Способ регулирования производительности компрессора и устройство для его осуществления

 

Способ регулирования производительности компрессора и устройство для его осуществления относятся к области регулирования компрессоров и могут быть использованы в электроприводах компрессоров, вентиляторов с регулированием их производительности в заданных пределах путем изменения частоты вращения и дросселирования на входе компрессора. Изобретение позволяет повысить экономичность компрессорной установки при регулировании ее производительности. Производительность компрессора 1 регулируется или изменением частоты вращения электропривода 2 с помощью преобразователя 3 частоты, или дросселированием на входе компрессора с помощью дроссельной заслонки по сигналу с блока 10 управления дроссельной заслонкой. Переход с одного режима регулирования на другой происходит при срабатывании реле 21, управляющим пускателями 38 контакторов 4, 5 и 6. Режим регулирования выбирают с учетом минимальной потребляемой от сети мощности. При регулировании частотой вращения электропривода 2 учитывают мощность потерь в сети от высших гармоник тока, вызванных работой тиристорного преобразователя 3 частоты, с помощью датчика 32 текущего значения тока сети. Такая реализация способа и устройства позволяет повысить экономичность установки. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (! 1) (э))э F 04 0 27/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4377114/25-06; 4411177/25-06 (22) 09.02.88 (46) 07.09.90. Бюл. № 33 (71) Государственный институт по проектированию предприятий железорудной промышленности, "Кривбасспроект". и

Криворожский горнорудный институт (72) КЗ.Г. Осадчук, Д.И. Родькин, Г.Г. Лазаревич, А.А. Шкода, С.М. Мохов, С.М. Криворучко и Н.И. Илиенко (53) 621.438-55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1359493, кл. F 04 О 27/00, 1985. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИТИ КОМПРЕССОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области регулирования компрессоров и может быть использовано в злектроприводах компрессоров, вентиляторов с регулированием их производительности в заданных пределах путем изменения частоты вращения и дросселирования на входе компрессора. Изобретение позволяет повысить экономичность компрессорной установки при регулировании ее производительности. Производительность компрессо1590673 ра 1 регулируется или изменением частоты вращения электропривода 2 с помощью преобразователя 3 частоты или дросселированием на входе компрессора с помощью дроссельной заслонки по.сигналу с блока 10 управления дроссельной заслонкой. Переход с одного режима регулирования на другой происходит при срабатывании реле 21, управляющим пускателями 38 контакторов

4, 5 и 6. Режим регулирования выбирают с

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах компрессоров и вентиляторов.

Цель изобретения — повышение экономичности работы компрессора.

На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации способа регулирования производительности компрессора.

Устройстводля регулирования производительности компрессора 1 с электроприводом 2 содержит преобразователь 3 частоты, первый 4, второй 5 и третий 6 контакторы, блок 7 синхронизации, датчик 8 тока преобразователя, нелинейный блок 9 с зоной нечувствительности и ограничением, блок 10 управления дроссельной заслонкой, модель

11 ампер-секундной характеристики преобразователя, логический блок 12, датчик 13 давления газа на выходе.из компрессора, датчик 14 расхода газа на выходе из компрессора, блок 15 умножения, первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 функциональные преобразователи, компаратор 20, реле 21 с первым 22, вторым 23 и третьим

24 контактами в цепях питания первой 25, второй 26 и третьей 27 катушек первого 4, второго 5 и третьего 6 контакторов соответственно, блоки фиксации частоты вращения

28, управления выпрямителем 29 и управления инвертором 30 и шину 31 питания, подключенную через последовательно соединенные первый контактор 4, преобразователь 3 частоты и второй контактор 5 к электроприводу 2, шина 31 питания через третий контактор 6 подключена к электроприводу 2, датчик 8 тока преобразователя. подключен к входу нелинейного блока 9 с зоной нечувствительности и ограничением, первый выход которого подключен к блоку

