Реферат по курсу «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов» «Автоматизация технологических процессов  icon

Реферат по курсу «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов» «Автоматизация технологических процессов



Смотрите также:
Реферат по курсу «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и...
Положение о рейтинговой системе оценке и знаний студента по дисциплине Автоматизированный...
Аннотация примерной программы учебной дисциплины «Автоматизированный электропривод...
Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальностей 220301...
Реферат Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов...
Задачи профессиональной деятельности выпускника Требования к результатам освоения основных...
22. робототехника и мехатроника...
Рабочая программа дисциплины «Математические модели технологических процессов» для специальности...
Методические указания и контрольные задания для студентов специальностей 140601...
«Электропривод телескопического кормораздаточного транспортера»...
Рабочая программа дисциплины автоматизация технологических процессов и производств для...
Методические материалы по курсу лекций (в двух частях) Часть 2...



страницы:   1   2   3
скачать


Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования


Уфимский государственный нефтяной технический университет


Кафедра электротехники и электрооборудования предприятий


Реферат

по курсу «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов»

«Автоматизация технологических процессов на основе частотно-регулируемого асинхронного электропривода как средства ресурсо- и энергосбережения»


Выполнил:

студент группы АЭ-01-01 К.Е. Швыткин

Проверил:

кандидат технических наук, доцент В.И. Бабакин


Уфа 2005

Содержание




Стр.

Введение

2

1. Основные пути повышения энергетической эффективности асинхрон-ных электроприводов

3

2. Энергетическая эффективность асинхронных электроприводов

6

2.1. Кинематически связанные электроприводы

-

2.2. Режимы энергосбережения в электроприводах с полупроводнико-выми преобразователями

9

2.3. Электроприводы центробежных насосов

14

2.4. Электроприводы вентиляторов и турбокомпрессоров

23

2.5. Электроприводы поршневых машин

29

2.6. Электроприводы конвейеров и транспортёров

31

2.7. Электроприводы управления дуговыми сталеплавильными печами

33

Заключение

39

Список литературы

40



Введение.


Возрастающие технологические требования к качеству производственных процессов, необходимость внедрения высоких технологий обусловливают устойчивую тенденцию внедрения в различные отрасли промышленного и сельскохозяйственного производства регулируемых электроприводов.

Развитие математической теории машин переменного тока, создание усовершенствованных силовых полупроводниковых при­боров и преобразователей на их основе, использование современ­ных средств управления, включая микропроцессорные, позволи­ли создать высококачественные и надежные системы регулиру­емых асинхронных электроприводов, которые становятся основ­ным видом регулируемого электропривода. Как указывается в [10], в 2002 г. на европейском рынке из общего числа продаваемых регу­лируемых приводов электроприводы переменного тока составили 68 %, электроприводы постоянного тока – 15 %, механические и гидравлические приводы – 17 %. Тенденция возрастания доли внедряемых регулируемых асинхронных электроприводов объек­тивно сохранится и в дальнейшем, так как массовый регулиру­емый электропривод может быть реализован только на базе асин­хронных двигателей. Это связано с тем, что в диапазоне мощно­стей до 100 кВт их производится в 40 – 50 раз больше, чем двига­телей постоянного тока.

Широкое использование регулируемых электроприводов при­вело к тому, что современный электропривод является не только энергосиловой основой, позволяющей обеспечить производствен­ные механизмы необходимой механической энергией, но и сред­ством управления технологическими процессами, так как задачи по реализации качества производственных процессов в настоящее время в большинстве случаев возлагаются на системы управления регулируемыми электроприводами в сочетании с системами техно­логической автоматики. В связи с возрастанием цен на энергоно­сители, в частности на электроэнергию, и ограниченными воз­можностями увеличения мощности энергогенерирующих устано­вок проблема энергосбережения, в том числе снижения электро­потребления, приобретает особую актуальность.

Энергосбережение стало одним из приоритетных направлений технической политики во всех развитых странах мира. Это связано, во-первых, с ограниченностью и невозобновлямостью ос­новных энергоресурсов, во-вторых, с непрерывно возрастающи­ми сложностями их добычи и стоимостью, в-третьих, с глобаль­ными экологическими проблемами, обозначившимися на рубеже тысячелетий.

