Электрическая схема управления двигателем насоса

Схема автоматического управления двумя насосными агрегатами

На рисунке приведена схема автоматического управления двумя насосными агрегатами, эксплуатируемыми без дежурного персонала.

Работа схемы основана на принципе пуска и остановки насосов в зависимости от уровня жидкости в контролируемом резервуаре, из которого производится откачка. Для контроля заполнения бака жидкостью применяется электродный датчик уровня ДУ. Из двух насосных агрегатов один является рабочим, а второй – резервным.

Режим работы агрегатов задается переключателем управления (переключателем откачки ПО): в положении 1 переключателя насос H1 с двигателем Д1 будет рабочим, а насос Н2 с двигателем Д2 — резервным, который включается, если производительность насоса H1 окажется недостаточной. В положении 1 рабочим является насос Н2, а резервным — H2.

Рассмотрим работу схемы, когда переключатель ПО установлен в положение 1, а переключатели ПУ1 и ПУ2 — в положение А, т.е. на автоматическое .управление насосами. Контакты 1 и 3 переключателя ПО замыкают цепи катушек реле РУ1 и РУ2, но реле не включатся, так как при нормальном уровне жидкости остаются разомкнутыми электроды Э2 и ЭЗ датчика уровня ДУ.

Схема автоматического управления двумя откачивающими насосами

При повышении уровня жидкости в емкости до электрода Э2 замыкается цепь катушки промежуточного реле РУ1, оно срабатывает, и через замыкающий контакт РУ1 подается питание В катушку пускателя ПМ1. Включается двигатель Д1, и насос H1 начинает откачку.

Уровень жидкости в емкости понижается, но при разрыве контакта Э2 двигатель Д1 не остановится, так как катушка реле РУ1 продолжает получать питание через свой контакт РУ1 и замкнутый контакт электрода Э1. Такая блокировка реле РУ1 применена во избежание частых пусков и остановок насосного агрегата при небольших изменениях уровня жидкости и обеспечивает отключение насоса лишь тогда, когда уровень жидкости спадет ниже нормального и разомкнется контакт Э1.

Если произойдет аварийное отключение рабочего насоса или производительность его окажется недостаточной, то уровень жидкости в резервуаре будет продолжать повышаться. Когда он достигнет электрода ЭЗ датчика ДУ, получит питание катушка реле РУ2. Реле сработает и включит магнитный пускатель ПМ2, включится двигатель Д2 резервного насоса. Отключение резервного агрегата произойдет при спадании уровня жидкости ниже электрода Э1.

Если по каким-либо причинам будет иметь место большой приток жидкости в резервуар, то производительность обоих насосных агрегатов может оказаться недостаточной, и жидкость поднимется до предельно допустимого уровня, на котором, установлен электрод Э4. При этом замкнется цепь катушки реле РА, которое сработает и своим замыкающим контактом включит цепь аварийной сигнализации, оповещая персонал о ненормальной работе насосных агрегатов.

Для подачи предупредительного сигнала при исчезновении напряжения в цепях управления служит реле контроля напряжения РКН. Цепи аварийной сигнализации питаются от самостоятельного источника питания. Белая сигнальная лампа ЛБ служит для оповещения о наличии напряжения в цепях управления при контрольных осмотрах аппаратуры.

Переход на ручное (местное) управление насосными агрегатами производится поворотом переключателей ПУ1 и ПУ2 в положение Р. Включение и отключение двигателей Д1 или Д2 производится нажатием кнопок КнП1 и КнС1 или КнП2 и КнС2, расположенных непосредственно у насосных агрегатов.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Подключение частотного преобразователя к насосу

Автоматизация систем водоснабжения снижает расходы на эксплуатацию насосного оборудования и водопроводной сети, оптимизирует водопотребление, позволяет уменьшить объем накопительных баков. Регулирование водоподачи осуществляется по давлению и уровню. В отопительных системах также используется схема с обратной связью по температуре теплоносителя или воздуха в помещении.

Релейные схемы автоматизации

До появления частотных преобразователей в качестве устройства управления использовались релейные блоки.

