автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Энергосберегающие режимы насосной установки закрытой оросительной системы с регулируемым многодвигательным электроприводом

Р V Б ОА 1 о ЯПР 1995

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени АБУ РАИХАНА БЕРУНИ

На правах рукописи ХАМУДХАНОВ МУХТОР МУЗАФФАРОВИЧ

УДК 62—83:621.313.333

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ РЕЖИМЫ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ ЗАКРЫТОЙ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ С РЕГУЛИРУЕМЫМ МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Специальность 05.09 03 — Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент — 1995

Работа начата в институте Энергетики и автоматики Академии Наук Республики Узбекистан. Основная ее часть выполнена на кафедрах «Автоматика и телемеханика» и «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов» Ташкентского государственного технического университета имени Абу Райхана Беруни.

кандидат технических наук, доцент ХАМУДХАНОВ Мансур Музаффарович.

доктор технических наук, профессор БАЗАРОВ Н. X. кандидат технических наук, доцент САЛИХОВ М.

Ведущая организация: Узбекский Государственный ордена Трудового Красного знамени нроектно-изыскательский институт по проектированию мелиоративных, водохозяйственных объектов, освоению крупных массивов орошения и объектов «Приаралья» им. А. А. Саркисова «Узгипромелио-водхоз»

Защита состоится » ¿¿(у^СЛ-У, г. в -^'-^часов

на заседании специализированного Совета К 067.07.23 в Ташкентском государственном техническом университете имени Абу Райхана Ьеруни по адресу: 700095, г. Ташкент, ул. Университетская, 2, ТашГТУ, Энергетический центр, ауд. 341.

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке ТашГТУ (г.Ташкент, ул. Университетская, 2). Отзывы и замечания, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу: 700095, г. Ташкент, Вузгородок, ул. Университетская, 2, ТашГТУ, ЭЦ, ученому секретарю Совета. Тел. 46-08-04, 46-09-62.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного Совета К 067.07.23, к. т. н., доц.

АБДУЛЛАЕВ.

ОПЩЛЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛГ.ОТЫ

Актуальность темы. Современные потребности развивающегося аодио — го хозяйства республики н энергетических ресурсах имеют тенденции .. постоянному росту. Однако в настоящее время они не могут бить обеспечены только за счет строительства н ввода и эксплуатацию новых энергопыраба— тывагащих объектов, требующих к тому же значительных капитальных затрат. Поэтому проблема покрытия потребностей, и энергии за счет се рационального использования, а также разработки современных энергосберегающих технологий в различных отраслях народного хозяйства приобретает особую актуальность.

Насосные установки станции электромашипного орошения являются одними из наиболее энергоемких объектов, потребляющими до 20 — 2"» % вира—"' Затываемой в Республике Узбекистан электроэнергии. Б связи с этим, обес—_ течение энергосберегающн режимов их функционирования позволит прн 1еткой реализации технологического процесса водоподачн экономии, су — цественное количество электрической энергии.

В настощее время а Республике Узбекистан все большая часть орошаемых юмель отводится под зерновые, кормовые н иные сельскохозяйственные культуры, полив которых целесообразнее осуществлять посредством закрытых оросительных систем, обладащнх но сравнению с открытыми системами гесколько лучшими тихни ко— экономическими показателями, а также спо— :обствующнх уменьшению непроизводительных потерь земельных площадей, >росителыюн воды н обеспечивающих возможность комплексной автоМа — -изации процессов, связанных с поливом.

В этой связи, разработка и исследование энергоресурсосберегающнх ре—' кимов функционирования насосных установок, закрытых оросительных :нстем представляет как научно—технический, так и практ!гческнй интерес.

Как известно, в практике электромашипного орошения регулирование гронзводителыюсти насосных установок Закрытых оросительных систем рсуществлкется изменения числа совместно работающих в общую напорную еть насосных агрегатов, комплектуемых нерегулируемым электроприводом, то приводит к неоправданному перерасходу как водных,, так и энер — етических ресурсов.

Снижение удельных затрат электрической энергии иа подачу единицы бъема воды в оросительную сеть и эффективное использование водных ре — урсов может быть достигнуто за счет применения регулируемого электро-ривода. При этом с учетом специфических особенностей функционирования грегатов насосной установки закрытой оросительной системы, обусловлен — :ых взаимным влиянием их режимов друг на друга при совместной работе в

общую напорную сел. к необходимостью обеспечения одновременного и со — размерного изменения частоты вращения иасосои между ступенями поагре — ттного регулирования, целесообразно применять мпогодянгательпый реп,'ли —

руемын элехтроприпод.

Известные системы согласованного вращения электрон, »лодои не огне — чают и полном объеме требованиям, предъявляемым к ■ ;.,н:оду насосной установки закрытой оросительной системы. Поэтому разрг. ¡-¡к,1 регулируемого многодвнгателышго автоматизированного электропривода с улучшенными техннко — экономическими показателями, обеспечивающего на основе оптимального упраплешш им реализацию энергосберегающих режимов функционирования насосной установки, а также исследование вышеуказанны х режпмоп на основе моделирования для выявления рациональных значений параметров ее гидросилового оборудования представляет собой актуальную задачу.

