Общие методические указания

Лабораторная работа №9

Тема: Электропривод насосных установок.

Цель работы: Исследовать электропривод насосной установки.

Время выполнения работы – 2 часа

Место выполнения работы – лаборатория «Электрооборудование сельскохозяйственного производства»

Дидактическое и методическое обеспечение: лабораторный стенд №9, инструкционно-технологическая карта; литература: Л. С. Герасимович Электрооборудование и автоматизация с/х агрегатов и установок. М.: Колос 1980 г.; Применение электрической энергии в с/х производстве. Справочник под реакцией академика П. Н. Листова. М. Колос. 1974 г.; А. М. Басов “Основы электропривода и автоматическое применение электроприводов в с/х” издательство М. Колос 1972 г.; В.С.Олейник Практикум по автоматизированному электроприводу.- М.: Колос, 1978 г.

Техника безопасности и пожарная безопасность на рабочем месте.

(Отдельная инструкция №91)

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1.1 Работа в лаборатории.

1.1 Пройти контроль (самоконтроль) или входное тестирование.

1.2 Подготовить рабочее место выполнению работы.

1.3 Выполнить операции согласно методических указаний к выполнению задания.

1.4 Подвести итог и сделать выводы.

1.5 Убрать рабочее место.

1.6 Оформить и защитить отчет.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.

В настоящее время для сельскохозяйственного водоснабжения наиболее широко используют артезианские скважины. Для подъема воды из скважин чаще всего используют погружные насосы. Эти насосы приводятся в действие водозаполненными электродвигателями типа ПЭДВ.

Электродвигатели типа ПЭДВ имеют водостойкую изоляцию обмоток статора, выполненную проводом ПЭВВП. Кроме эмалевой изоляции, провод имеет дополнительную изоляцию из поливинилхлоридного пластиката. Предельная рабочая температура этой изоляции не превышает 70 ⁰С. Столь низкая теплостойкость изоляции обмоток погружных электродвигателей создает ряд ограничений при эксплуатации этих двигателей. Из-за малого диаметра статора и большой его длины обмотки нагреваются неравномерно – посредине статора температура обмоток значительно выше, чем в лобовых частях. Поэтому погружные двигатели очень чувствительны к перегрузкам и допускают не более трех пусков в час. Таким образом, к защите электродвигателя от перегрузок предъявляются особые требования.

Оборудование для насосных установок поставляется комплектно. В комплект входят погружной электронасос, система автоматического управления, специальные провода для питания электродвигателя.

В систему автоматического управления насосными агрегатами (САУНА) входят станции управления типа ШЭТ5800, датчик уровней воды в напорной башне, датчик сухого хода и провода для внешних соединений. Система САУНА выпускается в двух модификациях – для управления насосными агрегатами водоснабжения (1) и водопонижения (2). Кроме того, эти модификации различаются по мощности управляемого двигателя – от 1 до 11 кВт (СУ типа ШЭТ5801) и от 11 до 65 кВт (СУ типа ШЭТ5802).

В эксплуатации имеется еще много контактных станций управления прежних выпусков – ПЭТ5103 для двигателей мощностью 2,5-12 кВт и ПЭТ5103, ПЭТ5104 для двигателей мощностью 16-65 кВт.

В пределах каждого типа станции управления различаются по номинальному току защитных аппаратов в соответствии с номинальными токами управления двигателей. Каждая станция предназначена для защиты определенного погружного двигателя и управления им, на это нужно собрать внимание при комплектовании водонасосных установок.

Основные формулы расчета.

Производительность установки: (дцм³/с); (дцм³);

Где: F – площадь дна бака, 4620 см²;

h_Р – высота рабочего объема бака, в см;

∆₁ – t_Ри t_ОП – время наполнения рабочего объема бака, с и время опорожнения рабочего объема бака, с.

КПД установки и насоса: , ;

Где: γ – удельный вес воды;

Р_ПОЛ – полезная мощность, затрачиваемая на подъем воды, кВт;

Р_ПОДВ – подводимая мощность, кВт;

Н^’ – высота подъема воды, м (2,65 м);

q – производительность установки в дцм³/с;

Н – напор, создаваемый насосом при производительности дцм³/с;

∆Р_ДВ – потери мощности в двигателе, кВт.

Где: q_Н, Н_Н – номинальные производительность и напор насоса;

Где: η_Х – КПД двигателя при нагрузке , ;

КПД установки

Где: γ – плотность воды, кг/м³;

G_MAX. _СЕК. – максимальная секундная производительность установки, м³/с;

Н – высота подачи воды, м.

;

В этой формуле η_Н, S_Н, cosφ_Н – номинальные значения КПД скольжения и коэффициент мощности электродвигателя.

Расчетная мощность электродвигателя насоса:

(кВт);

(кВт*ч)

(кВт*ч/л).

Максимальная часовая производительность агрегата (агрегатов): м³/ч,

Максимальная суточная производительность:

Максимальный часовой расход: м³/ч,

Среднечасовой расход: ,

Где: α_ЧАС – коэффициент часовой неравномерности (1,5 – 3,5).