Энергосбережение является наиболее дешевым и безопасным способом увеличения энергогенерирующих мощностей, так как затраты на экономию 1 кВт мощности обходятся в 4 – 5 раз де­шевле, чем стоимость вновь вводимого 1 кВт мощности.

Основные потери (до 90 %) приходятся на сферу энергопотреб­ления, в которой должны быть сконцентрированы основные уси­лия по энергосбережению электроэнергии. Так как электроприводы потребляют до 70 % вырабатываемой электроэнергии, наиболее существенная экономия электроэнергии может быть достигнута при использовании регулируемых электроприводов для управле­ния технологическими процессами, что в сочетании с возможно­стями автоматизации может обеспечить оптимальное использова­ние электроэнергии и других ресурсов.

В связи с тем что среди регулируемых электроприводов домини­рующее положение занимают частотно-регулируемые асинхронные электроприводы, их массовое применение позволяет решать не только технологические задачи, но и проблему энергосбережения.

В последние годы в России уделяется большое внимание теоре­тическим и практическим вопросам энергосбережения. Это связа­но в первую очередь с тем, что удельные затраты энергии на еди­ницу стоимости валового внутреннего продукта (ВВП) и энерге­тическая составляющая себестоимости продукции в России выше, чем в других развитых странах. Можно утверждать, что в насто­ящее время многие отечественные научные и проектные органи­зации, а также производственные предприятия, достигли опреде­ленных успехов в энергосбережении и число таких организаций и предприятий, решающих проблемы энергосбережения, постоян­но растет [1].

В данном реферате в систематизированном виде изложен ком­плекс вопросов, связанных с возможностями энергосбережения при использовании регулируемых асинхронных электроприводов, главным образом частотно-управляемых; обоснованы рациональ­ные способы применения энергосберегающего электропривода; намечены схемные решения, обеспечивающие энергосбережение при управлении различными технологическими процессами и произ­водственными механизмами; дана количественная оценка сниже­ния электропотребления и других ресурсов.


^ 1. Основные пути повышения энергетической эффективности асинхронных электроприводов.


В настоящее время основным типом регулируемого электро­привода является частотно-регули­руемый асинхронный электропривод – система «полупроводнико­вый преобразователь частоты – асинхронный двигатель» (ППЧ – АД). Однако наряду с этим электроприводом в некоторых случаях для решения отдельных производственных задач и энергосбере­жения находит применение система «тиристорный преобразова­тель напряжения – асинхронный двигатель» (ТПН – АД), обеспе­чивающая регулирование напряжения первой гармоники напря­жения, подводимого к статору.

В эксплуатации также находятся электроприводы на основе асин­хронных двигателей с фазовым ротором, регулируемые за счет изменения добавочных сопротивлений в роторных цепях, так на­зываемые системы реостатного регулирования – «устройство реостатного регулирования – асинхронный двигатель с фазовым ротором» (УРР – АДФР). Особенно много таких электроприводов входит в состав подъемно-транспортных механизмов.

С учётом приведенных выше способов и систем управления асинхронными электроприводами можно наметить следующие направления снижения потребления энергии АД.

Первое направление связано со снижением потерь в электро­приводе при выполнении им заданных технологических операций по заданным тахограммам и с определенным режимом нагружения. Это электроприводы, работающие в пускотормозных режимах (кра­ны, лифты, главные приводы слябингов и блюмингов, вспомога­тельные позиционные механизмы прокатных станов и т.д.) или длительных режимах с медленно изменяющейся нагрузкой (насо­сы, вентиляторы, компрессоры, транспортеры и т.д.). В таких элек­троприводах за счет снижения потерь электропривода в устано­вившихся и переходных режимах возможна значительная эконо­мия электроэнергии. В кинематически связанных электроприводах (рольганги, многодвигательные приводы тележек и т.д.) равно­мерное деление нагрузок между двигателями позволяет также минимизировать потери в них.

Второе направление связано с изменением технологического процесса на основе перехода к более совершенным способам ре­гулирования электропривода и параметров этого технологическо­го процесса. При этом происходит снижение потребления энергии электроприводом. В качестве примера можно привести электропри­воды турбомеханизмов (насосов, вентиляторов, турбокомпрессо­ров), поршневых насосов и компрессоров, транспортеров, систем регулирования соотношения топливо — воздух и др. При этом, как правило, эффект не ограничивается экономией электроэнер­гии в электроприводе, во многих случаях возможна экономия ре­сурсов (воды, твердого и жидкого топлива и т.д.).