СУ>г.РКт нссарл<?пзгшп. представляет собой насосную устаноику закрытой оросительной системы.

Цель ц задачи исследований. Целыо работы является разработка, модели — роианне и исследование энергосберегающих режимов функционирования насосной установки закрытой оросительной системы с ипоюдвигательныи регулируемым электроприводом.

Для достижения поставленной пели п работе решаются следующие основные задачи:

— разработка'математической модели насосной установки в виде зависимости удельного расхода электрической энергии на подачу единицы объема поди в ороентельнуго сеть.от конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров с учетом налагаемых на режимы ее функционирования ограничений;

— оптимизация режимов работы насосной установки но критерию минимума удельных затрат электроэнергии с определением оптимального значения скорости вращения приводных электродвигателей при заданной характеристике напорной сити и исследование на модели посредством ПЭВЬ влияния параметров гидросилового оборудования па энергетические показатели ее функционировании ;

— разработка регулируемого многодиигателыюго электропривода электрической связью асинхронных двигателей по роторной цени, анализ ег статических режимов и вывод основных электромеханических соотношений ;

— разработка системы автоматического управления "электропривод—насосы—напорная сеть" с автономным цифровым электроприводом, построен-

им по принципу подчиненного регулирования, и исследование ее динами — гских свойств.

Метол» исследования. О качестве основных методов нсследова», о ра — оте использованы : теория и методы расчета режимов работа центрайе.-киых асосов при переменной частоте их вращения, методы математического «о — елярования, методы оптимизации, теория автоматического управления, тропя электропривода, теория построения систем подчиненного регулнропания.

Научная новизна дпсосртаяки заключается в следующем :

— предложена математическая модель насосной устднозхи закрытой • росительной системы, учитывающая ограничения, наложенные на режимы е работы, и впервые исследовано на ПЭВМ влияние ■параметров гидроси — .ового оборудования установки на энергетические показатели ор -функ — сиоиирования;

— ¡решепа задача оятима • ного управления насосной установкой по крн — •аряю мнтгимума удельного ¡расхода электрической энергии с учетам orpaim — leiiufi, паложешвдх «а режпгш ее фуихциотфования, обеспечивающею ¡вы -:окую точность определетш оптимального значения скорости -вращения зриводных электродвигателей;

— получены основные электромеханические соотношения многодвига — гельного автоматизированного электропривода с электртюсхой связью при — водных асинхронных двигателей по роторной цепи с улучшенными техгшко— экономическими показателями, полностью отвечающего .требованиям, предъявляемым к электроприводу насосных установок закрытой оросительной системы, н позволяющего обеспечить экономию электрической энергии до 10— 12 %, а также .исследованы особенности его .работы в установившемся II переходных режимах;

— предложена система автоматического управления "электропривод — на — соси—напорная сеть" с-автономным .цифровым электроприводом, построенным по принципу подчиненного(регулирования, обеспечивающим стабилизацию скорости вращения приводных электродвигателей, заданной в соответствии с ее оптимальным значением.

Пр-аптичгепая п<?нн<кг№ диссертации.

Предложен многодвигателькый автоматизированный электропривод, обеспечивающий регулирование подачи плавным изменением скорости вращения электродвигателей между ступенями поагрегатиого регулирования производительности установки при улучшенных технико —экономических показателях, позволяющий' уменьшить удельные затраты электрической энергии до 10—12%.

• - б -

Разработанные математическое и программное обеспечения формирова шш графика водопотреблешш орошаемых дожденапием сельскохозяйственных культур могут быть использованы персоналом облетных н районпь производственно —эксплуатационных управлений водного .озяйства при составлении графиков водоподачн насосных станций.

Программные обеспечения и результаты по определению оптимально параметров гидросилового оборудования насосной установки могут быч использованы проектио —конструкторскими организациями, а также эксплуатационным персоналом насосных станций при проведении организационно— технических мероприятий по снижению удельных затрат электроэнергии за счет имеющихся резервов до 3%.

Реализация результатов работы.

Работа выполнена в рамках ГНТП ГКНТ РУз в соответствии с задание 2.3.2.1 "Разработка научно-технических основ создания и путей широко] использования эффективных электрических машин и электромашнннк комплексов, основанных на автоматизированном электроприводе для нул агропронзводства" (N2 гос. регистрации 01.9-1.0002791), контракта № 107 < 0-1.02.9-lr. ГКНТ РУз на выполнение научно-технического проекта "Разработка ресурсосберегающих моделей функционирования насосных установок создание на их базе опытного образца энергосберегающего электропривода микропроцессорным управлением" (№ гос. регистрации 01.94.0002707, нив. 1 02.95.0001582), а также МИР "Нормы расхода электроэнергии по насосиы станциям Спасской, Ставропольской, Ольгппской управлений ороентельнь систем" (№ гос. регистрации 01.89.003572-1, ннв. № 02.90.0024770).