Простейшая схема регулирования по уровню построена на базе магнитного пускателя и поплавкового реле. При увеличении уровня, контакты реле замыкаются, катушка магнитного пускателя оказывается под напряжением. Электродвигатель насосного агрегата запускается. При снижении уровня жидкости, реле размыкает управляющую цепь магнитного пускателя.

Такая схема обеспечивает ручное и автоматическое включение насосов, каскадный способ управления, индикацию режимов работы, остановку насосных агрегатов при пропадании перекачиваемой жидкости.

В нормальном режиме работает основной насосный агрегат. При снижении давления при пиках водопотребления или остановке основного насоса, срабатывает реле давления, включающее резервный насос с выдержкой времени. При необходимости включение и выключение насосов можно осуществлять в ручном режиме. Релейные схемы управления относительно просты и дешевы, однако, обладают следующими недостатками:

• Дополнительная нагрузка на электрическую сеть. Запуск электродвигателей осуществляется на полном напряжении сети. Ток при этом взрастает в несколько раз.
• Невозможность плавного изменения производительности. Регулирование давления в сети осуществляется включением резервного насоса. Ступенчатое изменение давления не всегда удовлетворяет условиям техпроцесса.
• Необходимость регулярного ремонта, технического обслуживания. Схемы такого типа содержат большое количество электроаппаратов и элементов автоматики. При частых коммутациях, контакты и механические части аппаратов быстро приходят в негодность.
• Высокая нагрузка на трубопровод. При прямом пуске насосов резко увеличивается вероятность гидравлических ударов. При их возникновении повреждается запорно-регулирующая арматура, трубы и другие элементы системы водоснабжения.

Для ограничения пусковых токов и плавного разгона электродвигателей в релейных схемах часто устанавливают устройства плавного пуска. Однако, эти устройства не обеспечивают плавное изменение подачи. Для этого на трубопровод устанавливают регулирующую арматуру, что приводит к потерям давления и снижает общий к.п.д. системы водоснабжения.

Функции систем управления насосным оборудованием на базе частотных преобразователей

Для автоматизации работы насосных станций все чаще и чаще используют схемы на базе частотных преобразователей. Частотное управление лишено недостатков релейных схем. Автоматизированные схемы с преобразователем частоты обеспечивают:

• Защиту приводных электродвигателей от коротких замыканий, обрыва фазы, перегрева, перегрузок, перепадов напряжения.
• Остановку насосных агрегатов при “сухом ходе”, повреждении проточной части и так далее.
• Плавное изменение производительности при снижении или увеличении давления. Частотный преобразователь также может функционировать в режиме регулирования подачи по нескольким параметрам системы водоснабжения или отопления.
• Сигнализацию о неисправностях. При поломках или ненормальных режимах работы элементов системы водоподачи, на экран выводится сообщение о неисправности. Во многих моделях частотников предусмотрена подача об авариях сигнала по “сухим контактам” и отправка сообщения по поддерживаемым протоколам проводной и беспроводной связи на удаленные диспетчерские пункты.

Частотные преобразователи используются как для автоматизации простых автономных систем водоснабжения, так и мощных станций с большим количеством насосов.

Пример работы схем на базе частотного преобразователя

Принципиальная схема управления циркуляционными насосными агрегатами на базе преобразователей частоты с обратной связью по давлению и температуре позволяет экономить до 30% тепловой энергии.

При увеличении температуры теплоносителя или падении давления в сети, сигнал с аналогового датчика температуры поступает на частотный преобразователь, который плавно увеличивает частоту напряжения в цепи питания электродвигателя. Скорость вращения ротора увеличивается, производительность насоса возрастает. При необходимости в работу включается резервный насос. По достижении заданной температуры, подача насоса возвращается к запрограммированной величине. Схема также обеспечивает попеременную работу насосных агрегатов, остановку двигателей при авариях, включение резервного насоса при аварийной остановке основного, запрет на запуск неисправного насоса до устранения поломки, а также индикацию режимов работы.

