — в вертикальных насосных агрегатах, где невозможно применение белее простых и дешевых регулируемых электроприводов, например по схеме асинхронно-вентильного каскада, из-за отсутствия электродвигателей с фазным ротором в вертикальном исполнении.
Угловую скорость насосов при постоянной угловой скорости электродвигателей регулируют с помощью специальных устройств: механических вариаторов, гидравлиеских и электромагнитных муфт скольжения рамных типов. Наиболее часто в насосных агрегатах применяются регулируемые электроприводы насосов с электромагнитными муфтами скольжения индукторного типа. Они обычно используются в горизонтальных насосных агрегатах мощностью до 200—250 кВт.
Наряду с электромагнитными муфтами скольжения в регулируемых электроприводах насосов нашли применение гидравлические муфты скольжения (гидромуфты). Они используются в ряде насосных установок, в частности в электроприводе мощных (2000-8000 кВт) питательных насосов теплоэлектроцентралей.
Регулируемый электропривод насосов оснащается один из двух-трех агрегатов насосной установки, при разнотипных насосах — наиболее мощные агрегаты. Режим работы насосной установки регулируют изменением угловой скорости регулируемых насосов в сочетании с изменением количества работающих нерегулируемых агрегатов. Применение регулируемого электропривода насосов в системе АСУ насосной установки улучшает режим ее работы, делает его энергетически и экономически более выгодным: потребление энергии снижается на 5—15%, а в отдельных случаях на 20—25%; расход чистой воды снижается на 2—5% за счет снижения утечек и непроизводительных расходов воды; строительные объемы знаний насосных станций уменьшаются на 15— 20% вследствие увеличения единичной мощности насосных агрегатов и уменьшения их количества.
Наличие регулируемых электроприводов насосов снижает аварийность в системах водоподачи и водоотведения благодаря уменьшению количества включений и отключений насосного агрегата и более плавного характера изменений подачи воды и напоров в системе. Применение регулируемых электроприводов насосов в насосных установках благоприятно и с экологической точки зрения, так как способствует уменьшению поступления сточных вод в систему водоотведения за счет сокращения утечек и непроизводительных расходов воды. При правильно выбранных объектах внедрения применение регулируемых электроприводов насосов окупается в насосных установках систем водоподачи в 1—2 года, а в системах водоотведения в 3—4 года.