Полученные результаты исследований переданы в.ГКНТ РУз и внедрен на насосных станциях Куйбышевского областного производственного управ ■ лення мелиорации и водного хозяйства Российской Федерации.

Апробация работы. Основные материалы' и результаты исследован» докладывались и обсуждались на республиканских (Ташкент, 1988, 1991, 10i гг.), всесоюзных (Ленинград, 1990 г.; Ташкент, 1990, 1991 гг.) и международно (Ташкент, 1993, 1994 гг.) научно-практических конференциях, а так» научно —теоретической конференции ТашГТУ (Ташкент, 1994 г.).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано I печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введенп пяти глав, заключения, списка литературы из 111 наименований, 3 приложений и содержит 119 страниц основного машинописного текста, 47 рисунков 22 таблицы.

Осповпос содержание диссертации По введении обоснована актуальность теми диссертации. сформулированы ели н задачи исследования, изложена иаушая ноппзма, а также общая арактеристика работи.

В нерпой главе подробно рассмотрен технологический процесс водоподачп закрытой оросительной системе, применяемые » практике электромашин — ого орошения автоматические режимы управления ее насосными уст .шоп — ами. Дана характеристика насосной установки как основного технологичес — ого элемента закрытой оросительной системы и объекта энергосбереже —, ня. Проанализированы способы регулирования производительности и осо — еиности функционирования насосных установок указанной системы.

Показано, что насосные агрегаты комплектуются, и основном, нерегу—. лруемыми электроприводами с асинхронными двигателями (АД) мощностью I диапазоне от 250 до 500 к"т. При этом в составе установки закрытой оро — ителыгой системы используются, как правило, однотипные центробежные [асосы с одинаковыми по мощности и типу приводными электродвигателями.

С целью предотвращения излишнего расхода электрической энергии ¡егулнрование подачи насосной установки рекомендовано производить чне — юм работающих агрегатов в комбинации с плавным регулированием подачи 1ежду ступенями поагрегатного изменения производительности одновременном и соразмерным регулированием скорости вращения насосных агрегатов гасредством многодвигатсльного электропривода.

Сформулированы основные требования, предъявляемые к регулируемому чногодвигательному асинхронному электроприводу насосной установки закрытой оросительной системы. '

Вторая глава посвящена вопросам математического моделирования насосной установки закрытой оросительной системы, позволяющего выявить алгоритм управления многодвигательным автоматизированным электроприводом с целыо определения оптимального значения скорости вращения приводных .электродвигателей агрегатов п энергосберегающих режимах.

Обосновано, что в качестве критерия оценки эффективности функционирования насосной установки целесообразно выбрать удельный расход электрической энергии на подачу единицы объема воды п оросительную сеть. В соответствии с указанным критерием, разработана обобщенная математическая модель насосной установки систем электромашинного орошения, отвечающая условиям работи как и открытую, так и п закрытую оросительные сети, учитывающая возможность применения центробежных пли осевых насосов, основные способы регулирования их производительности, а также

■ .- о -

основные конструктивные, технологические и эксплуатационные параметры, оказывающие существенное влияние на потребление электроэнергии.

Математическая модель установки может быть представлена в виде функциональной зависимости удельного расхода электроэ; --гии от вышеназванных параметров гидросилового оборудования и аналитических зависимостей рабочих характеристик центробежных насосов : IM f (Qc, Н. Ри. (I нас, N, Kz, ^ дв.н, Рдв.н, An, to) Рм ° f (Онас , n , Df. А , В , С ) Ннас I (Онас , и , D/, а , b , с ) fy нас «■ f (Quae Тпр, Ннас , Рм )

При этом в математической модели учтены ограничения, налагаемые на величину водоподачн насосной установки в соответствии с графиком водо — потребления (Qrp), на диапазоны изменений напора и частоты вращения насосных агрегатов, а также на положение режимной рабочей точки установки: О > Qrp ; Hmin < Н < Hmax ; n^^ < n < n^Q^ ; H = Нет + Ктр" Q

Здесь Qc, Рм, l^nac, N, Kz,I^ab.h, Рдв.н, An, to, Quae , Di, ^ , Тпр, H, Ннас, Hmin, Hmax, Her, n, n р^П . n(T)QX ' ^тр —основные параметры и коэффициенты, характеризующие режимы работы насосной установки; А, В, С, а, Ъ, с — коэффициенты аппроксимации рабочих характеристик насоса.

С цолыо определения ограничения иа величину »одоподачи насосной установки разработана методика формирования графика недопотребления орошаемых дождеванием сельскохозяйственных культур, основанная на всестороннем учетапочвешю—климатических, гидрогеологических и иных (¡«акторов, а также предложены соответстьующне математическое и программное обеспечения, позволяющие определить на его базе водоподачу насосной установки н обеспечить оперативную корректировку поливных режимов.

