Автореферат (текст). Общая характеристика работы
 Скачать 55.5 Kb.
|
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Внедрение частотно-регулируемого электропривода на нефтеперекачивающей станции позволяет повысить эффективность использования магистрального нефтепровода. В данной работе исследуются коэффициенты полезного действия насоса, электродвигателя и преобразователя частоты в составе электротехнического комплекса магистрального насосного агрегата. Коэффициент полезного действия изменяющаяся величина. При номинальном значении подачи значение коэффициента полезного действия магистрального насоса является максимальным и снижается при изменении производительности насоса. Для электродвигателей, которые являются основными потребителями электрической энергии, анализ коэффициента полезного действия имеет большое значение. Он зависит как от нагрузки на валу, так и от частоты вращения. Использование преобразователей частоты для регулирования частоты вращения при работе с нагрузкой меньшей номинального значения является одним из наиболее перспективных способов. Коэффициент полезного действия преобразователя частоты имеет высокий показатель, но его значение уменьшается при снижении выходной мощности по отношению к номинальному значению. Поиск уравнений для определения КПД составляющих электротехнического комплекса, впоследствии совместного их решения, позволит судить о работе всего ЭТК, содержащего насос, электродвигатель и преобразователь частоты. Цель работы – определение КПД ЭТК в функции нагрузки на валу ЭД и частоты вращения. Поставленная цель определила необходимость решения следующих задач: - аппроксимация табличных значений КПД двигателя и преобразователя частоты методом наименьших квадратов; - анализ зависимости КПД электродвигателя от нагрузки на валу; - анализ зависимости КПД преобразователя частоты при снижении частоты вращения вала ЭД и величины нагрузки ЭД. К научной новизне выполненной работы относятся: - полученные уравнения для определения зависимости КПД электродвигателя от нагрузки на валу при снижении частоты вращения; - разработанная математическая модель КПД ЭТК. К практической значимости работы относится использование основных теоретических положений в учебном процессе на кафедре электротехники и электрооборудования предприятий ФГБОУ ВО УГНТУ, использование уравнений для расчета КПД ЭТК. Публикации. По тематике исследований опубликованы четыре научные статьи. Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 разд., заключения, списка использованных источников, включающего 39 наименований. Общий объем диссертации составляет 97 страниц. В работе содержится 24 рисунка, 47 таблиц. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении приведено обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы цель работы и задачи исследования, отражена научная новизна и показана практическая ценность работы. В разд. 1 рассматриваются принцип работы центробежного насоса, регулирование режима работы нефтепровода изменением частоты вращения магистральных насосов. Исследуются граничные значения частоты вращения магистрального насоса, при которых коэффициент полезного действия насоса снижается до минимально допустимого значения. Исследовано влияние частоты вращения на изменение КПД магистрального насоса с частотно-регулируемым электроприводом при изменении числа включенных насосов на нефтеперекачивающей станции технологического участка без ЧРП. В разд. 2 описываются методы регулирования для управления двигателями переменного тока, рассмотрены основные понятия математического моделирования. Рассмотрен метод наименьших квадратов, на основе которого выполняется дальнейший анализ КПД электродвигателя от загрузки на валу при номинальной и при сниженной частоте вращения. В разд. 3 описывается классификация преобразователей частоты, режим работы силовых модулей и потери мощности при их работе. Произведен анализ КПД ПЧ при снижении частоты вращения вала ЭД и величины нагрузки ЭД. Выполнены расчеты КПД электротехнического комплекса магистрального насоса. В заключении показано, что в ходе выполнения ВКР были проанализированы уравнения для определения КПД магистрального насоса при номинальной частоте вращения и ниже номинального значения, произведены расчеты, которые показали, что можно использовать уравнение как с одним