Насосная установка
Заявляемая полезная модель относится к области исследования характеристик механических свойств материалов путем приложения к ним нагрузок, более конкретно, к элементам конструкции устройств для исследования прочностных свойств материалов. Целью заявляемой полезной модели является снижение энергопотребления насосных установок. Данная цель достигается за счет того, что статорные обмотки двигателя, вращающего вал насоса с нерегулируемым давлением, соединены с регулирующими входами частотного преобразователя, постоянный вход которого подключен к регулируемому источнику постоянного тока, задающего уровень давления в гидромагистрали подачи, а вход обратной связи частотного преобразователя соединен с выходом усилителя сигнала датчика давления, установленного в гидромагистрали подачи.
Полезная модель относится к области исследования характеристик механических свойств материалов путем приложения к ним нагрузок, более конкретно, к элементам конструкции устройств для исследования прочностных свойств материалов.
Известны насосные установки, обеспечивающие силовой гидроцилиндр испытательных машин с гидравлическим и сервогидравлическим приводом рабочей жидкостью /1, 2/.
Обязательным требованием к таким насосным установкам является постоянство давления в гидромагистрали подачи рабочей жидкости в силовой гидроцилиндр. В связи с этим в насосных установках используются регулируемые насосы (с регулируемым давлением) /3, 4/. Постоянство давления в регулируемых насосах обеспечивается механическим регулятором давления /3/, который представляет собой управляющий цилиндр и золотник, расположенный в корпусе регулятора давления. Регулятор давления работает следующим образом. Рабочая жидкость из полости нагнетания насоса поступает одновременно в штоковую полость управляющего цилиндра и под торец золотника. В установившемся режиме положение золотника уравновешивается пружиной и давлением рабочей жидкости под его торцем. При повышении давления в гидросистеме золотник перемещается и соединяет поршневую полость управляющего цилиндра со сливом, а при понижении давления - с полостью нагнетания. При этом при включении насосной установки двигатель, вращающий вал насоса, работает постоянно с номинальной частотой вращения и потребляет из сеть номинальную мощность.
Основным недостатком насосных установок испытательных машин является большое энергопотребление. Так, в насосных установках большой производительности 200÷600 л/мин. потребляемая из сети мощность может составлять от 100 до 300 кВт.
Указанный недостаток насосных установок отсутствует в случае использования частотно-управляемого электропривода насоса с нерегулируемым давлением (нерегулируемый насос).
Принцип работы частотно-управляемого привода /5/ заключается в том, что скорость вращения ротора асинхронного двигателя определяется частотой питающего его статорные обмотки напряжения.
Роль преобразователя частоты выполняет частотный преобразователь на IGBT - транзисторах, позволяющий регулировать скорость вращения ротора двигателя от 0 до 1÷1,5 N ном. (где Nном. - номинальная скорость вращения ротора двигателя в оборотах в минуту). Преобразователи частоты выполняются на базе инверторов: переменное напряжение сети преобразуется выпрямителем, сглаживается индуктивно-емкостным фильтром, а затем с помощью инвертора осуществляется обратное преобразование из постоянного тока в переменный, обеспечивая формирование сигнала с необходимыми значениями напряжения и частоты. В инверторах, как правило, применяется метод высокочастотной широтно-импульсной модуляции (ШИМ), в результате которой на статорные обмотки двигателя поступает сигнал в виде последовательности импульсов напряжения постоянной амплитуды и изменяющейся длительности. При подаче такого сигнала на статорные обмотки двигателя, представляющие собой индуктивную нагрузку, в них формируются токи синусоидальной формы. Наличие у частотных преобразователей функции ПИД - или ПИ - регулирования позволяет осуществлять автоматическое поддержание заданного параметра при использовании соответствующей обратной связи.
Целью заявляемой полезной модели является снижение энергопотребления насосных установок.
Указанная цель достигается за счет того, что для поддержания постоянства давления рабочей жидкости в гидромагистрали подачи статорные обмотки двигателя, вращающего вал насоса с нерегулируемым давлением, соединены с регулирующими входами частотного преобразователя, постоянный вход которого подключен к регулируемому источнику постоянного тока, задающего уровень давления в гидромагистрали подачи, а вход обратной связи частотного преобразователя соединен с выходом усилителя сигнала датчика давления, установленного в гидромагистрали подачи.
Полезная модель иллюстрируется рисунком, на котором представлена блок-схема электропривода нерегулируемого насоса насосной установки с постоянным рабочим давлением.
Блок-схема насосной установки включает в себя двигатель 1, частотный преобразователь 2, задатчик давления 3, насос 4, масштабирующий усилитель 5, датчик давления 6.
Предлагаемая насосная установка работает следующим образом.
Двигатель 1 (асинхронный с короткозамкнутым ротором) подключается к трехфазной электрической сети через частотный преобразователь 2 так, что управляющие входы частотного преобразователя 2 подсоединены к статорным обмоткам двигателя 1. На постоянный вход частотного преобразователя 2 подается уровень постоянного тока от задатчика давления 3, с помощью которого устанавливается требуемое высокое давление рабочей жидкости в полости нагнетания насоса 4. На вход обратной связи частотного преобразователя 2 поступает усиленный масштабирующим усилителем 5 сигнал датчика давления 6, встроенного в гидромагистраль подачи высокого давления. Наличие у частотного преобразователя встроенной функции ПИД - или ПИ - регулирования обеспечивает точное автоматическое поддержание (регулирование)
установленного задатчиком давления 3 рабочего давления, которое непосредственно определяется скоростью вращения ротора двигателя 1.
Преимуществом предлагаемой насосной установки является малое энергопотребление по сравнению с аналогами (насосными установками с регулируемыми насосами), так как в установившемся режиме при работе частотно-управляемого электропривода насоса в следящем режиме на низкой частоте вращения ротора двигателя потребляемая им мощность снижается в 5÷7 раз относительно его номинальной мощности, в то время как у рассмотренных аналогов она равна номинальной мощности двигателя.
Использованные источники:
1. Испытательная техника. Справочник под редакцией В.В.Клюева, книга 1, М., 1982 г., с.57-116.
2. Гидравлические изделия. Номенклатура учебно-инжинирингового центра, Челябинск, 2001 г., с.10-14.
3. Номенклатура изделий ОАО «Шахтинского завода «Гидропривод», Шахты, 2000 г., с.2-21.
4. Гидравлическое, пневматическое, смазочное оборудование и фильтрующие устройства. Номенклатурный каталог, М., ВНИИТЭМР, 1989 г., с.5-39.
5. А.Бармин, М.Ташлицкий. Преобразователи частоты фирмы Simens. Журнал «Современные технологии автоматизации» (СТА), 2000 г., №4, с.6-19.
Насосная установка для испытательных машин, содержащая насос с регулятором давления и двигатель, вращающий вал насоса, отличающаяся тем, что для поддержания постоянства давления рабочей жидкости в гидромагистрали подачи статорные обмотки двигателя, вращающего вал насоса с нерегулируемым давлением, соединены с регулирующими входами частотного преобразователя, постоянный вход которого подключен к регулируемому источнику постоянного тока, задающего уровень давления в гидромагистрали подачи, а вход обратной связи частотного преобразователя соединен с выходом усилителя сигнала датчика давления, установленного в гидромагистрали подачи.