Предложены методика, математическое и программное обеспечения определения зависимостей рабочих характеристик центробежного насоса с учетом частоты вращения, конфигурации и геометрических размеров его рабочего колеса при коэффициентах быстроходности n ^ < 150 и 150 < п^ < 300. Коэффициенты указанных зависимостей рассчитываются по методу наименьших квадратов в результате аппроксимации кривых рабочих характеристик центробежных насосов, определенных экспериментальным путем на заводах — изготовителях и приведенных d соответствующих каталогах. Указанные зависимости позволяют также получить суммарную расходно —напорную характеристику насосной установки, укомплектованной однотипными насосами, обладающими одинаковыми О—Н характеристиками. В качестве примеров рассчитаны и построены графически на ПЭВМ рабочие характеристики центробежных насосов Д1600—90, Д1250— 125, Д500-65 при но-

миналм'ой скорости вращения, характеристики насоса Д!ЮО — 90 при различных скоростях вращения и суммарные расходно —напорные характеристики пйрлллслыго работающих насосов марки Д1600—00 при р.. ---чнон числе функционирующих агрегатов от I до 4.

Определены основные соотношения, позволяющие сформировать уравнения "жкнмнен: точки, характеризующей состояние материального 1. энергетического раиновесня и закрытой оросительной системе и связывающей характеристику напорной сети и суммарную расходно — напэриу.г; характеристику насосной установки, состоящей из N лгрегдтос. рж/отзющнх совместно в общую напорную сеть и укомплектованных одинаковыми насосами и приводными электродвигателями.

С учетом особенностей функционирования насосной установки -мкрытой оросительной системы получена математическая моде\ь в виде зависимости удельного расхода электроэне чин от основных конструктивных, технологических н эксплуатационных параметров ее гидросилового оборудования. Полугенная математическая модель проверена на адекватность по известной методике с использованием критерия Фишера, что показало соответствие модели данным экспериментальных исследований.

Третья глава посвящена оптимизации режимов работы насосной установки закрытой оросительной системы и исследованию влияния параметров еа гидросилового оборудования на энергетические показатели функционирования.

При оптимизации режимов работы рассматриваемой насосной установки решена задача нелинейного программирования, в которой целевая функция (удельный расход электроэнергии) минимизируется, а ограничения представлены в виде неравенств. На основании обобщенного I равнла множителей Лагранжа и известной теоремы Куна—Таккера цолучена система нелинейных уравнений, решение которой позволяет определить оптимальные значения управляемых параметров. Предложено программное обеспечение, обеспечивающее численное решение данной системы нелинейных уравнений методом Ньютона —Рафсона.

На основе сравнительного анализа рассмотренных в диссертации вариантов оптимизации, установлено, что оптимизация режимов работы установки в функции частоты вращения агрегатов при регулировании скорости ниже номинальной и сохранении постоянной величины требуемого сетью расхода воды обеспечнвсет снижение удельных затрат электроэнергии до 10— 12 % в зависимости от загрузки электродвнгате\ей по сравнению с режимами работы установки, комплектованной нерегулируемым электроприводом.

В результате исследовании влияния конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров гидросилового оборудования насосной установки на режимы ее функционирования выявлено, что :

— КПД и удельный расход электроэнергии агрегатот • большей степени зависит ит диаметров всасывающих, коммуникационных лодводящнх тру — бопрог-здон, чем от их длин, а конструктивные параметра '.од^одящгго трубопровода оказывают более существенное влияние на ьеличину удельных энергозатрат по сравнению с параметрами всасывающего н коммуникационного трубопроводов;

— для рабочих колес центробежных насосов в допустимых пределах их обточки до 15 — 20 % можно' определить рациональное значение геометрического размера наружного диаметра, соответствующее минимуму удельного расхода электроэнергии и максимуму КПД агрегатов установки ;

— увеличение статического напора, вь-зываенсе снижением уровня воды в источнике водопотреблеш: 1, при практически неизменном сопротивлении трубопроводной сети приводит к снижению КПД и подачи установки, а также х увеличению ее удельного расхода электроэнергии ;

— для каждой из устанавливающихся характеристик трубопроводной сети можно определить конкретное значение частоты вращения агрегатов установки, при которой обеспечиваются максимум КПД и минимум удельного расхода электроэнергии ;

— повышение частоты вращения 'агрегатов выше номинальной приводит к существенному^ возрастанию механической мощности насоса и перегрузке его приводного электродвигателя.

Установлена зависимость энергетических показателей функционирования насосной установки от количества совместно работающих насосных агрегатов, позволяющая выявить целесообразные 'гички их подключения (величины подач установки) на параллельную работу для вариантов нерегулируемого п регулируемого с оптимальным управлением по скорости вращения электроприводов.

Оптимизация и исследование режимов работы проводились на осноьс конкретных данных реально эксплуатируемой насосной установки, укомплектованной четырьмя однотипными центробежными насосами марки Д1600—00 и асинхронными двигателями А12 —41 —4 с номинальными мощностью 500 кВт и частотой вращения 1450 об/мни.

В четвертой глаг.е рассматриваются вопросы разработки регулируемого мнегодвигательного электропривода насосной установки закрытой оросительной системы.