10 управления дроссельной заслонкой, связанному с компрессором 1, а второй — через модель 11 ампер-секундной характеристики преобразователя к первому входу логичеучетом минимальной потребляемой от сети мощности. При регулировании частотой вращения электропривода 2 учитывают мощность потерь в сети от высших гармоник тока, вызванных работой тиристорного преобразователя 3 частоты, с помощью датчика

32 текущего значения тока сети. Такая реализация сп соба и устройства позволяет повысить экономичность установки. 2 с.п. ф-лы, 1 ил, ского блока 12, второй вход которого подключен к выходу блока 7 синхронизации, а первый и второй выходы — к управляющим входам соответственно второго 5 и третьего

5 6 контакторов, первый и второй выходы блока 28 фиксации частоты вращения через блок 29 управления выпрямителем и блок 30 управления инвертором соответственно подключены к первому и второму управляю10 щим входам соответственно преобразователя 3 частоты, выход третьего контактора 6 подключен к первому входу блока 7 синхронизации, второй вход которого подключен к шине 31 питания, датчик 13 давления газа

15 на выходе из компрессора через последовательно включенные блок 15 умножения, второй функциональный преобразователь 17 и компаратор 20 подключен к реле 21, датчик

14 расхода газа на выходе из компрессора

20 через первый функциональнь и преобразователь 16 подключен к второму входу второio функционального преобразователя 17, а через третий функциональный преобразователь 18 — к входу блока 28 фиксации час25 тоты вращения, выход третьего функционального преобразователя 18 подключен к входу четвертого функционального преобразователя 19.

Кроме того, устройство содержит по30 следовательно соединенные датчик 32 текущего значения тока сети, полосовой заграждающий фильтр 33, преобразователь

34 эффективного значения напряжения, квад- ратор 35, масштабный блок 36 и сумматор 37, 35 второй вход которого подключен к выходу четвертого функционального преобразователя 19, а выход — к второму входу компаратора 20, датчик 32 текущего значения тока сети включен между первым контактором 4

40 и преобразователем 3 частоты, Контакты 22-24 с катушками 25 — 27 образуют пускатели 38 контакторов 4 — 6.

Способ осуществляется следующим образом.

1590673

10

Nð

rp, 097 ®

45 первый вход функционального преобразо- вателя 17, на второй вход которого поступает сигнал с выхода преобразователя 16, 50

При работе электропривода 2 компрессора 1 от питающей сети и необходимости снижения производительности компрессора осуществляется регулирование дросселированием на входе компрессора 1 (B начальный период снижения производительности). В этом случае потери энергии ниже вследствие дополнительных потерь на преобразователь частоты, чем при регулировании производительности компрессора изменением частоты вращения электропривода 2. Регулирование производительности изменением частоты вращения злектропривода 2 происходит при постоянном КПД компрессора, а КПД системы компрессор— сеть в процессе регулирования дросселированием на входе компрессора 1 снижается пропорционально снижению производительности компрессора. Т.е, при определенной производительности компрессора 1 потери энергии при регулировании дросселированием на входе сравниваются с потерями при регулировании изменением частоты вращения электропривода 2. При необходимости дальнейшего снижения производительности компрессора 1 целесообразным является ее регулирование изменением частоты вращения.

Устройством осуществляется переклю,чение с одного режима регулирования производительности компрессора 1 на другой в момент, когда укаэанные потери энергии сравниваются и при необходимости дальнейшего снижения производительности компрессора, при этом учитываются потери от высших гармоник тока. вызванных работой тиристорного преобразователя 3 частоты.

При работе злектропривода 2 компрессора 1 от питающей сети (шина 31 питания) и необходимости снижения лроиэводительности сигналы датчиков давления 13 и расхода 14 газа на выходе из компрессора 1 поступают на блок 15 умножения, на выходе которого формируется сигнал, пропорцио. нальный гидравлической мощности компрессора N<. Этот сигнал поступает на пропорциональный изменению коэффициента полезного действия от производительности компрессора (при регулировании дросселированием на входе). КПД приводных синхронных двигателей при регулировании в рабочем режиме работы компрессора практически не меняется и в расчетах может быть принят равным 0,97.

