Устройство для управления электроприводом турбомеханизма

(2 (2 4 инст норудн т ССС 980 ЛЕ ения урбо пара и пуачеСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯРОПРИВОДОМ ТУРБОМЕХАНИЗМА(57) Изобретение касается управцентробежными установками, оборванными электроприводом, и м,б.пользовано в системах управленижимами работы турбомеханизма,стности шахтных вентиляторов, ткомпрессоров с направляющим аптом или дроссельной заслонкой,изобретения - повьппение точносттем определения оптимального зн ния скорости электропривода для перехода на аэродинамическое регулирование производительности вентиляторнойустановки, Устр-во содержит блок (Б)18 вычисления угла установки направляющего аппарата (НА) 3, Б 19, 28 вычисления мощности, сети, запоминающиеБ 20, 21, Б 22 управления НА и исполнительный механизм НА, Б 24 питания, датчик (Д) 25 скорости, Д 26угла установки НА, Б 2 вычисленияскорости, Б 29 сравнениянелинейныеБ 8 и 30, релейные элементы 11, 3 1 сдвумя нормально замкнутыми и двумяразомкнутыми блок-контактами 14, 15,32, 33 и 16, 17, 34, 35, Б 12 и 36 Явыдержки времени, регулятор 37 проинноднтнльности, д 5 мощности сети, ЩБ 7 задания производительности, пре-Сфобразователь 6 частоты с системой уп.равления, связанный с электроприво- фдом, коммутирующее устр-во 13, Д 91442704 40 45 ход второго блока 36 выдержки вредавления и Д 1 О производительности, связанные с турбомеханизмом 2, При поступлении сигнала на Б 22 происходит закрытие НА, при этом входной сигнал регулятора уменьшается. В реИзобретение относится к областиуправления и регулирования центробежных установок, оборудованных электроприводом, и может быть использовано в системах управления режимамиработы турбомеханизма, в частности,шахтных вентиляторов, турбокомпрессоров с направляющим аппаратом илидроссельной заслонкой.Цель изобретения - повышение точности путем определения оптимального значения скорости электроприводадля перехода на аэродинамическоерегулирование производительностивентиляторной установки.На чертеже представлена структурная схема устройства,Устройство для управления электроприводом 1 турбомеханизма 2 с направляющим аппаратом 3 вентиляторнойустановки содержит первый блок 4 сравнения, последовательно соединенныедатчик 5 мощности сети и преобразователь 6 частоты с системой управления, по выходу связанный с электроприводом 1, блок 7 задания производительности, первый нелинейный блок8, датчик 9 давления и датчик 10 производительности, связанные с турбомеханизмом 2, и последовательно соединенные первый релейный элемент 11,первый блок 12 выдержки времени икоммутирующее устройство 13, первыйи второй выходы которого подключенысоответственно к входу и выходу преобразователя 6 частоты с системой управления.Первый релейный элемент 11 выполнен с двумя нормально замкнутыми 14и 15 и двумя нормально разомкнутыми16 и 17 блок-контактами, а устройство, кроме того, содержит последовательно соединенные блок 18. вычисления угла установки направляющегоаппарата и первый блок 19 вычисления 10 15 20 25 30 35 зультате этого напряжение, поступающее на вход преобразователя, увеличивается, а следовательно, увеличивается скорость вращения электродвигателя. 1 ил. мощности сети, первый 20 и второй 21 запоминающие блоки, последовательно соединенные блок 22 управления направляющим аппаратом и исполнительный механизм 23 направляющего аппарата, связанный с направляющим аппаратом 3, блок 24 питания, датчик 25 скорости, связанный с электроприводом 1, датчик 26 угла установки направляющего аппарата, связанный с направляющим аппаратом 3, последовательно соединенные блок 27 вычисления скорости вращения, второй блок 28 вычисления мощности сети, второй блок 29 сравнения, второй нелинейный блок 30, второй релейный элемент 31 с двумя нормально замкнутыми 32 и 33 и двумя нормально разомкнутыми 34 и 35 блок-контактами, второй блок 36 выдержки времени и регулятор 37 производительности, связанный с блоком 7 задания производительности.