Для обоих названных направлений характерным является то, что в них снижается потребление энергии именно в электропри­воде: в первом случае за счет снижения потерь энергии, во вто­ром за счет использования менее энергозатратного со стороны электропривода управления технологическим процессом.

Можно назвать и третье направление, обеспечивающее реализа­цию энергосберегающих технологий. Известно, что имеется ряд тех­нологических процессов, где электропривод сравнительно неболь­шой мощности управляет потоком энергии, мощность которого в десятки и сотни раз превышает мощность электропривода. К та­ким объектам можно отнести дуговые сталеплавильные печи по­стоянного и переменного тока, вакуумные дуговые печи, рудо-восстановительные печи, установки индукционного нагрева и т.д. На них электроприводы мощностью в несколько киловатт могут управлять процессом, потребляющим десятки и даже сотни мега­ватт. Очевидно, что от совершенства электропривода, его быстро­действия и точности, степени автоматизации процесса во многом зависит эффективное использование таких значительных объемов энергии. Это направление не связано с уменьшением потока энер­гии через электропривод, чаще потребление энергии электропри­водом даже увеличивается. Тем не менее, так как это направление связано со значительной экономией электроэнергии, рассмотрим его на примере дуговой сталеплавильной печи.

Сформулируем пути энергосбережения в асинхронном элект­роприводе.

В рамках первого направления для снижения потерь энергии в асинхронном электроприводе можно использовать следующие пути.

1. Обоснованный выбор установленной мощности двигателя, соответствующей реальным потребностям управляемого механиз­ма. Эта задача связана с тем, что коэффициент загрузки многих двигателей составляет 50 % и менее, что гово­рит либо о низкой квалификации разработчиков, либо о несовер­шенстве использованной методики расчета мощности электропри­вода. Очевидно, что двигатель заниженной мощности быстро выхо­дит из строя из-за перегрева, а двигатель с большим запасом мощно­сти преобразует энергию неэффективно, т.е. с высокими удельны­ми потерями в самом двигателе из-за низкого КПД и в питающей сети из-за низкого коэффициента мощности. Поэтому первый путь заключается в совершенствовании методик выбора мощности дви­гателя и проверки его по нагреванию, а также в повышении ква­лификации разработчиков, проектировщиков и обслуживающего персонала. На практике встречаются случаи, когда вышедший из строя двигатель заменяется подходящим по высоте вала или его диаметру, а не по мощности. Существующие методики выбора мощности двигателя и проверки его по нагреванию могут рас­сматриваться лишь как первое приближение. Необходима разработ­ка более совершенных методик, основанных на точном учете режи­мов работы электропривода, изменении его энергетических показа­телей, тепловых процессов в двигателе, состояния изоляции и т.д. Разумеется, это предполагает широкое использование вычисли­тельной техники и специального программного обеспечения.

  1. Переход на более экономичные двигатели, в которых за счет увеличения массы активных материалов (железа и меди), применения более совершенных материалов и технологий повышены номинальные значения КПД и коэффициента мощности. Этот путь, несмотря на высокую стоимость таких двигателей, становится очевидным, если учесть, что по данным западноевропейских экспертов, стоимость электроэнергии, потребляемой ежегодно средним двигателем, в 5 раз превосходит его стоимость. За время службы двигателя, а это десятки лет, экономия энергии значительно превысит капитальные затраты на такую модернизацию. Как уже отмечалось ранее, этот путь пока не получил должного признания в отечественной практике.

  2. Переход к более совершенной с энергетической точки зрения системе электропривода. Потери энергии в переходных режимах заметно изменяются при использовании реостатного регулиро­вания, систем ТПН – АД и ППЧ – АД с минимальными потерями при применении частотно-регулируемых электроприводов. Поэтому в рамках каждой из перечисленных систем имеются более или
    менее удачные в энергетическом и технологическом плане вари­анты. Задачей проектировщика является грамотный и всесторонне обоснованный выбор конкретного технического решения.

