ICMETCRaiova

Cuvant cheie:
   

 

 

...

Raportul Stiintific si Tehnic in extenso (RST) pentru etapa 4: “ Realizare si experimentare model functional. Activitati suport si diseminare de informatii”

•  Obiectivele generale

Obiectivele proiectului sunt in concordanta cu cerintele Programului 4 din cadrul PNCDI II si corespund cu ariile tematice ale Programul Cadru 7 de realizare de sisteme energetice eficiente si nepoluante.

Obiective de baza

- realizarea unui sistem integrat (hard si soft) convertizor static de frecventa - motor asincron - automat programabil (cu soft de aplicatie performant), prevazut cu traductoare specializate, care sa asigure functionarea optima din punct de vedere energetic si al restrictiilor tehnologice a intregului lant cinematic

- proiect convertizor static de frecventa cu comanda numerica ce inglobeaza si functiile de protectie

- elaborare software pentru maximizarea efectelor pozitive si minimizarea efectelor negative ale alimentarii cu frecventa variabila a motorului asincron.

Proiectul este adaptat problemelor energetice actuale si se incadreaza in obiectivul general Cresterea competitivitatii CD prin stimularea parteneriatelor in domeniile prioritare, concretizate in tehnologii, produse si servicii inovative pentru rezolvarea unor probleme complexe si crearea mecanismelor de implementare” si in obiectivul derivat Cresterea competentei tehnologice si promovarea transferului de cunostinte si tehnologii in domeniul energiei, in conditii de calitate, siguranta in alimentare, cu respectarea principiului dezvoltarii durabile ale Programul 4 din cadrul PNCDI II.

 

•  Obiectivele etapei de executie  

In conformitate cu planul de realizare, obiectivul etapei il constituie realizarea si experimentarea modelului functional pentru sistemului integrat de actionare cu turatie variabila.

In acest scop, pe baza solutiilor tehnice adoptate, s-a realizat modelul functional al unui convertizor static de frecventa cu puterea de 55 kW, avand performante tehnice deosebite.

De asemeni, s-au efectuat experimentari in laboratoarele Facultatii de Electrotehnica din Craiova asupra sistemului integrat de actionare, in urma carora s-au efectuat masurile corective necesare in documentatia de executie a convertizorului static de frecventa si in pachetul de programe de calcul, comanda si control pentru actionari cu turatie variabila.

Rezultatele proiectului si ale experimentarilor efectuate asupra modelului functional au fost dieseminate cu ocazia organizarii unei mese rotunde cu titlul ” ANALIZA EFICIENTEI ENERGETICE A UTILIZARII ACTIONARILOR CU TURATIE VARIABILA IN INSTALATIILE INDUSTRIALE ” in data de 23.11.2011 la sediul ICMET Craiova.

•  Rezumatul etapei

In cadrul acestei etape s-au desfasurat activitati de cercetare stiintifica in vederea realizarii modelului functional pentru convertizorul static de frecventa de 55 kW si experimentarii acestuia folosind pachetul de programe de calcul, comanda si control pentru actionari cu turatie variabila in laboratoarele Facultatii de Electrotehnica din Craiova, conform tematicii propuse in planul de realizare.

S-a selectat si studiat bibliografia in domeniul de aplicare al eficientei energetice in cazul actionarilor cu turatie variabila, urmarind obiectivele propuse de cercetare-dezvoltare aplicativa in cadrul proiectului.

Au avut loc intalniri intre parteneri pentru discutii tehnice si delimitarea aportului fiecaruia.

S-a elaborat de fiecare partener partea de lucrare cu care si-a adus aportul la elaborarea in ansamblu a raportului stiintific, lucrarea fiind elaborata in forma unitara de catre conducatorul de proiect, ICMET Craiova.

În elaborarea lucrării s-a avut în vedere selectarea, sintetizarea şi tratarea problemelor tehnice cu aplicabilitate directă pentru realizarea obiectivului general al proiectului, necesare pentru dezvoltarea etapei următoare.

Mai jos se prezinta pe scurt continutul lucrarii cu aspectele stiintifice si tehnice care raspund obiectivelor etapei 4 de executie a proiectului.