На основе подробного обзора и анализа существующих систем согласованного вращения приводных электродвигателей на базе машин постоянного и переменного тока выявлено, что известные системы электроприпс,. от — печагат в полней мере требованиям, предъявляемым к приводу ниссспмх установок закрытых оросительных систем. С учетом конструктивных вариантов построения насосной установки закрытой орсситсльнпй системы предложен миогодттг.ггельмий электропривод с электрической связью по роторной цепи (МЭЭС) асинхронных электродвигателей с фазным ротором, параллельно подключенных к общему инвертору, ведомому сопло (ИВС) . Последний пезголяет обеспечивать согласованное изменение частот вращения АД между ступенями поагреглтиого регулирования и производит!, отключения и повторные подключения па совместную работу любого из природных дпи — гателей без предварительного согласования их частот вращения.

Определены основные электромеханические соотношения МЭЭС с общим ИВС для N однотипных, электрически взаимосвязанных по роторной цепи асинхронных двигателей при идентичности их параметров и элементов роторных цепей :

! = (СBl_X - KrC2r-cos£ -AU¡)/|sj_ -(З-ХрЬ'Х+г-г'^ ) + 2Ч;_ +N' •(3"Хт/Х+2*гт +r¿)p)¡ , i=* 1.....N

sj^ = {K2'E2r"ccsJi +üUi + Ig'L"(2"rj_ +N,(3\\T/Jr+2'rT +Гф||}/|Е£1_ -- Ig^ -(3'Xpi/T +2-r'c^ )J . i - 1.....N

■Г г.3- Г-

J! 'Eüi Г • SL~ sol / sL_sol

M=---

. 3'Xpi-í^c

где гЖ'1'^ /(3-Хр1) г-Т-11 /(3-Хр1) .

Хт/Хр> +Л~'\2'тт +г^р)/(3'Хр|)-

Здесь Е^ —'среднее значение ЭДС на выходе выпрямительного моста В1 при скольжении я[ =1; — скольжение ротора ¡ — го асинхронного двигателя; г>— скольжение идеального холостого хода; Хр1 — индуктивное сопротивление фазы 1-го АД приведенное к цепи ротора при з; =1; и! — линейное напряжение на зажимах статора АД" г^р. Хдр — активное и индуктивное сопротивления сглаживающего дросселя; г — активное сопротив — ление фазы ротора ¡ — го АД г'^ — активное сопротивление фазы статора 1 — го АД приведенное к цепи ротора;Д1Л — суммарное падение напряжения на скользящем контакте ¡ — го АД и вентилях выпрямительного моста В! при прохождении прямого тока; выпрямленный ток ротора ¡ — го АД Е2т —

■ _ 1 о _

А. >.> —

фазное напряжение вторичной сбкотки согласующего трансформатора ; Хг, г^ — приведенные к вторичной обиотке индуктивное и активное сопротнв — аеш фазы трансформатора;^ — угол управления тиристорами ИБС; К2 — коэффициент, зависящий от схемы соединения вентилей миертора;и) с — угловая -¡.лстота вращения электромагнитного поля статора

На основании приведенных выражений рассчитаны па ПЭВМ меха — ;шческие характеристики системы МЭЭС с общим ИБС, реализованной на базе однотипных электродвигателей АК 2 — 92 — 4 с (разным ротором мощностью 100 кВт п синхронной частотой вращения 1500 об/мни, при различных углах управления ^ для случая N ■= 4, а также механические характеристики системы при ^ = 00 эл.град. и количестве работающих АД N. изменяющемся от 1 до 4. Определено, что жесткость механических характеристик с возрастанием N уменьшается вследствин увел1гчення сопротивления общей роторной цепи.

На основе метода разделения потерь получены выражения, позволяющие определить энергетические показатели МЭЭС с общим ИВС (КПД и соэ^1 системы) при заданных параметрах функционирования.

Полученные выводы подтверждены результатами экспериментальных исследований.

Рптая гдав<\ посвящена автоматическому управлению насосной установкой закрытой оросительной системы.

Обоснована целесообразность построения системы автоматического управления (САУ) скоростью вращения приводных электродвигателей в виде автономного цифрового электропривода, реализованного по системе подчиненного управления (СПУ), включающей б себя контуры регулирования выпрямленного роторного тока и скорости с ПИ —регуляторами. Указанная САУ обеспечивает стабилизацию скорости вращения приводных электродвигателей и равенство ее оптимальной вел1гчнне, определяемой сигналом задания, вырабатываемым цифровой вычислительной машиной (ЦВМ).

Функциональная схема САУ насосной установки приведена на рисунке, где ЦЗИ — цифровой задатчнх интенсивности; ГЭЧ — генератор эталонной частоты; ПКЧ — преобразователь "код—частота"; ЦИ — цифровой интегратор; ПНЧ1 и ПНЧ2 — преобразователи "частота —напряжение"; ИДС — импульсный датчик скорости; РТ — регулятор тока; Ш — шунт; ДТ — аналоговый датчик тока (ДТ); Н1 —Н4 — центробежные насосы. ЦИ и аналоговое пропорциональное звено, совмещенное с аналоговым сумматором С составляют в совокупности регулятор скорости РС.