Датчик 5 мощности сети подключен к первому и второму входам соответственно первого 4 и второго 29 бло" ков сравнения, второй вход первого из которых подключен к выходу первого блока 19 вычисления мощности сети, первый и второй выходы блока 7 задания производительности подключены к первому и второму входам соответственно блока 22 управления направляющим аппаратом и преобразователя 6 частоты с системой управления, третий вход которого подключен к датчику 25 скорости, а четвертый - через первый нормально разомкнутый блок- контакт 34 второго релейного элемента 31 к выходу второго запоминающего блока 21, вход которого черезпервый нормально замкнутый блок-контакт 32 второго релейного элемента31 подключен к второму выходу блока27 вычисления скорости вращения, Вы 1442704мени подключен к второму входу коммутирующего устройства, 13, датчик 26угла установки направляющего аппарата подключен к второму входу блока22 управления направляющим аппаратом,5второй вход которого через первыйнормально разомкнутый блок-контакт16 первого релейного элемента 11 подключен к выходу первого запоминающего блока 20, вход которого через первый нормально замкнутый блок-контакт 14 первого релейного элемента 11 подключен к второму выходу блока 18 вычисления угла установки направляю щего аппарата. Датчик 9 давления подключен к первым входам блока 27 вычисления скорости вращения и блока 18 вычисления угла установки направляющего аппарата, датчик 10 произво дительности подключен к регулятору 37 производительности и к вторым входам первого 19 и второго 28 блоков вычисления мощности сети, блока 27 вычисления скорости вращения и блока 25 18 вычисления угла установки направляющего аппарата, выход первого из которых подключен к второму входу первого блока 4 сравнения, выход которого через первый нелинейный блок З 0 8 подключен к первому входу первого релейного элемента 11, второй вход. которого через последовательно включенные второй нормально замкнутый блок-контакт 33 второго релейного элемента 31 и второй нормально разомкнутый блок-контакт 17 первого релейного элемента 11 подключен к первому выходу блока 24 питания, второй выход которого через последовательно включенные, второй нормально замкнутый блок-контакт 15 первого релейного элемента 11 и второй нормально разомкнутый блок-контакт 35 второго релейного элемента 31 подклю чен к второму входу второго релейного элемента 31.Стандартными в устройстве являются следующие блоки: датчик 5 мощности сети, преобразователь 6 частоты с системой управления, датчик 25 скорости, датчик 9 давления, датчик 10 производительности, первый 4 и второй 29 блоки сравнения, коммутирующее устройство 13, турбомеханизм 2 с направляющим аппаратом 3, исполнительный механизм 23 направляющего аппарата, первый 8 и второй 30 нелинейные блокиэлектродвигатель 1, первый 11 и второй 31 релейные элементы (чувствительные электромеханйческие реле с нормально разомкнутыми и нормально замкнутыми блок-контактами)Блок 7 задания производительности .представляет собой сумматор, на вход которого подается задающее напряжение, В качестве обратной связи используется сигнал регулятора 37 про-. изводительности, а выполняется блок 7 задания производительности на операционных усилителях или потенциометрах.Регулятор 37 производительности представляет собой блок, согласующий выход датчика 10 производительности с блоком 7 задания производительности. Это может быть усилитель или динамическое звено (ПИ-регулятор, ПИД-регулятор). Его параметры зависят от сети, на которую работает вентиляторная установка.Датчик 26 угла установки направляющего аппарата - сельсинный или потенциометрический датчик, преобразующий угол поворота в напряжение,Блок 22 управления направляющим аппаратом представляет собой сумматор с тремя суммирующими входами.Исполнительный механизм 23 направляющего аппарата 3 находится.в неподвижном состоянии только при равенстве нулю выходного напряжения сумматора блока 22 управления направляющим аппаратом, т.е, тогда, когда угол установки направляющего аппарата равен заданному.Устройство работает следующим образом.При работе электропривода 1 от преобразователя 6 частоты потребляется мощность, измеряемая с помощью датчика 5 мощности. Выходной сигнал указанного датчика поступает на первый вход первого блока 4 сравнения. Каправляющий аппарат 3 турбомеханизма 2 при этом полностью открыт, С датчика 9 давления и датчика 10 про-, изводительности сигналы поступают на блок 18 вычисления угла установки направляющего аппарата и первый блок 19 вычисления мощности сети.