•  Descrierea stiintifica si tehnica, cu punerea in evidenta a rezultatelor fazei si gradul de realizare a obiectivelor

In cadrul acestei etape, conform obiectivelor trasate in planul de realizare, s-au desfasurat urmatoarele activitati de cercetare stiintifica:

- s-a realizat, pe baza documentatiei tehnice elaborate in etapa precedenta, modelul functional al unui convertizor static de frecventa de 55 kW cu performante tehnice deosebite

- s-a experimentat in laboratoarele Facultatii de Electrotehnica din Craiova ansamblul sistem de actionare folosind pachetul de programe de calcul, comanda si control pentru actionari cu turatie variabila efectuandu-se si masurile corective necesare

- s-au diseminat rezultatele proiectului si ale experimentarilor efectuate prin organizarea unei mese rotunde la sediul ICMET Craiova

 

Convertizorul static de frecventa realizat cuprinde urmatoarele subansamble:

•  punte redresoare

•  filtru pentru circuitul intermediar

•  chopper de franare

•  punte invertoare

•  bloc de comanda, reglare, protectie si semnalizare.

Fig. 1 Convertizor static de frecventa 55 kW

Puntea redresoare

Transforma tensiunea alternativa trifazata in tensiune continua pentru circuitul intermediar.

 

Filtrul pentru circuitul intermediar

Este dimensionat sa corespunda frecventei de comutatie din chopper si invertor si asigura un factor de pulsatie impus al tensiunii si curentului. Dupa cuplarea tensiunii de alimentare bateria de condensatoare se incarca printr-o rezistenta de incarcare, scurtcircuitata de un contactor la atingerea tensiunii de 350V in circuitul intermediar. La decuplarea tensiunii de alimentare bateria de condensatoare se descarca prin rezistenta legata in paralel la bornele condensatoarelor.

 

Chopperul de franare

Prin comanda corespunzatoare a tranzistorului IGBT din componenta chopperului, acesta asigura supravegherea tensiunii din circuitul intermediar.

 

Puntea invertor

Transforma tensiunea continua din circuitul intermediar in tensiune alternativa trifazata de amplitudine si frecventa reglabile. Tranzistoarele IGBT din componenta invertorului sunt comandate de amplificatoare de impuls separate de partea de comanda prin optocuploare. Fiecare amplificator de impuls are sursa proprie de alimentare.

 

Blocul de comanda electronica

Blocul de comanda electronica are urmatoarele functii importante:

•  comanda tranzistoarele IGBT din chopper si invertor,

•  asigura protectia convertizorului in cazul aparitiei unor situatii accidentale nedorite (scurtcircuit, supratensiune, supratemperatura, blocare motor, suprasarcina I 2 t),

•  semnalizeaza (prin led-uri sau display) marimi caracteristice functionarii.

Blocul de comanda al invertorului este prevazut cu un microprocesor de semnal cu capacitati de memorare si viteza de calcul foarte mari. Acest bloc este prevazut pe partea frontala cu o tastatura care are 4 taste (Enter, Up, Down, Esc) sau 6 taste (Enter, Up, Down, Esc, Left, Right), pentru programare si setare parametri.

Blocul de comanda are configurate hardware un numar de 16 intrari numerice optoizolate, 12 intrari analogice, o intrare tacho (encoder) optoizolata, 16 semnale de iesire PWM, 12 semnale de iesire izolate galvanic (dintre care 4 iesiri de releu). Configurarea software a intrarilor si iesirilor face posibila realizarea unor structuri de comanda diversificate, complexe, dedicate fiecarui tip de aplicatie in parte, in functie de necesitatile actionarii stabilite de beneficiar. In cazul experimentarilor efectuate in laboratoarele Facultatii de Electrotehnica din Craiova, deoarece nu a fost disponibilă o aplicaţie practică de pompare cu parametri potriviţi pentru a se putea testa ansamblul pompă – motor – convertizor de frecvenţă – automat programabil – pachet de programe, s-a adoptat metoda încercării sintetice, prin determinarea teoretică a turaţiilor pe care trebuie să le asigure motorul pentru diferite regimuri de funcţionare şi verificarea dacă ansamblul motor – convertizor de frecvenţă – automat programabil – pachet de programe asigură această turaţie.

Fig. 2 Experimentari efectuate in laboratoarele Facultatii de Electrotehnica din Craiova

 

Experimentarile s-au efectuat pe un motor asincron de 7,5 kW, 400 V, 720 rpm avand ca sarcina un generator de c.c. de 4,6 kW.

Au fost testate modulele din pachetul de programe de calcul, comanda si control pentru actionari cu turatie variabila pentru patru situatii diferite:

a) asigurarea debitului impus

b) asigurarea presiunii impuse la refularea pompei

c) asigurarea presiunii impuse la refularea circuitului

d) determinarea turatiei la randament maxim.