Число циклов включения в час циклов/ч,

Где - часовая производительность установки, м³/ч.

- рабочий объем бака, м³.

Удельный расход электроэнергии: кВт*ч/м³.

Автоматизация водонасосных установок.

Схема автоматического управления водонасосной установкой должна выполнять следующие функции:

1. Ручное (дистанционное) управление работой установки.

2. Автоматическое включение и отключение электродвигателя в зависимости от наличия воды в напорных сооружениях.

3. Отключение электродвигателя от сети при ненормальных режимах работы установки: коротких замыканиях, перегрузке, однофазном режиме, значительном снижении напряжения, уходе воды из скважины.

Наиболее широкое применение получила система автоматизации водонасосных установок с электродными датчиками уровня воды.

Схемы с поплавковыми реле применяются в тех случаях, когда напорный бак утеплен и вода в нем в зимнее время не замерзает.

Схема с реле давлением используются в основном для управления безбашенными водокачками.

Контроль уровня воды в заборном сооружении осуществляется электродным датчиком уровня. Этот контроль необходим для мощных установок с погружными электродвигателями.

Защита электродвигателя от ненормальных режимов работы осуществляется автоматическими выключателями и электронными системами (блоками с логическими элементами).

Электродные датчики уровня воды применяются двух типов: трубчатые (для СУ типа ПЭТ5100) и стержневые (для СУ типа ШЭТ5800). Высота контролируемого уровня составляет 0,5 м для насосных установок двигателя мощностью до 12 кВт и 1 м для установок с двигателями мощностью 16 – 65 кВт.

Трубчатый датчик уровня (рис. 1) изготовлен из трех отрезков стальных труб. В закрытую снизу трубку КНУ вставлено сопротивление обогрева СО, которое выполнено в виде спирали в фарфоровой трубке. Система обогрева электродов предназначена для предотвращения замерзания электродов в зимнее время, мощность ее 70 – 100 Вт. Включается она вручную отдельным выключателем.

Контроль уровня воды в скважине осуществляется датчиком сухого хода (стержневым электродом с изолятором). Датчик должен быть установлен в скважине выше верхней точки насоса не менее чем на 1 м.

В комплект станции управления типа ШЭТ5800 входят стержневые датчики уровня. Они представляют собой стальные стержни диаметром 8 мм. При помощи изоляторов их крепят на общем несущем стержне, который подвешивают в водонапорном баке (рис. 2). Датчик имеет коробку зажимов для соединения его со станцией управления.

Работа станции управления с логическими элементами.

Станции управления типа ШЭТ5800 обеспечивают защиту электронасоса при коротких замыканиях (автоматическим выключателем с электромагнитным расцепителем), технологических перегрузок и работе при потере фазы питания (логическими элементами). Применение логических элементов значительно повышает надежность станции управления и срок службы погружных насосов.

Принципиальная схема управления насосным агрегатом с погружным электродвигателем водоподъема мощностью 1 – 11 кВт (СУ типа ШЭТ5801) показана на рисунке 3.

В главной цепи используются автоматический выключатель В1, согласующие трансформаторы ТрС1, ТрС2, ТрС3 и электромагнитный контактор К. В качестве аппаратуры управления и защиты используются бесконтактные транзисторные логические и функциональные элементы серии “Логика - Т”.

Для включения станции управления в работу включают автоматически выключатель В1, подовая напряжение на блок питания логических элементов (трансформатор ТрБП, выпрямители Вп2 и ВпЗ). При автоматическом управлении тумблер ВЗ ("режим работы") ставят в положение А. Тумблер В4 ("местное управление") может находится в любом положении, а перемычка П должна закорачивать зажимы 36 и 40. При местном управлении тумблер ВЗ должен быть установлен в положение М, а перемычка П должна закорачивать зажимы 36 и 40.

При телемеханическом управлении тумблер ВЗ ставят в положение А, перемычку П снимают, зажимы 36, 40, 32, соединяют с соответствующими зажимами реле исполнения включения РИВ и реле исполнения отключения РИО (эти реле не входят в комплект станции управления). Напряжение на катушки этих реле подаётся из системы телемеханического управления. Длительность импульса напряжения должна быть не менее 10 с.

Выводы 4 и 6 вспомогательных контактов контактора К могут быть использованы для сигнализации состояния насоса, к зажимам 145 и 124 разрешается подключать дополнительную нагрузку 1,92 Вт (24 В, 80 мА).

Работа схемы при автоматическом у правлении.

Если в водонапорной башне нет воды и контакты нижнего КНУ и верхнего КВУ уровней воды не омываются ею, то на входеэлемента Э5—1 (Т-401) имеется нулевой сигнал, который инвертируется и в виде отрицательного сигнала (условно принимаемого за единицу) подаётся на элемент Э6-1 (Т-402). Он включает реле Р, которое размыкает свой размыкающий контакт в цепи КНУ, а замыкающий его контакт включает контактор К. Электронасос включается, и вода поступает в водонапорную башню. При достижении водой верхнего контролируемого уровня на входе элемента Э5-1 появляется сигнал I, а на его выходе сигнал исчезает. Реле Р отключается, отключает контактор К и замыкает свой размыкающий контакт. Электронасос отключается.