коэффициентом аппроксимации, так и уравнение без него. Выполнен анализ зависимости КПД асинхронного электродвигателя от коэффициента загрузки и частоты вращения при использовании частотно-регулируемого привода. По результатам расчетов делались выводы о применении формул для дальнейшего расчета и произведен расчет КПД электротехнического комплекса. Основные выводы Выполнен анализ уравнений для расчета КПД насоса при использовании ЧРП. Выявлены причины погрешностей определения КПД при использовании традиционных формул. Установлено, что причина погрешностей заключается в некорректных значениях коэффициентов аппроксимации. Путем математических преобразований были получены и исследованы новые уравнения. По результатам расчета был сделан вывод, что формула с одним коэффициентом аппроксимации дает более точные значения расчетного номинального КПД, а также значений КПД при подачах, близких к номинальной. Формула без коэффициентов аппроксимации является единой для всех насосов, но точность ее ниже, чем при использовании уравнений с коэффициентами аппроксимации. Анализ зависимости КПД электродвигателя от нагрузки на валу при номинальной частоте вращения во всем диапазоне нагрузок проводился путем аппроксимации табличных значений различными функциями. Были рассмотрены несколько видов аппроксимирующих функций: квадратичная, кубическая, уравнение четвертой степени, логарифмическая и экспоненциальная. Результаты исследования показали, что использование логарифмической и экспоненциальной функций не применимо, так как погрешность при их использовании достигает более 10 %. Погрешность расчетов по уравнениям третьей и четвертой степени не превышает 1 %, однако наибольшие отклонения наблюдаются в рабочем диапазоне электродвигателя. Исследования показали, что при раздельной аппроксимации участков с высокими и низкими коэффициентами нагрузки наиболее удобным для описания функциональной зависимости КПД ЭД от загрузки на валу являются полиномиальная функция второго порядка и полиномиальная функция третьего порядка. При использовании метода наименьших квадратов и программы Excel исследовалась функциональная зависимость КПД ЭД от нагрузки на валу и частоты вращения. Аппроксимирование проводилось для каждого диапазона частоты, результаты которого показали, что погрешность полученных значений КПД от значений, указанных в исходных данных, составляет не более 1,5 %. При аппроксимировании всего диапазона функциональной зависимости КПД ЭД от нагрузки на валу и частоты вращения, результаты расчета показали, что погрешность результатов составляет более 7 %. Анализ зависимости КПД ПЧ при снижении частоты вращения вала ЭД и величины нагрузки проводился при различных диапазонах частоты вращения. Исследование показало, что отклонения расчетных значения КПД от табличных, приведенных в исходных данных, достигают не более 0,5 %. Произведен расчет КПД всего электротехнического комплекса. Наибольшее влияние на его величину оказывает изменение КПД насоса, обусловленное снижением его подачи. Основное содержание диссертации опубликовано в следующих научных трудах: 1 Пономарева, В.В., Калимгулов, А.Р. Влияние ЧРП на КПД магистрального насоса при изменении числа включенных насосов без ЧРП // Повышение надежности и энергоэффективности электротехнических систем и комплексов: межвузовский сборник научных трудов (с международным участием), Уфа: Изд-во Энергодиагностика, – 2018. – С. 107 – 111. 2 Пономарева, В.В., Шабанов, В.А. Ограничение частоты вращения магистрального насоса с ЧРП по величине КПД // Повышение надежности и энергоэффективности электротехнических систем и комплексов: межвузовский сборник научных трудов (с международным участием), Уфа: Изд-во Энергодиагностика, – 2018. – С. 117 – 121. 3 Пономарева, В.В., Калимгулов, А.Р., Шабанов, В.А. Анализ уравнений для КПД магистральных насосов. // «Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий»: сб. науч. тр. III Международной (VI Всероссийской) науч.-техн. конф.– Уфа: Изд-во УГНТУ, – 2017.– С. 61 – 70. 4 Пономарева, В.В. Алексеев В.Ю., Шабанов, В.А. Преобразование уравнений для КПД магистральных насосов при частотно-регулируемом электропривод. // «Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий»: сб. науч. тр. III Международной (VI Всероссийской) науч.-техн. конф.– Уфа: Изд-во УГНТУ, – 2017.– С. 76 – 83. |