Astfel, pentru a verifica modulele din pachetul de programe de calcul, comanda si control pentru actionari cu turatie variabila s-a considerat, spre exemplu, cazul unei pompe KSB tip RPH-S6 100-230 cu turaţia nominală 2950 rot/min ale cărei caracteristici (înălţimea de pompare şi randamentul), au fost date de producător.

Pentru determinarea caracteristicii teoretice a pompei s-au considerat 3 puncte de functionare pe diagrama:

{(0 [m 3 /h], 78,8 [mca]); (105 [m 3 /h], 75 [mca]) si (230 [m 3 /h], 60 [mca])}.

Expresia analitică a caracteristicii pompei la turaţia nominală este de forma:

H(Q) = A × Q 2 + B × Q + C (1.1)

H(0) = 78,8 Þ C = 78,8

Pentru a determina coeficienţii A şi B se particularizează în relatia (1.1) debitele de 105 m 3 /h şi 230 m 3 /h rezultând sistemul:

A × 105 2 + B × 105 = 75 - 78,8 = -3,8

A × 230 2 + B × 230 = 60 - 78,8 = -18,8

cu soluţiile: A = -3,644 × 10 -4

B = 0,0021

Au fost reprezentate pe acelaşi grafic curba dată de producător şi curba analitică, reprezentată de relaţia:

H(Q) = -3,644 × × 10 -4 × Q 2 + 0,0021 × Q + 78,8 (1.2)

rezultând o reprezentare corectă a caracteristicii pompei.

Pentru antrenarea pompei cu turaţie variabilă, caracteristica acesteia are forma:

H(Q,n) = a × Q 2 + b × Q × n + c × n 2 (1.3)

Particularizând relaţia pentru turaţia nominală de 2950 rpm, vom obtine:

H(Q,n n ) = a × Q 2 + 2950 × b × Q + 2950 2 × c (1.4)

Identificând termenii corespunzători cu caracteristica la turaţie nominală (1.2) obţinută anterior rezultă:

a = -3,644 × 10 -4

b = 0,0021/2950 = 7,1186 × 10 -7

c = 78,8/2950 2 = 9,055 × 10 -6

respectiv:

H(Q,n) = -3,644 × 10 -4 × Q 2 + 7,1186 × 10 -7 × Q × n + 9,055 × 10 -6 × n 2

In trei cazuri de functionare a ansamblului de actionare, subincarcat din cauza restrictiilor impuse de echipamentele si aparatele electrice folosite in laboratoarele Facultatii de Electrotehnica din Craiova, s-a efectuat si o analiza a regimului armonic asupra retelei de alimentare, utilizand datele inregistrate de un analizor de retea tip AR5L.

Pe timpul derularii etapei curente au fost sustinute doua comunicari la manifestari stiintifice prin abordarea problematicii dezvoltate de cercetarile desfasurate pe parcursul realizarii proiectului.

De asemeni, r ezultatele proiectului si ale experimentarilor efectuate asupra modelului functional au fost diseminate cu ocazia organizarii unei Mese rotunde cu titlul ” ANALIZA EFICIENTEI ENERGETICE A UTILIZARII ACTIONARILOR CU TURATIE VARIABILA IN INSTALATIILE INDUSTRIALE ” in data de 23.11.2011 la sediul ICMET Craiova, la care au participat cercetatori, cadre didactice universitare si specialisti ai celor trei parteneri implicati in realizarea proiectului, precum si reprezentanti ai unor companii care utilizeaza in procesul de productie actionarile cu turatie variabila.

Cu ocazia acestui eveniment organizatorii au informat participantii despre cerintele impuse de Directiva nr. 2006/32/CE privind eficienta energetica la utilizatorii finali, care a devenit obligatorie pentru Romania din 2008, si care prevede ca statele membre UE se angajeaza sa realizeze reducerea consumului de energie finala cu cel putin 9% intr-o perioada de noua ani (2008-2016 ) c omparativ cu media consumului din anii (2001-2005).

ICMET Craiova a dorit sa promoveze rezultatele cercetarilor in domeniul actionarilor cu turatie variabila utilizand convertizoare statice de frecventa cu performante tehnice deosebite si cu pachete de programe dedicate de calcul, comanda si control pentru diferite regimuri de functionare.

In cadrul dezbaterilor care au avut loc intre participantii la aceasta manifestare stiintifica au fost subliniate tendintele care se contureaza in domeniul eficientei energetice a actionarilor cu turatie variabila si modul in care rezultatele cercetarilor se pot transfera in industrie.

 

 

Etape
 

 

 

 

 

 

 

 

 

Copyright © 2010 ICMET Craiova
Privacy Policy    |    Terms of Use

 

.