Станция группового управления насосными или вентиляторными установками (варианты)

 

Использование: для управления системами водоснабжения и вентиляции объектов коммунального хозяйства, тепловых пунктов и станций, компрессорных систем с автоматическим поддержанием технологических параметров. Сущность изобретения: в станцию группового управления насосными или вентиляторными установками, содержащую входной и выходной коллекторы, между которыми включены насосы или вентиляторы с обратными клапанами и асинхронными двигателями, каждый из которых через соответствующий первый контактор подключен к питающей электрической сети переменного тока, датчик технологического параметра, встроенный в выходной коллектор, и блок управления, вход которого соединен с выходом датчика технологического параметра, введены вторые контакторы, включенные соответственно между каждым первым контактором и асинхронным двигателем, блок преобразования частоты, вход которого соединен с питающей электрической сетью переменного тока, а выход подключен к объединенным дополнительным входам вторых контакторов, вход управления блока преобразования частоты соединен с выходом блока управления, управляющие входы первых контакторов соединены с соответствующими первыми управляющими выходами блока управления, вторые управляющие выходы которого подключены к управляющим входам соответсвующих вторых контакторов. Во втором варианте включен фазометр для уменьшения перегрузок во время переключения асинхронных двигателей. 2 с.п.,3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к станциям группового управления системами водоснабжения и вентиляции тепловых электрических станций (ТЭС), объектов коммунального хозяйства, центральных тепловых пунктов, технологических систем районных и квартальных тепловых станций и компрессорных систем с автоматическим поддержанием технологических параметров.

Известны станции группового управления насосными или вентиляторными установками, содержащие входной и выходной коллекторы, между которыми включены насосы или вентиляторы с асинхронными двигателями, каждый из которых через соответствующий первый контактор подключен к питающей электрической сети переменного тока [1, 2] Однако такая станция группового управления насосными или вентиляторными установками потребляет много электроэнергии, создает перегрузки в электросети и в коллекторах во время включения или выключения асинхронных двигателей.

Известно также устройство регулирования частоты вращения асинхронных двигателей насосных или вентиляторных установок [3] Такое устройство решает локальную задачу оптимизации электропитания отдельного асинхронного электродвигателя, но не решает задачи регулирования технологического параметра и устранения гидравлических перегрузок во входных и выходных коллекторах.

Наиболее близким техническим решением является станция группового управления насосными или вентиляторными установками, содержащая входной и выходной коллекторы, между которыми включены насосы или вентиляторы с асинхронными двигателями, каждый из которых через соответствующий первый контактор подключен к питающей электрической сети переменного тока, датчик технологического параметра, встроенный в выходной коллектор, и блок управления, вход которого соединен с выходом датчика технологического параметра [4] Но и эта станция группового управления насосными или вентиляторными установками потребляет много электроэнергии, создает перегрузки в электросети и в коллекторах во время включения или выключения асинхронных двигателей.

Целью изобретения является снижение потребления электроэнергии, снижение электрических перегрузок в электросети и гидравлических ударов и перегрузок в коллекторах во время включения и выключения асинхронных двигателей, а также повышение времени безаварийной работы станции и ресурса ее оборудования.

Это достигается тем, что в станцию группового управления насосными или вентиляторными установками, содержащую входной и выходной коллекторы, между которыми включены насосы или вентиляторы с обратными клапанами и асинхронными двигателями, каждый из которых через соответствующий первый контактор подключен к питающей электрической сети переменного тока, датчик технологического параметра, встроенный в выходной коллектор, и блок управления, вход которого соединен с выходом датчика технологического параметра, введены вторые контакторы, включенные соответственно между каждым первым контактором и асинхронным двигателем, блок преобразования частоты, вход которого соединен с питающей электрической сетью переменного тока, а выход подключен к объединенным дополнительным входам вторых контакторов, вход управления блока преобразования частоты соединен с выходом блока управления, управляющие входы первых контакторов соединены с соответствующими первыми управляющими выходами блока управления, вторые управляющие выходы которого подключены к управляющим входам соответствующих вторых контакторов.

При этом каждый второй контактор содержит три нормально замкнутые и три нормально разомкнутые контактные цепи, перемычки которых закреплены на одном якоре и две обмотки, соответствующие выходные контакты нормально замкнутых и нормально разомкнутых контактных цепей объединены и являются выходом второго контактора, входные контакты нормально замкнутых контактных цепей являются входом второго контактора, дополнительным входом которого являются входные контакты нормально разомкнутых контактных цепей, а выводы обмоток второго контактора являются управляющим входом второго контактора.