По мере разбора воды потребителями, когда она опускается ниже КНУ, на входе элемента Э6-1 появляется сигнал I. Реле Р снова включается, и цикл, повторяется.

Местное управление осуществляется при помощи тумблера В4. При этом реле Р получает питание через элемент Э6-1. Телемеханическое управление ведётся с диспетчерского пункта. По команде диспетчера "включить электронасос" срабатывает реле РШ и электронасос включается. По команде диспетчера "отключить электронасос" срабатывает реле исполнения отключения РИО. Через замыкающий контакт РЙО подаётся напряжение на вход элемента 35-1. На входе элемента 36-1 сигнал I отсутствует. Реле Р отключается, и электронасос останавливается.

Работа схемы защиты. Сигнал аварии (перегрузка, короткие замыкания) поступает на вход релейного элемента 32 (Т202) от специальных датчиков-преобразователей тока в напряжение (трансформаторы ТрС и выпрямитель Вп1). Напряжение срабатывания релейного элемента регулируют резистором R1.

Элемент времени Э3 (Т-303), а также резистор R2 и стабилитрон Д20 составляют цепь обратной зависимости выдержки времени от тока. После элемента времени сигнал поступает на пассивный элемент Э4-1 (Т401), служащий для увеличения нагрузочной способности элемента Э3 (Т-303).

Одновременно с выхода 8 элемента Э5-2 сигнал поступает на вход 5 элемента Э5-1, осуществляя запрет пуска электродвигателя. С выхода элемента Э4-2 сигнал поступает на вход усилителя Э6-2 (Т-402) и загорается лампа аварийной сигнализации ЛАС. Элементы Э3, Э4-1, Э5-2 образуют элемент "помять", в котором запоминается аварийный сигнал после отключения двигателя. Чтобы стереть в элементе "память", этот сигнал после устранения аварии перед пуском насоса необходимо снять, а затем снова подать напряжение на блок логики. Для этого отключают, а затем включают выключатель В1.

В случае возникновения короткого замыкания, сопровождаемого большими значениями тока, срабатывает автоматический выключатель В1. Лампа ЛАС в этом случае гореть не будет.

Станции управления типа ШЭТ5802 предназначены для управления электродвигателями мощностью 11 - 65 кВт и имеют более сложную схему, чем, СУ типа ШЭТ5801 из-за больших токов в главной цепи (до 130А) блок логики питается через трансформаторы тока. Кроме перечисленных функций управления, станции ШЗТ5802 дополнительно осуществляют защиту от сухого хода насосной установки и задержку времени пуска двигателя.

Последняя функция осуществляется дополнительным элементом выдержки времени Т-303, который включен на вход выходного усилителя мощности Т-402. Таким образом, при подаче сигнала на включение электродвигателя контактор К включается с выдержкой времени, регулируемой специальным резистором "задержка пуска" в пределах от 2 до 30 с. Такая задержка пуска даёт возможность устранить наложение пусковых токов при пуске нескольких электронасосов, когда восстановлено напряжение в сети.

Работа схемы двухагрегатной

насосной установки (рис. 4).

Переключателем SA1задают режим работы второму агрегат. Вположении I он подключается на параллельную работу с первым агрегатом, в положении 2 он находится в автоматическом резерве, а в положении 3 - на самостоятельном ручном управлении.

Рассмотрим режим автоматического резерва, когда переключатель SA5 установлен на автоматический режим, а S АЗ поставлен в положение 2. При включении автомата QFи замкнутых контактах реле уровня КL2 магнитный пускатель первого агрегата КМ1 своими замыкающими контактами КМ1 включает первый агрегат и реле времени КТ. Если после разбега первого агрегата в напорном трубопроводе устанавливается требуемое давление, то реле давления размыкает свои контакты ВР и отключает реле времени КТ. Первый агрегат продолжает работу, отключаясь и включаясь от датчика уровней.

Если по какой-либо причине после разбега первый агрегат не создаёт требуемого давления, контакты реле давления ВР остаются замкнутыми и реле времени с выдержкой времени, большей, чем продолжительность разбега насосного агрегата, срабатывает и своими контактами КТ включает сигнальную лампу HL1 и реле КL1, которое в свою очередь, размыкает свои контакты КLI в цепи катушки магнитного пускателя КМ1 первого агрегата и замыкает контакты КLI в цепи катушки магнитного пускателя КМ2 второго агрегата и в своейцепи самоблокировки. Первый агрегат отключается и включается второй. При проявлении достаточного напора контакты реле давленья ВР размыкаются и работает второй агрегат. При необходимости первый агрегат может быть совсем отсоединён. В этом случае второй может работать в качестве основного (при установке включателя SA3 в положение 1) с полной автоматизацией режимов пуска, остановки и автоматическим отключением при исчезновении требуемого напора в напорном трубопроводе.