Блок 18 вычисления угла установки направляющего аппарата вычисляет угол установки направляющего аппарата в соответствии с зависимостями, характерными для конкретных турбомеханизмов: вентиляторов, компрессоров, воз 1442704+ 0,1 н,угол уст аппарата новки направляюще г Радуначениера, Па;начение давления текущее В еетиля производитора, м/с,ие давлельности вен текущее тельност номиналь ния и пр ое знач изводит Н лятора;минальная с е/с ость в ния вала вентилятора,П - диаметр рабочего колес енилятора, м.имость получ ации семейс ена в результате тва аэродинамивентилятора эродинамического оизводительности ави ппро ских характеристик ЦЦМ для случая а гулирования его пр 45 л еока 1 олученное значениеальной скорости на в од ечисления угла установ его аппарата численно р направляюно величине,дав оторой производи ностьствую риени ентилятора соотв знаВыход м при измее н й ости. 19 выч и ск блок авен игналощнос ервого сети лнла б альнойисле 5 и, кори ранияторуботе ос потре е устаскоро ов номин ия дв тью в ти. У ащени азани т т духодувок. Зависимости для углов установки направляющего аппарата или дроссельной заслонки определяются путем аппроксимации соответствующих5 напорных характеристик. Они имеют общие математические формулы, хотя коэффициенты, входящие в них, зависят от мощности, типа турбомеханиэма и т.д. 10Применяются выражения для аппроксемерованных характеристик характерного турбомеханизма - вентилятора главного проветривания шахт. Выражение для угла установки направляющего аппарата, реализуемое блоком 18 вычисления угла установки направляющего аппарата, имеет видная мощность определяется в соответствии с зависимостью вРГ ф И = -аЯ+ЬО+с,изводиа, м/с;ксимациистик ко текущее значенительности вентилкоэффициенты апвыходных характ де ро ор Ь я в соотостями: торые определяютс ветствии с зависима = е(-0,5 +1,21 с)+а ы(-116 о( +215 с) +Ь опзС = с,где а, Ь с - коэффициенты аппроксимации выходныххарактеристик приугле установки направляющего аппарата, равном нулю;- номинальная скороствращения вала вентилятора, рад/с;угол установки направляющего аппарата, рад.Выходной сигнал первого блока 4 сравнения через первый нелинейный блок 8 (типа вентиль) поступает на вход первого релейного элемента 11, который срабатывает, в результате от блока 24 питания через второй нормально разомкнутый блок-контакт 17 первого релейного элемента 11 и второй нормально замкнутый блок-контакт 33 второго релейного элемента 31 напряжение поступает на другой вход первого релейного элемента 11, который остается во включенном состоянии даже если сигнал с первого выхода бло ка 4 сравнения станет равным нулю. Б где Р, - мощность, потребляемая отсети, ВтЕЕ - КПД системы электропривода(принимается в области номинальных нагрузок постоянным),Не - мощность, потребляемая вентилятором, Вт.Значение И 6 определяется в результате аппроксимации семейства выходных характеристик вентилятора Н ц =Й(Я) для случая аэродинамического регулирования производительности:скорость вращения электродвигателя 1. Увеличение скорости происходит до тех 2 пор, пока суммарное напряжение на входе блока 22 управления направляющим аппаратом не станет равным нулю. Это равенство наступает в результате тогс, что угол поворота направляющего З аппарата 3 стал равным расчетному его значению, а скорость вращения вала турбомеханизма 2 стала соответствовать его номинальной скорости. К окончанию этого процесса первый блок 123 вьдержки времени подает сигнал на коммутирующее устройство 13, шунтирующее преобразователь б частоты с системой управления. Электропривод 1 работает с номинальной, например, синхронной скоростью.В качестве коммутирующего устройства 13 целесообразно использовать выключатель с входным логическим устройством, реализующимфункцию "Запрет". Турбомеханизм 2 при этом работает с максимальной скоростью, потери в преобразователе 6 частоты с системой управления отсутствуют, отсутствуют также потери в электро- приводе 1 от несинусоидального тока.В дальнейшем, например, из-за снижения аэродинамического сопротивления сети, на которую работает турбомеханизм 2, полученный режим регулирования производительности может стать неэкономичным. С целью возврата в зону экономичной работы необходимо вычислить скорость, при которой 45 прдцессе работы через первый нормально замкнутый блок-контакт 14 первого релейного элемента 11 сигнал с выхода блока 18 вычисления угла установ 5 ки направляющего аппарата поступает на вход первого запоминающего блока 20. С выхода первого релейного элемента 11 сигнал поступает на вход первого блока 12 вьдержки времени. 