Во втором варианте для решения той же технической задачи в станцию группового управления насосными или вентиляторными установками, содержащую входной и выходной коллекторы, между которыми включены насосы или вентиляторы с обратными клапанами и асинхронными двигателями, каждый из которых через соответствующий первый контактор подключен к питающей электрической сети переменного тока, датчик технологического параметра, встроенный в выходной коллектор, и блок управления, вход которого соединен с выходом датчика технологического параметра, введены фазометр, вторые контакторы, выходы которых подключены к соответствующим асинхронным двигателям, блок преобразования частоты, вход которого соединен с питающей электрической сетью переменного тока, а выход подключен к объединенным входам вторых контакторов, вход управления блока преобразования частоты соединен с выходом блока управления, управляющие входы первых контакторов соединены с соответствующими первыми управляющими выходами блока управления, вторые управляющие выходы которого подключены к управляющим входам соответствующих вторых контакторов, причем первый и второй входы фазометра соединены с соответствующими фазными шинами питающей сети и выхода блока преобразования частоты, а выход фазометра подключен к дополнительному входу блока управления.

Причем введен блок защиты, включенный между выходом блока преобразования частоты и объединенными входам вторых контакторов.

Кроме того, введен пульт управления, группа входов-выходов которого подключена к соответствующей группе входов-выходов блока управления.

На фиг. 1 приведена структурная схема станции группового управления насосными или вентиляторными установками (первый вариант); на фиг. 2 - структурная схема станции группового управления насосными или вентиляторными установками (второй вариант).

Станция группового управления насосными или вентиляторными установками содержит входной коллектор 1, выходной коллектор 2, насосы или вентиляторы 3-1, 3-2 и 3-3 с асинхронными двигателями 4-1, 4-2 и 4-3, первые контакторы 5-1, 5-2 и 5-3, вторые контакторы 6-1, 6-2 и 6-3, датчик технологического параметра 7, обратные клапаны 8-1, 8-2 и 8-3, блок 9 управления, преобразователь 10 частоты, пульт 11 управления, фазометр 12.

Первые контакторы 5 содержат три нормально разомкнутые 13-1, 13-2 и 13-3 контактные цепи, перемычки которых закреплены на якоре 14 и обмотку 15.

В первом варианте вторые контакторы 6 содержат три нормально замкнутые 16-1, 16-2 и 16-3 и три нормально разомкнутые 17-1, 17-2 и 17-3 контактные цепи, перемычки которых закреплены на одном якоре 18 и обмотку 19.

Во втором варианте вторые контакторы 6 содержат три нормально разомкнутые 17-1, 17-2 и 17-3 контактные цепи, перемычки которых закреплены на якоре 18 и обмотку 19.

Станция группового управления насосными или вентиляторными установками во втором варианте содержит также блок 20 защиты.

Устройство работает следующим образом.

Поскольку станция группового управления насосными или вентиляторными установками как при управлении насосными установками, так и при управлении вентиляторными установками решает одну и ту же задачу теми же средствами, то без потери общности можно описание ее работы провести только на примере управления насосными установками. При этом под технологическим параметром будем понимать давление воды в выходном коллекторе, как наиболее часто используемый на практике параметр регулирования.

Для поддержания постоянным давления воды в выходном коллекторе 2 независимо от давления воды во входном коллекторе 1 вначале блок 9 управления подключает асинхронный двигатель 4-1 вторым контактором 6-1 к преобразователю 10 частоты и постепенно увеличивая частоту питающего напряжения, доводит производительность насоса 3-1 до такого уровня, при котором давление воды в выходном коллекторе 2, измеряемое датчиком 7, достигает установленного значения. Такой "частотный пуск" исключает возникновение электрических и ударных явлений.

При увеличении расхода воды у потребителя, когда насос 3-1 не может обеспечить при максимальной частоте питающего напряжения достижение заданного давления в выходном коллекторе 2, блок 9 управления вторым контактором 6-1 отключает асинхронный двигатель 4-1 от преобразователя 10 частоты и первым контактором 5-1 подключает его к питающей сети. После этого блок 9 управления подключает асинхронный двигатель 4-2 вторым контактором 6-2 к преобразователю 10 частоты и, постепенно увеличивая частоту питающего напряжения, доводит производительность насоса 3-2 до такого уровня, при котором давление воды в выходном коллекторе 2 достигает установленного уровня.

