Способ регулирования производительности компрессора и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК F04D27/00 

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.

Устройство для 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, под- ключенную 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 9с 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 логич

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 6 контакторов, первый и втррой выходы бло- ка 28 фиксации частоты вращения через блок 29 управления выпрямителем и блок 30 управления инвертором соответственно подклкзчены к первому и второму управляю- 0 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 5 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 0 через первый функциональный преобразователь 16 подключен к второму входу второго функционального преобразователя 17, а через третий функциональный преобразователь 18 - к входу блока 28 фиксации час- 5 тоты вращения, выход третьего функционального преобразователя 18 подключен к входу четвертого функционального преобразователя 19,

Кроме T0.ro, устройство содержит по-. 0 следовательно соединенные датчик 32 текущего значения тока сети, полосовой заграждающий фильтр 33, преобразователь 34 эффективного значения напряжения, квад- ратор 35, масштабн ый блок 36 и сумматор 37, 5 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.

При работе электропривода 2 компрессора 1 от питающей сети и необходимости снижения производительности компрессора осуществляется регулирование дросселированием на входе компрессора 1 (в начальный период снижения производительности). В этом случае потери энергии ниже вследствие дополнительных потерь ia преобразователь частоты, чем при регулировании производительности компрессора изменением частоты вращения электропривода 2. Регулирование производительности изменением частоты вращения электропривода 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 указанные 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 электропривода 2 компрессора 1 от питающей сети (шина 31 питания) и необходимости снижения производительности сигналы датчиков давления 13 и расхода 14 газа на выходе из компрессора 1 поступают на блок 15 умножения, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный гидравлической мощности компрессора Nr. Этот сигнал поступает на первый вход функционального преобразователя 17, на второй вход которого поступает сигнал с выхода преобразователя 16, 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 постоянного давления на выходе, поэтому.дав- ление на выходе компрессора 1 принято постоянным. Преобразователь 16 реализует зависимость КПД компрессора 1 отпроизво- дительности при постоянном давлении согласно выражению

) + c,

(1)

где J/k - КПД компрессора;

а, Ь, с - постоянные коэффициенты, ха- 10 рактерные для каждого компрессора:

Qk производительность компрессора.

Преобразователь 17 реализует зависимость

Рс:

Nr

/k 0,97

(2)

20

25

где PCI - мощность, потребляемая приводом компрессора при регулировании дросселированием;

Nr - гидравлическая мощность компрессора.

Одновременно на вход преобразователя 18 поступает сигнал, пропорциональный зависимости производительности компрессора Qk от относительной частоты вращения V (при регулировании изменением частоты вращения) согласно формулы

30

,,dQk . . Ь201+Н|Г -2Й 4Но2 . Но

где Но, d, b2 - постоянные коэффициенты, характерные для каждого компрессора;

Hk - давление на выходе компрессора (принято постоянным);

Ok - 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:

Hk v2Ho-vdQk-b2Qk (4)

С выхода преобразователя 18 сигнал, пропорциональный V, 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 v, поступает на

преобразователь 19, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный потребляемой из сети моа(ности Рс2. в соответствии с выражением

Pc2-aiv +biv-fci, (5)

где ai. bi, ci - постоянные коэффициенты, характерные дпя каждого компрессора,

Сигнал, пропорциональный Рс2, 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 тока, 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 1г.

С помощью квадратора 35 сигнал, пропорциональный 1г, 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 RC (постоянная величина). Т.е., на выходе масштабного блока 36 сигнал соответствует мощности потерь от высших гармоник тока, вызванных работой преобразователя 3, определяемой соотношением

,

где Ра - мощность тепловых потерь в активных сопротивлениях питающей сети;

1г - действующее значение высших гармоник сетевого тока;

RC - активное сопротивление питающей сети.

На компараторе 20 суммарный сигнал с сумматора 37 сравнивается с сигналом PC При превышении Ре 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 производительности 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.

Формулаизобретения

1. Способ регулирования .производительности компрессора с электроприводом и тиристорны м преобразователем частоты путем измерения расхода и давления газа 0 на выходе из компрессора, определения по измеренным значениям мощности, потребляемой электроприводом при регулировании производительности компрессора изменением частоты вращения электропри- 5 вода и изменением положения дроссельной заслонки, сравнения полученк ых значений мощностей и выбора режима регулирования с меньшей мощностью потребления электропривода, отличающийся тем, что, с 0 целью повышения экономичности, дополнительно измеряют мощность потерь в питающей сети от высших гармоник тока, вызванных работой тиристорного преобразователя, и дополнительно измеренную 5 мощность потерь учитывают путем суммирования при определени-и мощности, потр.ебля- емой электроприводом при регулировании производительности компрессора изменением частоты вращения электропривода. 0 2. Устройство для регулирования производительности компрессора с электроприводом, содержащее преобразователь частоты, первый, второй и третий контакторы, блок синхронизации, датчик тока преоб- 55 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 расхода газа на выходе из компрессора, блок умножения, первый, второй, третий .и четвертый функциональные преобразователи, компаратор, реле с первым, вторым и третьим контактами в цепях питания первой, вто- рой 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 злек- троприводу, датчик тока преобразователя подключен к входу нелинейного блока с зоной нечувствительности и ограничением, первый выход которого подключен к блоку управления дроссельной заслонкой, свя- анному 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 блоха фиксации частоты вращения через блок управления выпрямителем и блок управления инвертором соответственно 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 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 компрессора через первый функциональный преобразователь подключен к второму входу второго функционального преобразователя, а через третий функциональный преобразователь - к входу блока фиксации ча.стоты вращения, выход третьего функционального преобразователя подключен к входу четвертого функционального преобразователя, о т- личающееся тем, что, с целью повышения экономичности, оно дополнительно содержит последовательно соединенные датчик текущего значения тока сети, полосовой заграждающий фильтр, преобразователь эффективного значения напряжения, квадратор, масштабный блок и сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого функционального преобразователя, а выход - к второму входу, компаратора, датчик текущего значения тока сети включен между первым контактором и преобразователем частоты.

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.