Основной задачей работы компрессорных станций является поддерживание по15

30 стоянногодавления на выходе, поэтомудавление на выходе компрессора 1 принято постоянным. Преобразователь 16 реализует зависимость КПД компрессора 1 от производительности при постоянном давлении согласно выражению дк -а СцР+ЬОк+ с, (1) где цк — КПД компрессора; а, Ь, с — постоянные коэффициенты, характерные для каждого компрессора;

Ок — производительность компрессора.

Преобразователь 17 реализует зависимость где РС1 — мощность, потребляемая приводом компрессора при регулировании дросселированием;

N — гидравлическая мощность компрессора.

Одновременно на вход преобразователя 18 поступает сигнал, пропорциональный зависимости производительности компрессора 0 от относительной частоты вращения v (при регулировании изменением частоты вращения) согласно формулы — (3

2Но 4- о 2 Но где Hp,. d, Ь2 — постоянные коэффициенты, характерные для каждого компрессора;

Н вЂ” давление на выходе компрессора (принято постоянным);

0 — производительность компрессора;

v — относительная частота вращения электропривода компрессора.

Выражение (3) может быть получено на основании решения относительно v выражения, связывающего давление на выходе компрессора с его производительностью при регулировании частоты вращения компрессора:

Нк=Р Ho- v dQk- Ь 20к (4) С выхода преобразователя 18 сигнал, пропорциональный м, поступает на блок 28 фиксации частоты вращения, который связан с блоками 29 и 30 управления выпрямителем и инвертором преобразователя 3 частоты, обеспечивая требуемую частоту вращения вала компрессора 1 (при переключении с режима регулирования компрессора дросселированием на входе).

Кроме этого, с выхода преобразователя 18 сигнал, пропорциональный м, поступает на

1590673 преобразователь 19, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный потребляемой из сети мощности Рс, в соответствии с выражением

Р -а1 v +Ь1 v+c>, (5) где a>, b>, c> — постоянные коэффициенты, характерные для каждого компрессора.

Сигнал, пропорциональный Р,, суммируется в сумматоре 37 с мощностью потерь в сети, вызванных работой тиристорного преобразователя 3 частоты (тиристорные преобразователи являются источниками высших гармоник тока в сети, которые вызывают дополнительные потери энергии в питающей сети). Мощность потерь в сети, вызванных работой тиристорного преобразователя, определяется следующим образом. Датчик 32 текущего значения тока имеет на выходе изменяющийся во времени сигнал, пропорциональный текущему значению полного сетевого тока. Фильтр 33, . настроенный на первую гармонику така, фильтрует ее, пропуская высшие гармоники тока сети, обусловленные работой преобразователя 3. Напряжение, пропорциональное текущему значению высших гармоник тока в сети, поступает на преобразователь

34 эффективного значения напряжения, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный действующему (тепловому) значению тока высших гармоник I<.

С помощью квадратора 35 сигнал, пропорциональный Iã. возводится в квадрат, т.е. определяется квадрат действующего значения тока высших гармоник. Это значение с помощью масштабного блока 36 умножается на значение активного сопротивления сети В (постоянная величина). Т.е„на выходе масштабного блока 36 сигнал соответствует мощности потерь от высших гармоник тока, вызванных работой преобразователя 3, определяемой соотношением

Ра=!г Rc

2 где Р— мощность тепловых потерь в активных сопротивлениях питающей сети; ! г — действующее значение высших гармоник сетевого тока;

R — активное сопротивление питающей сети.

На компараторе 20 суммарный сигнал с сумматора 37 сравнивается с сигналом Рс, При превышении Рс суммарного значения сигнала с сумматора 37 срабатывает реле 21, замыкает контакты 22 и 23 в цепях питания катушек 25 и 26 контакторов 4 и 5, размыкает контакт 24 в цепи питания катушки 27 контактора 6. В результате этого дальнейшее снижение производительности компрессора осуществляется изменением частоты

5 вращения электропривода путем воздействия на преобразователь 3 частоты с контролем тока и времени работы, осуществляемых с помощью датчика 8 тока, нелинейного блока 9, модели 11 ампер-се10 кундной характеристики преобразователя и логического блока 12.

