Исследование на модели алгоритма управления группой насосов с каскадно-частотным регулированием скорости
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
? трубопроводов. Суммарная характеристика Q-H параллельно работающих насосов строится сложением абсцисс их характеристик при одном и том же значении ординаты (напора), т.к. их общая подача равна сумме подач каждого насоса (рис.2.5.).
Рис. 2.4. График насоса CA120/33, работающего с переменной частотой вращения: 1-3-напорные характеристики насоса, при
соответственно.
Рис. 2.5. График параллельной работы двух одинаковых центробежных насосов: 1-хар-ка одного насоса; 2-результирующая характеристика.
Момент сопротивления, создаваемый насосом, определяется по формуле: Н (2.2). Примем, что КПД насоса при любой частоте вращения.
Зависимость между расходом жидкости через трубопровод и напором, который требуется для обеспечения этого расхода, называется характеристикой трубопровода и описывается уравнением[1]: (2.3), где -статический напор, S-гидравлическое сопротивление трубопровода. -магистральные потери напора, которые в общем случае рассчитываются по универсальной формуле Вейсбаха-Дарси[9]: , где -коэффициент гидравлического трения, зависящий от числа Рейнольдса и относительной шероховатости трубы; l и d -длинна и диаметр трубопровода соответственно, м; v-средняя скорость движения жидкости, м/с; g-ускорение свободного падения, . Средняя скорость течения жидкости при ламинарном потоке может быть определена из выражения[9]: . Синтезировав вышеприведенные формулы, получаем: . Сеть водопотребления - это целая система трубопроводов различных по длине, диаметру, форме, материалу и строго говоря, не может быть описана уравнением (2.3). Для примера на рис.2.6 показана реальная зависимость напора от подачи одной из водопроводных станций Москвы[1]. Для простоты коэффициент S принимается приближенно постоянным.
Из-за сложной разветвленной структуры трубопровода стабилизация напора во всех точках сети водопотребления - практически не решаемая задача. Поэтому речь может идти о стабилизации напора в некоторых отдельных точках сети, называемых диктующими. Как правило, в качестве диктующей выбирается точка, наиболее удаленная и расположенная на наиболее высоких отметках. Такой выбор гарантирует поддержание такого же или более высокого напора в остальных точках сети.
Рис. 2.6. Эквивалентная характеристика водопроводной сети:
-эквивалентная характеристика сети,
-область расположения точек характеристики реальной сети
2.2 Модель НУ в Matlab Simulink
Моделирование системы управления НС производилось в программной среде Matlab Simulink. Повысительная НС (рис. 2.7) состоит из четырех параллельно работающих насосов CA120/33с каскадно-частотным регулированием. Насос поставляется вместе с асинхронным двигателем 1.1 кВт. Данная станция может использоваться для водоснабжения 12-ти этажного жилого дома.
АД смоделирован при помощи блока Asynchronous Machine SI Units из библиотеки SimPowerSystems, что дает возможность не только имитировать работу во временной области, но и изучать их частотные свойства и оценивать динамические параметры.
Рис. 2.7. Модель насосной станции
Моделирование насоса производилось по уравнению (2) рис. 2.8, рис. 2.9.
Рис. 2.8. Подсистема Nasos1.
Рис. 2.9. Подсистемы Nasos2, Nasos3, Nasos4.
Модель сети водопотребления была собрана согласно формуле (3) и представлена на рис.2.10. График водопотребления задан условно при помощи блока Sine Wave .
Рис. 2.10. Подсистема set` vodosnab.
Модель ПЧ со скалярным управлением представлена на рис. 2.11. В ПЧ при помощи блока Lookup Table задается закон регулирования с IR-компенсацией. Такой закон применяется на большинстве промышленных преобразователей частоты. Но для насосов, работающих со статическим напором, должно соблюдаться более сложное соотношение , где k=2-5-показатель степени в уравнении механической характеристики насоса.
Рис. 2.11. Подсистемы PCH1, PCH2, PCH3, PCH4.
Так как перед переключением двигателя от ПЧ на сеть, нужно произвести синхронизацию напряжения, частоты и фазы, что может являться предметом отдельной работы, было решено упрощенно использовать 4 преобразователя частоты. При достижении преобразователем частоты 50 Гц, выход ПИ регулятора переключается на следующий ПЧ, а данный ПЧ остается работать с постоянной частотой сети.
Для моделирования ПИ регулятора был использован отдельный блок из библиотеки PID Controller. Коэффициенты регулятора подбирались экспериментально при работе от ПЧ одного насоса и скачкообразном изменении ошибки. ПИ регулятор формирует частоту для ПЧ, изменяя которую мы поддерживаем заданный напор Hzad в диктующей точке сети.
Основным элементом модели является подсистема control рис. 2.12, в которой реализовано управление НС. Задан описанный в главе 1 алгоритм работы. Также реализовано условие, согласно которому при достижении основным НА максимальной производительности производится переключение его на питание от сети, а включение следующего НА производится на ПЧ с нулевой частотой и НА плавно вводится в работу. При работе агрегата от сети перед его переключением на работу от ПЧ, задается частота 50 Гц.
Рис. 2.12. Подсистема control-основной блок управления.
При помощи модели был получен суточный график (рис.2.13) работы типовой повысительной насосной станции для водоснабжения жилого 12-ти этажного дома. Задано давление в диктующей (последний этаж) точке 30 1 м. Принято, что гарантированный напор в городской сети ХВС 35м. Согласно [5] мини