В соответствии с принципом построения МЭЭС, шунт установлен в цепи выпрямленного роторного тока АД1, а ИДС — на ею валу. При этом АД1 яв —

ляотся электродвигателем первой последовательности, постоянно находящимся в работе. С учетом особенностей технологического процесса подоподачч с закрытой оросительной системе по данным о величинах установившегося расхода поди и текущей частоты вращения приводных электродвигателей, ЦВМ рассчитывает по разработанному программному обеспечению величину оптимальной частоты вращения н выдает ее в виде сигнала задания.

Получены уравнения и передаточные функции основных элементов САУ, a татке предложена струкгурная схема снсгегш "МЭЗС — насоси — напорная сеть". Определено, что насосние агрегаты системы влияют друг на друга по цени вмнряиленных роторных токов н по трубопроводному контуру в месте иодсе^длнецня к общей магистрали сети, что является характерной чертой данной системы и отражается на со динамике в целом.

На основании оптимизации коитуроп регулирования тока н скорости вращения соответственно по модульному и симметричному оптпмумам получены передаточные функции ПИ — рс1уляторов тока и скорости. Выявлено, чте СПУ скоростью ЫЭЭС имеет переменные параметры, являющиеся функциями выпрямленного тог.а и скорости вращения как во внутреннем, так и с с внешнем контурах регулирования. Показано, что параметры регуляторов меняются татке с изменением количества работающих АД в система.

D результате решения дифференциальных уравнений, описывающих систему "МЭЭС —насосы —напорная сеть", с использованием метода Рунгет Кутта получены кривые переходник процессов скорости вращения ЛД i расхода воды. Выявлено, что при применении фильтра на входе контура регулирования скорости вращения можно добиться более постепенного шозрос -такия скорости вращения и расхода воды, что позволяет избежать явлепщ П!дравмгческого удара. •

Определено, что изменение числа параллельно работающих АД не влияет на характер протекания переходного.процесса по скорости в силу компенсирующего действия регулятора скорости.

Показано, что с увеличением числа совместно функционирующих агрегатов быстродействие системы по расходу увеличивается, однако наряду с эти» наблюдается нежелательное возрастание перерегулирования, что объясняете уменьшением постоянной времени системы "касосы — напорная сеть".

- 1.0 -

ЗЛКЛЮ Ч Гг IIII 13

В :ггоге разработки, моделирования н исследования энергосберегающих е.чомоп работы насосной установки закрытой оросительной системы с пюгодвигателышм автоматизированным электроприводом получены еле — ующие основные результаты :

¡. Выявлено, что с точки зрения энергосбережения регулирование подачи асосной установки закрытой оросительной системы необходимо производить целом работающих aq)eгaтoв и комбинации с плавным регулированием рас — ода между ступенями поагрегатиого изменения ее производительности. )боснована целесообразность применения для этих целей миогодвнгательного втоматнзнрованного электропривода, обеспечивающего одновременное и оразмерное изменение скорости вращения приводных электродвигателей. В оотиетствии с технологическим процессом тодоггодачи сформулированы 1СПОвные требсчаппя к регулируемому \ю годв! 1 гателы:ому электроприводу яраллельио работающих п общую напорную сеть насосных агре1атоз.

2. Показано, что в качестве критерия оценки эффективности функпно — трепания насосной установки систем электромашшшого орошения целе — ообразно принять удельный расход электрической энергии па пода'г/ еди — !нцы объема поды в оросительную сеть. 3 соответствии с этим разработана гатематнческая модель насосной установки закрытой оросительной системы в нде зависимости удельного расхода электроэнергии от основных конструктивных, технологических ц эксплуатационных параметров гидросилового гборудопдния насосной установки с учетом налагаемых на режимы ее работы тр&пичений.

3. Разработаны математическое н программное обеспечения но формн — юванню графика водопотребления орошаемых дождеванием сельскохо — янственных культур, позволяющие составить на его основе график бодо — юдачи насосной установки закрытой оросительной системы и при необ — ■оачиостн обеспечить оперативную корректировку поливных режимов.

Предложены математическое и программное обеспечения определения - .. .итическнх зависимостей рабочих характеристик центробежного насоса с четом регулирования частоты вращения, конфигурации и геометрических ¡азмероп его рабочего колеса.

•I. На основании анализа вариантов оптимизации режимов работы [асосной установки по критерию минимума удельного расхода электро-шергап при регулировании ее производительности изменением скорости ращения приводных электродвигателей и сопоставления полученных опти — юльных режимов с режимами ее работы с нерегулируемым электроприводом остановлено, что с точки зрения энерго— и ресурсосбережения наиболее

- IG -

предпочтительным явлкето: регулирований подачи установки в (функции скорости вращения црн обеспечении требуемого расхода j„Vv-:. Выявлено, что оптимизация режимов работы устанопки в (функции частоты кращення агрегатов при регулировании скорости ниже номиналы;!?;; и сохранении постоянной величины требуемого сетыо расхода воды об*-—'.."швает сигаг.сшк удельных затрат элактрознерпш до 10—12 % к зависимости от загрузки электродвигателей по сравнению с режимами работы с нерегулируемым электроприводом.