Если оба насоса 3-1 и 3-2 не могут обеспечить при максимальной частоте питающего напряжения достижение заданного давления, в выходном коллекторе 2 блок 9 управления вторым контактором 6-2 отключает асинхронный двигатель 4-2 от преобразователя 10 частоты и первым контактором 5-2 подключает его к питающей сети. После этого блок 9 управления подключает асинхронный двигатель 4-3 вторым контактором 6-3 к преобразователю 10 частоты и, постепенно увеличивая частоту питающего напряжения, доводит производительность насоса 3-3 до такого уровня, при котором давление воды в выходном коллекторе 2 достигает установленного уровня.

Обратные клапаны 8-1, 8-2 и 8-3 включены последовательно с соответствующими насосами 3-1, 3-2 и 3-3, что исключает перетекание воды при отключении какого-либо насоса.

Пульт 11 управления позволяет задать уровень давления и точность регулирования, обеспечиваемого системой.

При уменьшении потребления воды из выходного коллектора давление в нем может повыситься, и система в обратном порядке вначале уменьшает частоту питания соответствующего асинхронного двигателя 4-1, 4-2 или 4-3 до полной его остановки, а затем и отключает его. Один из оставшихся в работе асинхронный двигатель, например 4-1 остается подключенным к выходу преобразователя 10 частоты и обеспечивает поддержание давления на выбранном уровне.

Поскольку вторые контакторы 6 содержат три нормально замкнутые 16-1, 16-2 и 16-3 и три нормально разомкнутые 17-1, 17-2 и 17-3 контактные цепи, перемычки которых закреплены на одном якоре 18, то обеспечивается абсолютная невозможность подачи питающего напряжения сети на выход преобразователя 10 частоты и, тем самым, исключается выход его из строя вне зависимости от того рассчитан он на такой режим или нет. Переключение якоря 18 происходит в зависимости от того, подан ли ток управления от блока 9 на обмотку 19. При таком переключении гидравлические перегрузки исключаются, а электрические сводятся к минимуму.

Первые контакторы 5 содержат три нормально разомкнутые 13-1, 13-2 и 13-3 контактные цепи, перемычки которых закреплены на одном якоре 14, управляемым обмоткой 15.

Во втором варианте реализована станция группового управления насосными или вентиляторными установками, в которой вторые контакторы 6 содержат три нормально разомкнутые 17-1, 17-2 и 17-3 контактные цепи, перемычки которых закреплены на якоре 18 и обмотку 19.

Если насос 3-1 не может обеспечить при максимальной частоте питающего напряжения достижение заданного давления в выходном коллекторе 2, блок 9 управления первым контактором 5-1 подключает асинхронный двигатель 4-1 к питающей сети, после чего вторым контактором 6-1 отключает асинхронный двигатель 4-1 от преобразователя 10 частоты.

Управление асинхронными двигателями 4-1, 4-2 или 4-3 и доведение производительности соответствующего насоса 3-1, 3-2 или 3-3 до такого уровня, при котором давление воды в выходном коллекторе 2 достигает установленного уровня, осуществляется также как и в первом варианте.

Что касается отключения или подключения асинхронных двигателей 4-1, 4-2 или 4-3 к питающей сети или к выходу преобразователя 10 частоты, то здесь имеются существенные отличия. Фазометр 12 измеряет разность фаз между питающей сетью и выходом преобразователя 10 частоты. После отключения асинхронного двигателя 4-1, 4-2 или 4-3 от питающей сети наступает пауза, и только после нее второй контактор 6 подключает асинхронный двигатель 4-1, 4-2 или 4-3 к выходу преобразователя 10 частоты, который обладает свойством "подхвата на лету (выбеге)", т.е. частота и фаза преобразователя 10 частоты автоматически согласуется с частотой и фазой остаточного поля вращающегося по инерции асинхронного двигателя 4-1, 4-2 или 4-3.

Последовательность переключения асинхронного двигателя 4-1, 4-2 или 4-3 от преобразователя 10 частоты к питающей сети иная. Вначале блок 9 управления по сигналу от фазометра 12 выравнивает частоту преобразователя 10 с частотой питающей сети. Затем блок 9 управления также по сигналу от фазометра 12 устанавливает разность фаз выходного напряжения преобразователя 10 и напряжения питающей сети близкой к нулю. Затем асинхронный двигатель 4-1, 4-2 или 4-3 подключается первым контактором 5-1, 5-2 или 5-3 к питающей сети. Поскольку при таком соединении напряжение питающей сети оказывается поданным на выход преобразователя 10 частоты, то срабатывает защита самого преобразователя частоты, или срабатывает защита в блоке 20, и асинхронный двигатель 4-1, 4-2 или 4-3 остается подключенным к питающей сети. Затем второй контактор 6-1, 6-2 или 6-3 отключает асинхронный двигатель 4-1, 4-2 или 4-3 от преобразователя 10 частоты, и блокировка выхода автоматически отключается, что обеспечивает возможность подключения преобразователя 1о частоты к следующему асинхронному двигателю.