  3. Использование специальных технических средств, обеспечивающих минимизацию потерь энергии в электроприводе. Так как значительная часть асинхронных электроприводов работает в ус­ловиях медленно изменяющейся нагрузки (электроприводы турбомеханизмов, конвейеров и т.д.), отклонение нагрузки электро­привода от номинальной ухудшает энергетические показатели
    электропривода. В настоящее время к таким средствам можно от­нести устройства регулирования напряжения на двигателе в соот­ветствии с уровнем его нагрузки. Как правило, это либо специальные регуляторы напряжения на основе ТПН, включаемые меж­ду сетью и статором двигателя, либо преобразователи частоты, в
    которых предусмотрен так называемый режим энергосбережения.
    В первом случае ТПН выполняет кроме функции энергосбереже­ния не менее важные функции управления режимами пуска и тор­можения иногда регулирует скорость или момент, осуществляет защиту, диагностику, т. е. повышает технический уровень привода в целом. Во втором случае режим энергосбережения рассматрива­ется как дополнительная опция преобразователя частоты и имеется
    лишь в некоторых выпускаемых типах преобразователей. С учетом
    многофункциональности применения такие устройства оказыва­ются экономически целесообразными для приводов с изменя­ющейся нагрузкой даже при их относительно высокой стоимости.

  4. Совершенствование алгоритмов управления электроприво­дом в системах ТПН – АД и ППЧ – АД на основе энергетических критериев оценки его качества, т.е. совершенствование известных решений, разработка эффективных технических средств для их осуществления и поиск новых решений, оптималь­ных в энергетическом смысле.

В рамках второго направления снижения потребления энергии решающее значение имеет переход от нерегулируемого электро­привода к регулируемому и повышение уровня автоматизации за счет включения в контур регулирования ряда технологических параметров (давления, расхода, температуры и т.д.). Так как это направление связано со снижением потребления энергии элект­роприводом за счет изменения технологического процесса, появ­ляется возможность регулировать ранее не регулировавшиеся тех­нологические параметры или изменять способ их регулирования.

Для третьего направления снижения потребления энергии ха­рактерны совершенствование системы электропривода в сочета­нии с автоматизацией технологического процесса и правильный выбор соответствующего по качеству регулирования электропри­вода из уже имеющихся или разработка новых, более качествен­ных систем.

Заметим, что при реализации конкретных проектов выявляет­ся, как правило, не один, а несколько возможных путей энерго­сбережения, поэтому для получения максимального эффекта не­обходим комплексный подход к решению задачи энергосбере­жения в электроприводе.

Рассмотрим некоторые из перечисленных путей повышения энергетической эффективности асинхронного электропривода.


^ 2. Энергетическая эффективность асинхронных электроприводов.


2.1. Кинематически связанные электроприводы.

Постоянные потери асинхронного электропривода не зависят от его нагрузки и остаются практиче­ски неизменными при неизменной скорости. Вместе с тем пере­менные потери, к которым отнесены потери в меди статора и ротора, зависят от нагрузки. Имеется большое число механизмов, в которых нагрузка электропривода зависит от характеристик ме­ханизма, на которые можно повлиять в процессе проектирова­ния, наладки и даже эксплуатации.

В качестве примера рассмотрим многодвигательные электро­приводы таких механизмов, как рольганги, механизмы перемеще­ния крана, поворота платформы экскаватора, различных транспорт­ных машин и т.д. Достаточно часто электроприводы механизмов выполняют двух- или многодвигательными для уменьшения их момента инерции, что позволя­ет улучшить динамику процес­сов.

Во всех этих механизмах ско­рость двигателей, как правило, одинакова, а распределение ста­тической нагрузки, если не при­няты специальные меры, оказы­вается неравномерным.

Причиной неравномерной нагрузки двигателей обычно яв­ляется незначительное отличие механических статических харак­теристик двигателей. На рис. 2.1 представлены механические ха­рактеристики двух одинаковых асинхронных двигателей при питании их от сети. При одина­ковой частоте вращения момен­ты двигателей соответственно для АД № 1 и АД № 2 определяются выражениями:


Мс1=Мс.срМс; Мс2=Мс.срМс,


где Мс.ср – среднее значение статического момента, Мс.ср=(Мс1с2)/2; ΔМс – отклонение статического момента от среднего.




Рис. 2.1. Распределение момента на­грузки между двумя параллельно работающими двигателями


Очевидно, что аналогичная картина будет наблюдаться и в ре­гулируемых электроприводах. Причиной этого является как раз­брос параметров отдельных двигателей, так и различие в настройках систем управления. Оценим влияние неравномерности деления нагрузок на потери энергии в двигателе.