Для увеличения экономического эффекта в отопительных системах используют преобразователи частоты с функцией АОЕ или автоматической оптимизации энергопотребления. При этом электродвигатель поддерживает энергопотребление соответственно требуемой производительности насосного агрегата. Частотные преобразователи с такой функцией выпускает компания Danfoss, всемирно известный производитель электрооборудования и элементов автоматики.

Принцип работы простейшей схемы регулирования с обратной связью по давлению

Частотные преобразователи применяются также для небольших систем водоснабжения, отопления и ГВС. Плавное регулирование напора и производительности насоса обеспечивает постоянное давление в сети, отсутствие перепадов температуры горячей воды при открытии и закрытии дополнительных кранов, поддержание микроклимата в помещении.

При пуске насоса через частотный преобразователь, на электродвигатель подается напряжение небольшой частоты, которая увеличивается согласно запрограммированным значениям. Это обеспечивает плавное нарастание давления в системе и снижает вероятность гидравлических ударов.

При увеличении водопотребления, давление в системе падает. Сигнал с датчика давления подается на частотный преобразователь, который увеличивает частоту питающего напряжения электрического двигателя. Производительность насоса плавно увеличивается, пока давление в системе не достигнет заданного значения. При снижении потребления воды, частота напряжения в питающей цепи снижается, обороты насосного агрегата падают.

При помощи частотных преобразователей также можно реализовать систему каскадного автоматического управления двумя и более насосами. Такие схемы используются в сетях с высокими пиковыми нагрузками, где максимальная производительность одного насоса не обеспечивает компенсацию потерь давления. В этих случаях частотный преобразователь обеспечивает плавный ввод дополнительных агрегатов и равномерное распределение нагрузки между работающими насосами.

Преимущества применения частотных преобразователей в схемах автоматизации насосов

• Системы водоснабжения не требуют компенсационных емкостей для гашения гидравлических ударов. Запуск и отключение насосных агрегатов осуществляется плавно, что исключает резкие скачки давления. В системах отопления и автономного водоснабжения все же рекомендуется установить расширительные баки мембранного типа. Это оборудование позволит избежать последствий гидроударов и увеличения давления при авариях и температурном расширении теплоносителя.
• Комфортная температура горячей воды и теплоносителя в отопительной системе. В отличие от релейных схем управления, частотное регулирования позволяет избежать скачков температуры воды независимо от ее расхода.
• Защита арматуры, трубопровода, котла от гидроударов. При прямом пуске электродвигателя, резко меняется скорость потока в трубопроводе. Возникает гидравлический удар, который может повредить гидроавтоматику, котел и другие элементы системы. Ликвидация последствий гидроудара может обойтись в сотни тысяч рублей.
• Защита электродвигателя насоса от аварий и аномальных режимов работы. При несимметричной нагрузке, изменении напряжения в сети, коротких замыканиях, перегреве обмоток, частотный преобразователь осуществляет аварийную остановку электродвигателя.
• Возможность удаленного управления. Danfoss выпускает преобразователи частоты, поддерживающие все распространенные протоколы обмена данными. Управление можно осуществлять с удаленного ПК, при помощи приложений, установленных на смартфоны или планшеты. Преобразователи для промышленных систем водоподачи можно встраивать в многоуровневые системы АСТП.
• Возможность регулирование напора и производительности насосных агрегатов по одному или нескольким характеристикам. Частотные преобразователи можно запрограммировать на регулировку по расходу, давлению, температуре, уровню, напору, а также по двум и более параметрам.

Выбор частотного регулятора для насосов

Выбор частотных преобразователей для насосного оборудования делается по следующим критериям:

• Типу приводного электродвигателя. Число фаз и тип электродвигателя должны соответствовать параметрам частотного. Для привода насосных агрегатов применяются синхронные и асинхронные одно- или трехфазные электрические машины.
• Интервалу регулируемых частот. Каждому значению частоты питающего напряжения соответствует определенная скорость вращения электродвигателя и производительность насоса. Эта характеристика частотного преобразователя должна отвечать параметрам сети водоподачи.
• Току, напряжению и мощности. Номинальные электрические характеристики электродвигателя и преобразователя частоты должны совпадать. Рекомендуемый запас мощности частника – 15-20%.
• По числу аналоговых и релейных входов. В зависимости от числа датчиков, необходимо подобрать частотный преобразователь с соответствующим количеством входов.
• По функциям. Частотный преобразователь может совмещать функции устройства плавного пуска, ПИД-регулятора, устройств защиты. Функционал устройства выбирают в соответствии с требованиями к системе отопления и водоснабжения.