Процесс увеличения производительно- сти до номинального значения осуществляется в обратном порядке.

15 Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить экономичность компрессорной установки при регулировке производительности компрессора за счет учета мощности потерь в пита20 ющей сети от высших гармоник тока, вызванных работой тиристорного преобразователя.

Формула изобретения

1. Способ регулирования .производительности компрессора с электроприводом и тиристорным преобразователем частоты путем измерения расхода и давления газа

30 на выходе из компрессора, определения по измеренным значениям мощности, потребляемой электроприводом при регулировании производительности компрессора изменением частоты вращения электропри35 вода и изменением положения дроссельной заслонки, сравнения полученных значений мощностей и выбора режима регулирования с меньшей мощностью потребления электропривода, отличающийся тем, что, с

40 целью повышения экономичности, дополнительно измеряют мощность потерь в питающей сети от высших гармоник тока, вызванных работой тиристорного преобразователя, и дополнительно измеренную

45 мощность потерь учитывают путем суммирования при определении мощности, потребляемой электроприводом. при регулировании производительности компрессора изменением частоты вращения электропривода, 50 2. Устройство для регулирования производительности компрессора с электроприводом, содержащее преобразователь частоты, первый, второй и третий контакторы, блок синхронизации, датчик тока преоб55 разователя, нелинейный блок с зоной нечувствительности и ограничением, блок управления дроссельной заслонкой, модель ампер-секундной характеристики преобразователя, логический блок, датчик давления газа на выходе из компрессора, датчик рас1590673

Составитель В.Колясников

Техред М.Мсргентал Корректор 3.Лончакова

Редактор И.Горная

Заказ 2622 Тираж 502 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 хода газа на выходе иэ компрессора, блок умножения, первый, второй, третий и четвертый функциональные преобразователи, компаратор, реле с первым, вторым и третьим контактами в цепях питания первой, второй и третьей катушек первого, второго и третьего контакторов соответственно, блок фиксации частоты вращения, блок управления выпрямителем, блок управления инвертором и шину питания, подключенную через последовательно соединенные первый контактор, преобразователь частоты и второй контактор к электроприводу, шина питания через третий контактор подключена к электроприводу, датчик тока преобразователя подключен к входу нелинейного блока с зоной нечувствительности и ограничением, первый выход которого подключен к блоку управления дроссельной заслонкой, связанному с компрессором, а второй — через модель ампер-секундной характеристики преобразователя к первому входу логического блока, второй вход которого подключен к выходу блока синхронизации. а первый и второй выходы — к управляющим входам соответственно второго и третьего контакторов, первый и второй выходы блока фиксации частоты вращения через блок управления выпрямителем и блок управления инвертором cooTBBTGTBBHHQ подключены к первому и второму управляющим входам преобразователя частоты, выход третьего контактора подключен к первому входу блока синхронизации, второй вход которого подключен к шине питания, датчик

5 давления газа на выходе из компрессора через последовательно включенные блок умножения, второй функциональный преобразователь и компаратор подключены к реле, датчик расхода газа на выходе из

10 компрессора через первый функциональный преобразователь подключен к второму входу второго функционального преобразователя, а через третий функциональный преобразователь — к входу бло15 ка фиксации частоты вращения, выход третьего функционального преобразователя подключен к входу четвертого функционального преобразователя, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

20 повышения экономичности, оно дополнительно содержит последовательно соединенные датчик текущего значения тока сети, полосовой заграждающий фильтр, преобразователь эффективного значения

25 напряжения, квадратор, масштабный блок и сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого функционального преобразователя, а выход — к второму входу. компарагора, датчик текущего значения то30 ка сети включен между первым контактором и преобразователем частоты.