В результат приведенных, исследований определен характер влияния рядь конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров гидросилового оборудовали), на энергетические показатели функционирования насосной установки.

5. В соотиетстшш с конструктивным исполнением насосной установки закрыто» оросительной системы пред\ожен регулируемым многодвигательный автоматизированный электропривод с электрической связью по роторной цени асинхронных электродвигателей с фазным ротором с улучшенными технико —экономическими показателями, обеспечивающий согласованное изменения частот вращения приходных АД и позволяющий добиться экономии электроэнергии до 10—12 %. Определены его основные электромеханические соотношения.

6. Обоснована целесообразность построения САУ скоростью рращения приводных электродвигателей егрегатов установки п виде автономного цифрового электропривода, реализованного по системе подчиненного управления, включающей в ссби контуры регулирования выпрямленного роторного тока v. скорости вращения АД с ПИ—регуляторами. Определено, что указанное СШ имеет переменные параметр«, яилякзщьеся фупкцнзыи выврямленного тика i скорости вращения, как по внутреннем, так и во внешнем контурах регулирования. Показано, что параметры регулиторов меняются с изменение? количества работающих АД и система.

7. Установлено, что сзаимоалияшш насосные агрегатов системы "МЭЭС-насосы —напорная есть" друг на друга но цепи выпрямленных роторных токо и но трубопроводному контуру I, иесте кодсо.адцнешк к общему магистральному напорному трубопроводу сете яьляетси характерной чертой данно системы к оказывает влзишнз на ссг дннам,ц;у в целом. Получены н проанализированы кривые переходных процессов скорости ьращепия приводны АД и расхода воды и система "МЗЗС—насоси — кадорцая сеть" пр изменении ее структуры в зависимости err технологического процесса водо-подачи, которые показывают, vro изиевенио числа параллельно работающе агрегатов не влияет на характер протегшшя переходного процесса по ско

роста п силу компенсирующего действия регулятора скорости, однако приводит К увел1Р1еншо перерегулирования по расходу из-за уменьшения постоянной времени системы "пасосы —напорная сеть".

Основное содержанке диссертации отражено в следующих научных публикациях:

1. Хамудханов М.М. Рациональное использование водных и энергетических ресурсов совершенствованием режимов работы параллельно включенных, насосных агрегатов // Республиканская научно-практическая конференция "Эффективность использования ресурсов прп совершенствовании управления производством, технологическими процессами и оборудованием": Тез.докл. Ч. I. — Ташкент, 1988.

2. Хамудханов М.М., Хамудханов М.М, К вопросу определения норм расхода электроэнергии насосных станций, работающих на закрытую оросительную сеть// Материалы Всесоюзной научно—практической конференции "Ученые и специалисты п решении социально—экономических проблем страны" : Тез.докл. — Ташкент, 1990.

3. Каналов Т.С., Хамудханов М.М., Хамудханов М.М. Алгоритмическое и программное обеспечение энергосберегающих режимов функционирования насосных станций закрытой оросительной сети // Всесоюзная научно-практическая конференция "Проблемы энергосбережения и эффективность экономики региона" : Тез.докл. — Ленинград, 1990.

4. Хамудханов М.М., Хамудханов М.М. К вопросу разработан программного обеспечения энергосберегающих режимов функционирования насосных станций закрытой оросительной сети // Материалы Всесоюзной научно-практической конференции "Ученые н специалисты п решении социально —экономических проблем страны" : Тез.докл. — Ташкент, 1991.

5. Хамудханов М.М., Хамудханов М.М. Особенности обеспечения автоматизации режимов функционирования насосных станции, работающих па ' . ».рнтуто оросительную сеть // Республиканская научно-техническая кон — 1 "мжщга "Проблемные вопросы создания и внедрения экологически чистых юхнолопш на предприятиях машиностроения Республики Узбекистан" : Тез. докл. — Ташкент, 1991.

0. Хамудханов М.М., Хамудханов М.М. Основные электромеханические соотношения много,двигательного электропривода с электрической связью по роторной цепи // Труды республиканской научно-технической конференции "Проблемы выработки электрической энергии и вопросы энерготехнологии в машиностроении п других отраслях народного хозяйства Республики Узбекистан — Ташкент, 1993.

- IG -

?. Хамудханов M.M., Хамудханов М.М. Расчет импульсного режима электромеханической взаимосвязанной системы // Труды республиканской научно—технической конференции "Проблемы выработки электрической энергии н вопросы энерготсхиалопш в машиностроении н других отраслях народного хозяйства Республики Узбекистан — Ташкент, ¡003.