Переменные потери энергии в двигателе (потери в меди стато­ра и ротора) можно выразить через механические переменные:

ΔРм = Мω0S(1+а), (2.1)

где а = R1/R2’.

Так как работа двигателя в двигательном режиме происходит на линейном участке механической характеристики, то скольжение двигателя можно достаточно точно выразить через его момент:

, (2.2)

где β – жесткость линейного участка механической характеристики, β = Мном0Sном.

Тогда

. (2.3)

Потери в меди в номинальном режиме работы двигателя (при М = Мном) составят

. (2.4)

Тогда при работе двигателя с моментом, отличным от номинального, потери в меди

.

Для приведённого выше примера потери в меди первого двигателя составят

, (2.5)

для второго –

, (2.6)

а суммарные потери в двух двигателях –

. (2.7)

Очевидно, что если двигатели загружены одинаково, то суммарные потери в двух двигателях

,

т.е. меньше на величину дополнительных потерь

. (2.8)

В качестве примера выполним расчет потерь в меди в двух двигателях типа МТМ412-6, работающих на общую нагрузку. Двигатели имеют следующие номинальные данные: Рном=22 кВт; ωном=100,51 с-1; Sном=0,04; R1=0,218 Ом; R2’=0,1922 Ом.

Потери в меди в номинальном режиме работы в соответствии с формулой (2.4) составят ΔРном=1,95 кВт = 0,09 Рном.

Если Мс.ср=0,5Мном, то при ΔМс=0,2Мном потери в двигателе с большей нагрузкой в соответствии с формулой (2.5) составят ΔРм(1)=0,72ΔРм.ном=0,49ΔРном=0,956 кВт, а в двигателе с меньшей нагрузкой в соответствии с формулой (2.6) ΔРм(2)=0,32ΔРм.ном=0,09ΔРном=0,176 кВт.

Суммарные потери в двух двигателях ΔРмΣ = 0,58ΔРм.ном=1,131 кВт.

При равномерном делении нагрузки ΔРмΣ = 0,5ΔРм.ном=0,975 кВт.

Дополнительные потери в меди при неравномерном делении нагрузки ΔРмΣдоп = 0,08ΔРм.ном=0,156 кВт.

Если ΔМс=0,5Мном, то дополнительные потери в меди обоих двигателей возрастут до величины ΔРмΣдоп = 0,5ΔРм.ном=0,975 кВт.

На первый взгляд экономия энергии за счет выравнивания нагрузок этих двигателей незначительна, но следует учесть два обстоятельства. Во-первых, затраты на выравнивание нагрузок двигателей, как правило, невелики. Так, в случае использования двигателей с фазным ротором это может быть сделано за счет небольшого изменения дополнительных сопротивлений в цепи ротора. В системах ТПН – АД и ППЧ – АД это потребует более тщательной настройки регуляторов электроприводов и более то­чного формирования сигналов заданий на электроприводы. Во-вторых, при массовом использовании таких электроприводов сум­марная экономия энергии может быть ощутимой.

Аналогичные рекомендации могут быть даны и для главных электроприводов многоклетьевых прокатных станов, намоточно-размоточных устройств, в которых технологический процесс про­исходит с определенным натяжением обрабатываемого материала. Очевидно, что работа таких электроприводов с минимально не­обходимым натяжением сопровождается уменьшением потерь в двигателях.


^ 2.2. Режимы энергосбережения в электроприводах с полупроводниковыми преобразователями.


Некоторые современные полупроводниковые преобразователи (ТПН и ППЧ) в виде дополнительной функции содержат так называемый режим энергосбережения. Рассмотрим возможности этого режима на примере преобразователя частоты со скалярным управлением.

Средством дополнительного энерго­сбережения при частотном управлении асинхронным двигателем является разработка такого алгоритма управления, который оп­тимизировал бы магнитный поток. Оптимизация магнитного по­тока позволяет несколько снизить потребляемую мощность путем снижения уровня напряжения при работе в установившемся ре­жиме. В переходных режимах следует использовать регулирование с номинальным потоком, так как работа с оптимальным по усло­виям энергосбережения магнитным потоком связана с существенным уменьшением перегрузочной способности двигателя, что не позволяет достичь необходимого динамического момента.