Использование частотных преобразователей снижает потери давления, оптимизирует потребление воды и электроэнергии, а также снижает вероятность аварий. Их применение дает значительный экономический и технический эффект, особенно заметный на примере крупных систем подачи тепла и водоснабжения.

2.3.4. Электрическая схема управления подпиточными насосами

Подпиточные насосы устанавливают на ЦТП при независимом присоединении системы отопления для восполнения водой системы (см. рис. 3.2 [10]). Управление насосами может осуществляться по схеме, приведенной на рис. 2.24, где предусмотрено два насоса, один из которых рабочий, а другой резервный.

Рис. 2.24. Принципиальная электрическая схема управления

При выборе рабочим насоса НП1 переключатель SA устанавливают в положение I, чем подготавливают цепь для включения рабочего насоса НП1.

При уменьшении давления воды в обратном трубопроводе системы отопления до заданного P_min , замкнувшийся контакт SP1 датчика давления (электроконтактного манометра (ЭКМ)) подает напряжение на катушку К3 промежуточного реле, которое срабатывает и своим замыкающим контактом К3 (1-3) подает напряжение на катушку промежуточного реле К1. В этот момент контактом К1 (1-21) включается магнитный пускатель КМ1 и, соответственно, электродвигатель насоса НП1. Одновременно блок-контактом КМ1 (1-29) подается напряжение на сигнальную лампу HL1 «Нормальная работа насоса НП1».

Под действием работы насоса НП1 давление в трубопроводе будет повышаться и через некоторое время контакт SP1 разомкнется, но электродвигатель М1 не отключится, так как реле К3 будет питаться напряжением через шунтирующую цепь, состоящую из последовательно соединенных контактов К3 и К4 (1-13-17).

Если давление воды достигло заданного максимального значения, то замыкается контакт SP2 (ЭКМ), подается напряжение на катушку реле К4, которое срабатывает и своим размыкающим контактом К4 (15-17) отключает реле К3. Это приводит к отключению реле К1, магнитного пускателя КМ1 и, следовательно, насоса НП1.

При аварийной остановке насоса НП1 замыкается контакт SP3 (33-35) реле перепада давления РКС, срабатывает реле времени КТ1, которое с задержкой времени включит систему АВР. В этот момент срабатывает реле аварийного переключения насосов КА и своим замыкающим контактом КА (3-7) включит реле К2 , которое подаст напряжение на катушку магнитного пускателя КМ2. Магнитный пускатель КМ2 срабатывает и включает в работу резервный насос НП2. Одновременно загорается сигнальная лампа HL2 «Нормальная работа насоса НП2», включается звонок громкого боя НА и загорается сигнальная лампа HL3 «АВР включена». Замыкающим контактом КА (37-39) шунтируется замыкающий контакт КТ1 (37-39). Сигнализацию можно отключить нажатием на кнопку управления SB (1-37).

В схеме предусмотрены все виды защит силовой цепи и цепи управления. Максимальная защита осуществляется автоматическими выключателями QF1, QF2 и SF, защита от перегрузки тепловыми расцепителями автоматических выключателей QF1, QF2 и электротепловыми реле КК1 и КК2, нулевая защита магнитными пускателями КМ1 и КМ2.

2.3.5. Электрическая схема управления электродвигателем дымососа

Для примера на рис. 2.25 представлена схема управления электродвигателем дымососа котла типа КЕ [9].

Рис. 2..25. Принципиальная электрическая схема

управления электродвигателем дымососа котла типа КЕ

Эта схема применима также и для управления электродвигателями дымососов котлов ПТВМ-30М и КВ-ГМ-2,5 – КВ-ГМ-20 и котлов типа ДЕ. В этом случае из схемы исключается замыкающий контакт К (5-3), работающий в цепи управления схемы электродвигателя вентилятора возврата уноса.