1 О В результате сигнал поступает на третий вход блока 22 управления направляющим аппаратом, после чего направляющий аппарат 3 турбомеханизма 2 постепенно закрывается, а выходной 15 сигнал регулятора 37 производительности уменьшается.Уменьшение сигнала приводит к тому, что напряжение, поступающее на вход преобразователя 6 частоты с сис темой управления с выхода блока 7 задания производительности, увеличивается, следовательно, увеличиваетсяможет быть получено требуемое значение производительности, но при углеустановки направляющего аппарата 3,равном нулю. Это достигается тем,что после выхода на естественную характеристику блок 27 вычисления скорости вращения вь 1 числяет необходимуюскорость в соответствии с выражением Н+йг +1(н вращения вала вентилятоя скорость вращени ентилятора, рад/с; альная скорость вра вала вентилятора, ы - тек ал м ени где Ы = =аОг +Ь+- мощность, потребляемая вентилятором, Вт;- коэффициенты аппроксимации семейства кривых выа, Ь, с истик М = Ь ая регу ходных = К) акте слу рои ировани водитель м скорос ости изменен ти вращен вода. Нап электро имер Ця вени равны: тилятора 151 ОО Оз,О,б 7)э Ь = 2 1 соп стемы приво 1 п преобразоваы, обычно привным п=0,94 итании аст им а 95я диаметр р вентилято очего коэ- коэффициенты аппроксимации.Полученная зависимость определена путем аппроксимации семейства аэродинамических характеристик Н = й(Я) для случая регулирования производительности изменением скорости вращения электропривода.Второй блок 28 вычисления мощности сети вычисляет потребляемую мощность из сети в соответствии с вы 1442704Блоки вычисления могут быть выполнены на аналоговых элементах цли на устройствах микропроцессорной тех -ники.Сигнал, пропорциональный . вычисленному значению мощности сети, с выхода второго блока 28 вычисления мощности сети поступает на первый вход второго блока 29 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал с выход датчика 5 мощности, выходной сц 1 цал второго блока 29 сравнения через второй нелинейный блок 30 (типа вентиль) поступает на второй релейный элемент 31. Последний срабатывает, в результате от блока 24 питания через второй нормально разомкнутый блок-контакт 35 второго релейного элемента 31 и второй нормально замкнутый блок-контакт 15 первого релейного элемента 11 напряжение поступает ца второй релейцый элемент 31. Сигнал с выхода блока 27 вычисления скорости вращения поступает на вход, с выхода которого через первый нормально разоттутыт блок-контакт 34 второго релейного элемента 31 сигнал поступает ца вход преобразователя 6 частоты с системой управления. Выходной сигнал второго релейного элемента 31 поступает ца вход второго блока Зб выдержки времени, с выхода которогО по истечении выдержки времени сигнал поступает на второй вход коммутирующего устройства 13.При срабатывании второго релейного элемента 31 разрывается цель питания первого релейного элемента 11 посредством второго нормально замкну - того блок-контакта 33 второго релейного элемента 31, вь;:одной сигнал первого нелинейного блока 8 при этом равен нулю, так как мощность при регулировании направляющим аппаратом 3 превышает мощность при регулировании скоростью электропривода 1. Одновременно становится равным нулю сигнал, поступающий ца третий вход блока 22 управления направляющим аппаратом, Направляющий аппарат 3 постепенно начинает открываться. Одновременно коммутирующее устройство 13 прекращает шуцтировать преобразователь 6 частоты с системой управления, скорость вращения электро- привода 11 постепенно уменьшается. Так происходит до тех пор, пока угол установки направляющего аппарата 3не станет равным нулю, а скоростьвращения вала электропривода 1 нестанет равной вычисленному ее значению, 1(, окончанию этого процессаэлектропривод 1 переходит на регулируемый режим работы, контроль энергетических параметров системы привода осуществляется рассмотренным образом,5 10 15 20 25 ся по известным методикам. Регулятор 30 35 40 45 50 55 В условиях некоторых производств: в турбокомпрессорах по производству сжатого воздуха, воздуходувках до" менных печей и др. важно регулировать давление на выходе при меняющейся производительности. В таком случае устройство снабжается регулятором давления вместо регулятора производительности. Структура