Поскольку при таком варианте за счет разности времени включения и выключения первого и второго контакторов, например 5-1 и 6-1, может возникнуть промежуток времени, когда питающая сеть подключена к выходу преобразователя 10 частоты, необходимо принять меры к его защите. Некоторые типы преобразователей 10 частоты могут выдерживать такой режим, следовательно при их использовании не нужно вводить дополнительных приспособлений. Для тех типов преобразователей частоты, которые не могут использоваться в таком режиме, на выходе преобразователя 10 частоты включается блок 20 защиты.

Таким образом, за счет плавного разгона и плавного снижения оборотов вплоть до полной остановки каждого асинхронного двигателя 4-1, 4-2 или 4-3 в предложенном изобретении исключаются электрические перегрузки в электросети и гидравлические удары и перегрузки в коллекторах 1 и 2, снижается потребление электроэнергии, поскольку станция никогда не превышает значение технологического параметра, также повышается время безаварийной работы станции и ресурс ее оборудования, в связи с тем, что все блоки и узлы станции работают без перегрузок и отключаются при отсутствии надобности в их использовании.

Формула изобретения

1. Станция группового управления насосными или вентиляторными установками, содержащая входной и выходной коллекторы, между которыми включены насосы или вентиляторы с обратными клапанами и асинхронными двигателями, каждый из которых через соответствующий первый контактор подключен к питающей электрической сети переменного тока, датчик технологического параметра, встроенный в выходной коллектор, и блок управления, вход которого соединен с выходом датчика технологического параметра, отличающаяся тем, что введены вторые контакторы, включенные соответственно между каждым первым контактором и асинхронным двигателем, блок преобразования частоты, вход которого соединен с питающей электрической сетью переменного тока, а выход подключен к объединенным дополнительным входам вторых контакторов, вход управления блока преобразования частоты соединен с выходом блока управления, управляющие входы первых контакторов соединены с соответствующими первыми управляющими выходами блока управления, вторые управляющие выходы которого подключены к управляющим входам соответствующих вторых контакторов.

2. Станция п. 1, отличающаяся тем, что каждый второй контактор содержит три нормально замкнутые и три нормально разомкнутые контактные цепи, перемычки которых закреплены на одном якоре, и две обмотки, соответствующие выходные контакты нормально замкнутых и нормально разомкнутых контактных цепей объединены и являются выходом второго контактора, входные контакты нормально замкнутых контактных цепей являются входом второго контактора, дополнительным входом которого являются входные контакты нормально разомкнутых контактных цепей, а выходы обмоток второго контактора являются управляющим входом второго контактора.

3. Станция группового управления насосными или вентиляторными установками, содержащая входной и выходной коллекторы, между которыми включены насосы или вентиляторы с обратными клапанами и асинхронными двигателями, каждый из которых через соответствующий первый контактор подключен к питающей электрической сети переменного тока, датчик технологического параметра, встроенный в выходной коллектор, и блок управления, вход которого соединен с выходом датчика технологического параметра, отличающаяся тем, что введены фазометр, вторые контакторы, выходы которых подключены к соответствующим асинхронным двигателям, блок преобразования частоты, вход которого соединен с питающей электрической сетью переменного тока, а выход подключен к объединенным входам контакторов, вход управления блока преобразования частоты соединен с выходом блока управления, управляющие входы первых контакторов соединены с соответствующими первыми управляющими выходами блока управления, вторые управляющие выходы которого подключены к управляющим входам соответствующих вторых контакторов, причем первый и второй входы фазометра соединены с соответствующими фазными шинами питающей сети и выхода блока преобразования частоты, а выход фазометра подключен к дополнительному входу блока управления.

4. Станция по п. 3, отличающаяся тем, что введен блок защиты, включенный между выходом блока преобразования частоты и объединенными входами вторых контакторов.

5. Станция по пп. 1, 2, 3 или 4, отличающаяся тем, что введен пульт управления, группа входов-выходов которого подключена к соответствующей группе входов-выходов блока управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2