0. Хамудхаиои Майсур, Юсеф Рабах, Хамудханов Мухтор. Разработка математического н алгоритмического обеспечения ио определению коэффициентов аппроксимации расход-'"—напорной характеристики иасоса // Труды республиканской научно—технической конференции "Проблемы выработки элсюрнчсской энергии и вопросы эцерготехнологни в машиностроении и других отраслях народного хозяйства Республики Узбекистан — Ташкс;:г, ЮЮ.

9. Хамудханов М.М., Хамудханов М.М. Математическое моделирование при разработке подсистемы оптимального унраилешш насосной станцией закрытой оросительной сети // III Ме;кдуиароднаи научно — практическая г.опференция "Системный анализ, моделирование и управление сложными процессами н объектами на базе ЭВМ" :Тез.докл. — Ташкент, 1993.

10. Хамудханов М.М., Хамудханов М.М. Епнк сугориш тармога насос курилмасининг математик модслшш тузнщ // Мураккаб жараеиларнн ва объектларнн моделлаштнрпш хамда бошкарши : ТошДТД нлмий маколалар туцламн — Тошкент, 1994. /

11. Хамудханов Майсур, Хамудханов Мухтор, Юсеф Рабах. Разработка методики формирования фафшм водопотреСлсния орошаемых насосными станциями сельскохозяйственных культур // 11аучно — теоретическая и техническая конференция профессоров, преподавателей, аспирантов и научных сотрудников ТашГГУ :■ Тез.докл. — Ташкент, 1994.

12. Хамудхаиои М.М., Хомудхаиов М.М. Многодвигательный регулируемый электропривод насосных установок мелиоративных систем // IV Международная научно—.практическая конференция "Системный анализ, моделирование и управление слопшыми процессами с объектами на базе ЭВМ" : Тез.доКл.— Ташкент, 1334.

13. Хаыудхано». М.М., Хамудханов М.М. Математическое моделирование при разработке энергосберегающих режимов функционирования насосной устапооки закрытой оросительной cent с взаимосвязанным многодвигатель— иым электроприводом //IV Мкеду1ирод»оя иаушо — практическая конференция "Системный анализ, моделирование и управление слол;пим;; цроцес—" саки и объектами на базе ЭВМ" : Теэ-докл. - Ташкент, 1934.

Хпмудханоп Мухтор Музаффаропнч

Ростлаггуитп KyrinoTop.ni электрик юритмпга эта ёппи; сугориш тармоги насос ч^урилмасптгаг энерпитн тажат режимлпри

Мазкур ншнннг ма^садн ростланупчи купмоторлн электрик юритмага эта ёпнщ сугорпш тармоги насос цурнлмасишшг эперпшип тежат режимларинн моделлаштириш, текншрнш, х;амда пшлаб чп^ишдир.

Ушбу ^урилманннг курсаткичларнга бернлгаи чеклашларни ниобатга олган х,олда унипг математик модели тузплган. 1^ур!1лмашшг ш режимларинн опт!!маллаштириш усули таклнф эгилгап, х,амда гидрокуч асбоб—уску— наларишшг курсаткнчлариш! эиершянн истсъмол г;нлиш режнмларига булгаи таъсирн текшнрилган.

limirç сугорпш тармогидагп суп уэатшп технологик жараёнига жавоб бе — рувчн, х^мда электр энерпшешш 10—Î2 фоизгача тежаб берувчн насос >;у— рилмасшшпг ростлапувчи купмоторлн асиихрон электрик юрптмасшш ососий электромеханик теигламолари чи^арилдн па статик характеристикаларн тек— ширнлдн.

Насос ¡^урнлмасишшг автоматик бошк,арпщ снстемасн таклиф этилдн. Моторларшшг токи ва тезлиги буйнча ростлаппш коптурларига эга буйсу— нувчн бош^ариш системаси курншшшда бажарилган рак,аи автоном электрик юритмаиннг тузилнш прннднпларн ншлаб чшуглди. Насос рурилмаенппиг автоматик бошк;арпш системасшш дпнамикэснкуриб чицилдн.

Tl'.e object of this dissertation work is the creation, simulation and investigation of the energy saving regimes of the pump installation for a closed irrigation system with the varispeed multimotor electric drive.

Analog of the pump installation with limitations given on its parameters was created. The oplimization procedure of the pump installation regimes was proposed j(id the influence of the hydraulic power equipment parameters on the energy c-'.¡sumption regimes was investigated.

Tlie basic electromechanic interrelations and static characteristics of the pump installation varispeed multimotor asynchronous electric drive, corresponding to the demands of a technologic process in thé closed irrigation system and saving the energy up to 10— 12 per cent, were received and investigated.

The pump installation automatic control system was offered. The principles of the construction of n digital autonomous electric drive such as multivariate control system with motor current and rotation speed circuits were developed. The dynamic characteristics of the pump installation automatic control system were analysed.

Ишштг тафеилн

MulilorM. Khamirdhanov

The energy saving regimes of the pump installation for a closed irrigation ■ system v;ilh the varispeed multimotor electric drive

Abstract

Подписано к печати Фориат ООХМ'Л«- Зак. 1С/ . Объем усл. 11»*> уТираж /С