указанного регулятора может быть такой же, как и регулятора производительности, однако, параметры настройки должны быть другими. Их расчет осуществляетдавления подключается к датчику дав -леция. Структура блоков вычислениямощности сети, установки углов направляющего аппарата, скорости вращения турбомеханизма остается безизменения. формула изобретенияУстройство для управления электроприводом турбомехацизма с направляющим аппаратом вентиляторной установки, содержащее первый блок сравнения, последовательно соединенные датчик мощности сети и преобразователь частоты с системой управления, по выходу связанный с электроприводом, блок задания производительности,первый нелинейный блок, датчик давления и датчик производительности, снязанцые с турбомеханизмом и последовательно соединенные первый релейный элемент, первый блок выдержки времени и коммутирующее устройство, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу и выходу преобразователя частоты с системой управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности путем определения оптимального значения скорости электропривода для перехода на аэродинамическое регулирование производительности вентиляторной установки, первый релейцый элемент выполнен с двумя нормальноЗаказ б 365/31 Тираж 574 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 замкнутыми и двумя нормально разомкнутыми блок-контактами а устрой) Эство дополнительно содержит последовательно соединенные блок вычисления угла установки направляющего аппарата и первый блок вычисления мощности сети, первый и второй запоминающие блоки, последовательно соединенные блок управления направляющим аппаратом и 10 исполнительный механизм направляющего аппарата, связанный с направляющим аппаратом, блок питания, датчик скорости, связанный с электроприводом, датчик угла установки направ ляющего аппарата, связанный с направляющим аппаратом, последовательно соединенные блок вычисления скорости вращения, второй блок вычисления мощности сети, второй блок сравнения, 2 О второй нелинейный блок, второй релейный элемент с двумя нормально замкнутыми и двумя нормально разомкнутыми блок-контактами и второй блок выдержки времени, регулятор производитель ности, связанный с блоком задания производительности, датчик мощности сети подключен к первому и второму входам соответственно первого и второго блоков сравнения, второй вход ЗО первого из которых подключен к выходу первого блока вычисления мощности сети, первый и второй выходы блока задания производительности подключены к первому и второму входам соответственно блока управления направляющим аппаратом и преобразователя частоты с системой управления, 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 релейно 45 го элемента подключен к второму выходу блока вычисления скорости вращения, выход второго блока выдержкивремени подключен к второму входукоммутирующего устройства, датчикугла установки направляющего аппарата подключен к второму входу блокауправления направляющим аппаратом,второй вход которого через первыйнормально разомкнутый блок-контактпервого релейного элемента подключен к выходу первого запоминающегоблока, вход которого через первыйнормально замкнутый блок-контакт первого релейного элемента подключен квторому выкоду блока вычисления угла установки направляющего аппарата,датчик давления подключен к первымвходам блока вычисления скорости вращения и блока вычисления угла установки направляющего аппарата, датчикпроизводительности подключен к регулятору производительности и к вторымвходам первого и второго блоков вычисления мощности сети, блока вычисления скорости вращения и блокавычисления угла установки направляющего аппарата, выход первого из которых подключен к второму входу первогоблока сравнения, выход которого через первый нелинейный блок подключенк первому входу первого релейногоэлемента, второй вход которого черезпоследовательно включенные второйнормально замкнутый блок-контакт второго релейного элемента и второй нормально разомкнутый блок-контакт первого релейного элемента подключен кпервому выходу блока питания, второйвыход которого через последовательновключенные второй нормально замкнутыйблок-контакт первого релейного элемента и второй нормально разомкнутыйблок-контакт второго релейного элемента подключен к второму входу второго релейного элемента.