Электродвигатель дымососа подвержен перегрузке. Для измерения тока перегрузки в силовой цепи установлен амперметр РА, работающий в комплекте с трансформатором тока ТА. Подача напряжения в силовую цепь и цепь управления осуществляется автоматическим выключателем QF. Пуск электродвигателя осуществляется ключом SA1. При установке ключа SA1 из положения 2 (Отключено) в положение 4 производится проверка исправности лампы HL и цепи 701 (фаза) – 707 – 709 – 711 – N. В этом положении ключа цепь 701–707–713–715 звукового сигнала разомкнута контактом 3-16 ключа. При исправности этой цепи и сигнальной лампы HL последняя должна включиться.

При установке SA1 в положение 6 контакт 10-9 ключа разрывает цепь 701-707 и лампа HL гаснет. Контакты 5-8 и 17-20 ключа SA1 замыкают цепь 3-7-9-N реле К, затем реле К замыкает свои замыкающие контакты в цепи 3-5-N питания катушки магнитного пускателя КМ и размыкает размыкающие контакты в цепях 701-707-709-711-N лампы HL и 701-707-713-715 звукового сигнала.

Магнитный пускатель КМ срабатывает, и его силовые контакты и блок-контакты замыкаются. Силовые контакты КМ подключают к сети электродвигатель М, замыкание блок-контактов КМ в цепи 3-7-9-N обеспечивает нулевую защиту электродвигателя, а в цепи 703-705-709-711-N – подготовку к опробованию светового сигнала.

Положение 6 рукоятки ключа SA1 не является фиксированным, поэтому при прекращении воздействия на нее она автоматически устанавливается в положение 5 (вертикальное фиксированное положение). При этом контакт 5-8 ключа размыкает цепь 3-7, оставляя питание реле К только через блок-контакт пускателя КМ, а контакт 10-9 подготавливает цепи светового и звукового сигналов для фиксирования аварийного останова электродвигателя.

При аварийном отключении электродвигателя блок-контакт КМ в цепи 3-7 размыкает цепь питания реле К, которое, обесточиваясь, замыкает размыкающие контакты в цепях светового и звукового сигналов (лампа HL загорается, и включается звуковой сигнал). После аварийного останова пуск электродвигателя возможен только при повторении пусковых операций.

Нормальный останов электродвигателя осуществляется поворотом рукоятки ключа против часовой стрелки. Из положения 5 рукоятку ключа переводят в положение 3 (горизонтальное фиксированное положение). В этом положении электродвигатель еще не отключается, но контакт ключа 10-9 размыкает цепи световой и звуковой аварийной сигнализации, а замыканием контактов ключа 10-11 по цепи 701-705-709-711-N производится проверка лампы HL электродвигателя. Контакт ключа 17-20, разрывая цепь 3-7-9-N , отключает реле К, которое своим замыкающим контактом К снимает напряжение с катушки магнитного пускателя КМ. Магнитный пускатель своими силовыми контактами КМ отключает электродвигатель от сети, а блок-контактом отключает сигнальную лампу HL.

УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ Электроприводы вентиляторов, насосов и компрессоров

Большая группа вентиляционных установок цеховых помещений пожарные насосы, насосы водопроводных магистралей не требуют регулирования подачи. Наиболее простым в этих условиях является электропривод на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, который пускается в ход с помощью магнитных пускателей. Если возникает затруднение в отношении прямого пуска, то применяют ограничивающее сопротивление в цепи статора (рис. 11.1).

При нажатии кнопки пуска SB! получает питание катушка контактора КМ2, главные контакты которого подключают статор электродвигателя к сети через пусковой резистор R. Одновременно приходит в действие реле времени КТ, которое после заданной выдержке времени своими контактами д 77 подает питание на катушку контактора КМ1, который срабатывает и шунтирует резистор R.