Для того чтобы оценить эффективность оптимизации магнит­ного потока, можно воспользоваться Г-образной схемой замещения асин­хронного двигателя в статических режимах для анализа установившихся ре­жимов работы АД. Задача заключается в том, чтобы при заданном моменте нагрузки и заданной скорости ротора определить такие значения частоты и амплитуды напряжения, при которых обеспе­чивается минимум потерь в двигателе. Так как при фиксирован­ных моменте и скорости механическая мощность не изменяется, то минимум потерь соответствует минимуму потребляемой мощ­ности и максимуму КПД двигателя. Получение аналитического выражения для амплитуды и частоты напряжения затруднено из-за сложности системы уравнений асинхронного электропривода, которая включает векторные величины и комплексные сопротив­ления, зависящие от скольжения и скорости вращения магнитно­го поля. Вместо этого приведем результаты численного решения этих уравнений без учета возможного изменения параметров схе­мы замещения. Алгоритм решения выглядит следующим образом:

  • задается момент нагрузки Мс и угловая скорость ω;

  • задается действующее значение напряжения U1, приложенного к двигателю;

  • численно находится такая скорость ω0, которая при расчете
    электромагнитного момента М дает результат М = Мс;

  • рассчитываются суммарные потери энергии в двигателе;

  • в процессе расчета определяется точка с минимумом потерь энергии и все параметры, соответствующие этой точке.

Проанализируем некоторые результаты моделирования по указан­ному алгоритму для двигателя типа 4A160S2, имеющего Рном = 15 кВт. На рис. 2.2 показаны зависимости потерь от амплитуды напряже­ния и моментов нагрузки при ω = ωном (а) и ω = 0,5ωном (б). Как видно на рис. 2.2, а, возможность снижения потерь имеется лишь при моментах сопротивления Мс < 0,6Мном. Очевидно, что при снижении скорости диапазон моментов нагрузки, в котором целесо­образно снижать напряжение, уменьшается (см. рис. 2.2, б). В этом случае не рассматривается возможность увеличения напряжения, так как оно приведет к насыщению магнитной цепи.

Возможности экономии потребляемой мощности при различных скоростях и моментах двигателя типа 4A160S2 сведены в табл. 2.1, а на рис. 2.3 показана диаграмма, наглядно иллюстрирующая эконо­мию потребляемой мощности в зависимости от скорости и мо­мента статической нагрузки двигателя типа 4A160S2. Очевидно, что возможности экономии снижаются при увеличении момента нагрузки и уменьшении скорости. В точке Мс = 0,05Мном, ω = ωном можно дополнительно сберечь 3,6 % номинальной мощности. Если сравнить мощность, потребляемую в данном режиме до и после введения оптимизации, то полученная экономия составит 40 %. Однако выражение экономии потребляемой мощности в процентах от номинальной мощности даёт более наглядное, не зависящее от рабочей точки, представление о возможном эффекте.

Аналогичные расчёты были проведены для двигателя типа 4А80А4, имеющего Рном=1,1 кВт. В точке Мс=0,05Мном, ω=ωном можно сэкономить до 13 % номинальной мощности. При расчете в этой же точке для двигателя типа 4АН250М4 ном = 110 кВт) полу­чено 2,4 % экономии. Это подтверждает известный факт увеличе­ния эффективности энергосберегающего режима с уменьшением мощности двигателя.

Энергосберегающий режим может быть осуществлен следу­ющими способами:




Рис. 2.2. Зависимость потерь ΔР в АД типа 4А160S2 от амплитуды напряжения при постоянной скорости и разных моментах нагрузки при ω=ωном (а) и ω=0,5ωном (б).


Таблица 2.1.


Экономия потребляемой мощности двигателя типа 4А160S2 в зависимости от скорости и момента статической нагрузки, ΔР/Рном, %.


Мсном,

%

ω/ωном, %

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

5

0,26

0,36

0,52

0,75

1,05

1,41

1,85

2,37

2,96

3,61

10

0,12

0,2

0,34

0,53

0,78

1,1

1,49

1,95

2,47

3,07

15

0,03

0,09

0,19

0,34

0,55

0,82

1,16

1,56

2,03

2,57

20

0

0,02

0,08

0,18

0,35

0,58

0,86

1,21

1,63

2,11

25

0

0

0,01

0,08

0,2

0,38

0,61

0,91

1,26

1,69

30

0

0

0

0,01

0,08

0,21

0,4

0,64

0,94

1,31

35

0

0

0

0

0,02

0,09

0,23

0,42

0,67

0,98

40

0

0

0

0

0

0,02

0,1

0,25

0,43

0,69

45

0

0

0

0

0

0

0,02

0,11

0,25

0,43

50

0

0

0

0

0

0

0

0,03

0,12

0,26

55

0

0

0

0

0

0

0

0

0,02

0,12

60

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0,02






Рис. 2.3. Диаграмма экономии потребляемой энергии двигателем типа 4А160S2.