Если данная схема с асинхронным короткозамкнутым двигателем по каким-либо причинам не подходит, то используют асинхронный двигатель с фазным ротором и пуском механизма при ограничении скорости (рис. 11.2). Для пуска электродвигателя М нажимают кнопку SB2, замыкающую цепь / магнитного пускателя КМ1, который включается, замыкая свои силовые контакты, подводящие питание к двигателю, а также вспомогательный контакт КМ 1.1. шунтирующий контакт кнопки SB2 и КМ 1.3. подготавливающий цепи 5—7. Одновременно размыкается контакт КМ 1.2 в цепи 2, и дальнейший процесс увеличения частоты вращения электродвигателя происходит автоматически.

Реле времени КТ1 вследствие размыкания цепи его катушки контактом КМ 1.2 магнитного пускателя К Ml через заданное время возвращается в исходное положение, замкнув контакт КТ 1.2 и разомкнув контакт КТ 1.1 соответственно в цепях 5 и 3. Так как цепь 5 катушки контактора КМ2 оказывается замкнутой, контактор срабатывает, замыкая свои силовые контакты и частично уменьшая сопротивление резисторов в цепи ротора электродвигателя М, который начинает вращаться с большей частотой.

Размыкание контакта КТ 1.1 в цепи 3 катушки реле времени КТ2 приводит к тому, что реле через заданное время возвращается в исходное положение, замкнув контакт КТ2.2 и разомкнув контакт КТ2.1 соответственно в цепях 6 и 4. При этом срабатывает контактор КМЗ, который своими силовыми контактами вызывает дальнейшее уменьшение сопротивления резисторов в цепи ротора и увеличение частоты вращения электродвигателя М. Размыкание контакта КТ2.1 в цепи 4 катушки реле времени КТЗ вызывает возврат этого реле в исходное положение через заданное время. При замыкании контакта реле КТЗ А срабатывает контактор КМ4 и своими силовыми контактами замыкает обмотку ротора электродвигателя М, и его частота вращения возрастает до номинальной. Контакт КМ4.1 размыкает цепь 5, 6, и контакторы КМ2 и КМЗ отключаются. На этом пуск электродвигателя заканчивается.

Для электроприводов насосов, вентиляторов и компрессоров используют синхронные двигатели. При этом применение тиристорной системы возбуждения дает возможность устранить недостаток электро- машинного возбуждения. Высокое быстродействие тиристорных систем возбуждения позволяет положительно решать вопросы динамической устойчивости синхронных двигателей при аномальных режимах в питающей сети.

Схемы управления синхронными двигателями выполняют следующие функции: пуск двигателя с включением в цепи обмотки возбуждения пусковых резисторов и бесконтактное их отключение после окончания пуска; автоматическую подачу возбуждения в нужный момент пуска двигателя; автоматическое и ручное регулирование тока возбуждения; необходимую форсировку возбуждения при посадках напряжения в сети; гашение поля двигателя при необходимости снижения тока возбуждения и отключениях двигателя; защиту ротора от длительной перегрузки по току и коротких замыканий.

Рассмотрим структурную схему наиболее распространенного типа автоматики синхронного двигателя (рис. 11.3). которая включает в себя систему гашения ноля СГ, устройство автоматического регулирования возбуждения АР В, схему управления пуском СП, блок ограничения форсировки БОФ, блок защиты пускового сопротивления БЗП, систему импульсно-фазового управления СИФУ, управляющее 1Я8 устройство УУ, блок ограничения уставок углов регулирования Б У. блок защиты от коротких замыканий БЗК, измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Перед пуском двигателя включаются последовательно автомат QF и высоковольтный выключатель Q, приводится в действие схема пуска СП. Перенапряжения в цепи ротора при пуске снижаются путем замыкания обмотки ротора на малое активное сопротивление резистора Rn. Во всех случаях, когда возможны перенапряжения в цепи ротора, на управляющие электроды тиристоров VT1—VT3 через диоды VD1—VD3 и стабилитроны VS1—VS3 поступают сигналы, вызывающие открытие тиристоров и подключения Rn и одновременно через БЗП запирается СИФУ.

Гашение поля двигателя осуществляется переводом преобразователя UD в инверторный режим. Схему гашения поля СГ включает блок-контакт выключателя Q.