  1. поддержанием постоянства cosφ1;

  2. поддержанием постоянного скольжения;

  3. управлением с использованием модели двигателя;

  4. с помощью поисковых алгоритмов.

Перечисленные способы оптимизации, кроме последнего, ис­пользуют информацию о параметрах двигателя, которая, как пра­вило, неизвестна. Загружать систему скалярного управления зада­чами идентификации не представляется целесообразным. Поэто­му наиболее надежным и независимым от свойств конкретного объекта управления методом оптимизации являются поисковые алгоритмы, которые при расчете используют только значения то­ков и напряжений.

В этом случае оптимальный режим достигается путем миними­зации потребляемой мощности, рассчитанной по формуле

Р1 = 3U1I1cosφ1. (2.9)

В процессе работы система управления итеративно (ступенча­то) изменяет уровень напряжения для отыскания точки мини­мального энергопотребления. Критерием поиска может также слу­жить максимум cosφ1 или минимум потребляемого тока. Оты­скание максимума cosφ1 не дает преимуществ перед минимиза­цией мощности с точки зрения вычислительной сложности, так как cosφ рассчитывается также через векторы тока и напряжения. Преимущество в данном случае заключается в том, что максимум cosφ выражен более явно, чем минимум мощности, и он легче локализуется. Недостатком является несоответствие максимального и оптимального cosφ. Преимущество минимизации тока заключа­ется в упрощении реализации алгоритма. Однако это упрощение несущественно, так как на практике приходится использовать процедуры обработки и фильтрации сигналов с датчиков тока. Дополнительное введение в расчет вектора напряжения не приво­дит к заметному усложнению, так как можно использовать задан­ное значение этого вектора при осуществлении векторной ШИМ. Расчет косинусоидальной функции также проводится сравнительно просто даже при использовании относительно несложных микро­контроллеров. Кроме того, регулирование по минимуму тока не соответствует регулированию по минимуму мощности.

При осуществлении энергосберегающего алгоритма возникает проблема снижения перегрузочной способности двигателя при уменьшении напряжения питания. Система управления должна восстанавливать магнитный поток при механическом возмущении, т.е. реагировать на увеличение тока. Критический момент в данном случае пропорционален квадрату напряжения и может быть рассчитан по формуле

. (2.10)

Таким образом, наиболее приемлемым методом оптимизации энергопотребления для преобразователей со скалярным управлением следует признать метод минимизации потребляемой мощности.

В качестве примера на рис. 2.4 представлены характеристики процесса пуска и поиска оптимального напряжения при работе АД в установившемся режиме при ωном (P1*, U1*, I1*, ω* и ω0* даны в относительных единицах, за базовые величины приняты их номинальные значения).



Рис. 2.4. Характеристики процесса поиска оптимального напряжения при работе АД в установившемся режиме при ωном.


Поисковому алгоритму может потребоваться несколько десятков секунд для обнаружения оптимальной точки, что делает его непригодным к использованию в механизмах циклического действия с малыми циклами. Это обуславливает целесообразность применения алгоритма поиска минимума потребляемой мощности в электроприводах, длительно работающих с постоянными нагрузками, значительно меньшими номинальных.

Турбомеханизмы характеризуются существенным уменьшени­ем момента нагрузки со снижением скорости, что, с одной сторо­ны, является преимуществом с точки зрения устойчивости к сни­жению перегрузочной способности, а с другой – не позволяет получить высокую эффективность энергосберегающего режима, так как максимум экономии достигается при максимальной ско­рости и минимуме момента нагрузки.

Возможность снижения напряжения на статоре при снижении нагрузки на двигателе имеется также и в системе ТПН – АД.





оставить комментарий
страница1/3
К.Е. Швыткин
Дата30.04.2012
Размер0,66 Mb.
ТипРеферат, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3
отлично
  2
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх