Замкнутые схемы управления электроприводов с

двигателями переменного тока
Вопросы

1. 
   Замкнутая схема управления асинхронного электропривода, выполненного по системе «тиристорный регулятор напряжения—асинхронный двигатель» (ТРН—АД)
2. 
   Замкнутый электрический привод с частотным управлением асинхронного двигателя
3. 
   Замкнутая схема импульсного регулирования скорости асинхронного двигателя с помощью резистора в цепи ротора

По исторически сложившейся тенденции регулируемый ЭП строился главным образом с использованием ДПТ. В последние годы в связи с появлением разнообразных средств управления регулируемый ЭП переменного тока начал быстро вытеснять АЭП с ДПТ.
1 Замкнутая схема управления асинхронного электропривода, выполненного по системе «тиристорный регулятор напряжения—асинхронный двигатель» (ТРН—АД)
Рассмотрим схему регулирования скорости АД с фазным ротором с использованием обратной связи по его скорости (рис.1,а). Между сетью и статором АД включены три пары встречно-параллельно соединенных тиристоров VS1 — VS6, образующих силовую часть ТРН. Управляющие электроды тиристоров подсоединены к выходам системы импульсно-фазового управления (СИФУ), которая распределяет управляющие импульсы на все тиристоры и осуществляет их сдвиг в зависимости от сигнала управления U_y. К валу АД подсоединен тахогенератор ТГ. Его ЭДС Е_тг сравнивается с задающим напряжением U_з.с, снимаемым с задающего потенциометра скорости ЗП, причем эти напряжения включены навстречу друг другу. Разность напряжений U_3.C и Е_гг, равная напряжению управления

U_у=U_з.с-E_тг, (1)

поступает на вход СИФУ.

При увеличении этого сигнала угол управления тиристорами уменьшается, а подаваемое на АД напряжение увеличивается и наоборот. В цепь ротора АД постоянно включен добавочный резистор R_2Д, наличие которого позволяет расширить диапазон регулирования скорости и облегчить тепловой режим АД при его работе на пониженных скоростях.

Рассмотрим работу ЭП при изменении момента нагрузки М_с на валу АД и постоянном задании скорости сигналом U_3.С2. Допустим также, что в исходном положении АД работал в точке 1 при моменте нагрузки M_С1 (рис. 1,б), а затем произошло его увеличение до значения М_С2.

При увеличении нагрузки на валу АД его скорость начнет снижаться, соответственно начнет уменьшаться и ЭДС тахогенератора Е_ТГ. Уменьшение Е_тг вызывает согласно (1) увеличение напряжения управления, что приведет к уменьшению угла отпирания тиристоров и увеличению тем самым подаваемого на АД напряжения.

а)

Рисунок 1 - Схема (а) замкнутой системы ТРН—АД и механические характеристики (б)
Момент АД будет увеличиваться и в точке 2 сравняется с М_С2. Таким образом, увеличение момента нагрузки привело к небольшому снижению скорости АД, т. е., другими словами, его характеристики стали жесткими.

При уменьшении момента нагрузки М_с будет автоматически происходить снижение напряжения на АД и тем самым поддержание его скорости вращения на заданном уровне.

Изменяя с помощью потенциометра значение задающего напряжения U_3.С, можно получить ряд механических характеристик электропривода с относительно высокой жесткостью и необходимой перегрузочной способностью АД.
2 Замкнутый электрический привод с частотным управлением асинхронного двигателя
Примером замкнутого ЭП переменного тока может служить серия ЭКТ и ее модернизация ЭКТ2. Эти ЭП обеспечивают регулирование скорости, тока и момента трехфазных АД с короткозамкнутым ротором за счет изменения частоты и величины подводимого к нему напряжения. Упрощенная функциональная схема этого ЭП в однолинейном исполнении приведена на рисунке 2, а.

В качестве силового преобразователя в ЭП используется тиристорный преобразователь частоты со звеном постоянного тока, состоящий из управляемого выпрямителя (УВ) и инвертора напряжения (ИН) со своими схемами управления СУВ и СУИ. Между УВ и ИН включен силовой фильтр Ф, обеспечивающий фильтрацию выходного напряжения и циркуляцию реактивной мощности в силовой части схемы.

Схема управления ЭП построена по принципу подчиненного регулирования координат и имеет два контура — внутренний (тока) и внешний (напряжения). Регулирование этих координат осуществляется пропорционально-интегральными регуляторами тока РТ и напряжения РН, по сигналам датчиков тока ДТ и напряжения ДН. При частотах ниже номинальной схема управления поддерживает отношение напряжения к частоте постоянным, а при частотах выше номинальной напряжение остается неизменным, что обеспечивается усилителем — ограничителем УО.

Преобразователь частоты обеспечивает рабочие диапазоны изменения частоты (5... 80) Гц при номинальной частоте 50 Гц и (15...240) Гц при номинальной частоте 200 Гц. Диапазон регулирования напряжения составляет (0... 380) В. Серия ЭКТ2 выпускается на мощности от 16,5 до 263,5 кВт. КПД этих ЭП лежит в пределах (85...96)%.

Примерный вид механических характеристик ЭП при различных сигналах задания скорости приведены на рисунке 2, б.

ЭП этой серии могут обеспечивать торможение с рекуперацией энергии в сеть. В этом случае силовая часть ЭП дополняется ведомым сетью инвертором, а в обозначении ЭП появляется буква Р (ЭКТР и ЭКТ2Р).

а)

б)

Рисунок 2 - Схема (а) замкнутого ЭП с частотным управлением АД и механические характеристики (б)

3 Замкнутая схема импульсного регулирования скорости асинхронного двигателя с помощью резистора в цепи ротора
В схеме ЭП (рис.3) с импульсным регулированием сопротивления в цепи выпрямленного тока ротора для получения жестких характеристик использована отрицательная обратная связь по скорости двигателя.

В роторную цепь АД включен неуправляемый трехфазный выпрямитель В, к выходу которого подключен резистор R_2Д.

Рисунок 3 – Замкнутая схема импульсного регулирования скорости АД с помощью резистора в цепи ротора
Параллельно резистору включен управляемый ключ К (коммутатор).

Управление ключом происходит от широтно-импульсного модулятора ШИМ, на вход которого поступают сигналы задания U_3.C и обратной связи U_o.c по скорости.

При поступлении на вход ШИМ сигнала ошибки U_y = U_З.С – U_ОС он начинает генерировать импульсы управления. Эти импульсы с помощью схемы управления ключом СУК распределяются по тиристорам ключа и вызывают периодическое включение и закорачивание резистора R₂.

Принцип получения жестких характеристик ЭП состоит в следующем. Допустим, что АД работает в установившемся режиме при каком-то заполнении ключа К, чему соответствует эквивалентное сопротивление цепи ротора.

Пусть по каким-то причинам произошло увеличение момента нагрузки АД, в результате чего начнет снижаться его скорость. Тогда сигнал управления U_y начнет повышаться, что вызовет увеличение заполнения работы ключа К и уменьшение тем самым эквивалентного сопротивления в цепи ротора. Это, в свою очередь, приведет к увеличению тока в роторе и момента АД и прекращению снижения скорости, что соответствует жестким характеристикам ЭП. В схеме может быть достигнуто и регулирование (ограничение) тока и момента, для чего она должна быть дополнена контуром регулирования тока.

ЛЕКЦИЯ 13

Электромашинные преобразователи частоты
Вопросы

1. 
   Законы частотного регулирования
2. 
   Электромашинные преобразователи частоты с использованием синхронного генератора
3. 
   Электромашинный асинхронный преобразователь частоты
4. 
   Вентильно-электромашинный преобразователь частоты

1. 
   Законы частотного регулирования

Частотное регулирование скорости значительно расширяет возможности асинхронных электроприводов в различных отрас­лях промышленности и сельского хозяйства.

Возможность изменения скорости АД при регулировании частоты f₁ следует непосредственно из выражения ?_o=2? f₁ /р. Из которого видно, что синхронная скорость АД прямо пропор­циональна частоте питающего напряжения. При регулировании частоты возникает также необходимость регулирования напряже­ния источника питания. Действительно, ЭДС обмотки статора АД пропорциональна частоте и потоку

Е₁=kФf₁.

Из приведенного выражения следует, что при неизменном напряжении источника питания U₁ и регулировании его частоты меняется магнитный поток АД. В частности, уменьшение час­тоты f₁ приводит к возрастанию потока и, как следствие, к на­сыщению машины и увеличению тока намагничивания, что связано с ухудшением энергетических показателей двигателя, а в ряде случаев и к его недопустимому нагреву. Увеличение частоты f₁ приводит к снижению потока двигателя, что при постоянном моменте нагрузки на валу в соответствия с выражением М= kФI₂cos?₂ приводит к возрастанию тока ротора, т.е. к перегрузке его обмоток по току при недоиспользованной стали. Кроме |того, с этим связано снижение максимального момента и перегрузочной способности двигателя.

Для наилучшего использования АД при регулировании ско­рости изменением частоты необходимо регулировать напряжение, одновременно в функции частоты и нагрузки.

Обычно при регулировании выше основной скорости частота источника питания превышает номинальную не более чем в 1,5 - 2 раза. Указанное ограничение обусловлено прежде всего прочностью крепления обмотки ротора.

Регулирование скорости вниз от основной, как правило, осу­ществляется в диапазоне 10 ч 15. Нижний предел частоты ограни­чен сложностью реализации источника питания с низкой часто­той, возможностью неравномерности вращения и рядом других факторов. Таким образом, частотное регулирование скорости АД может осуществляться в диапазоне 20 ч 30. Из всего многообразия зависимостей Мс(?) в теории элек­тропривода обычно рассматриваются три наиболее часто встре­чающиеся типа статических нагрузок и закона частотного регулирования (рис. 1):

1) момент статической нагрузки не зависит от скорости

x=0; Mc=const; закон - (U1/f1) =const;

2) при регулировании скорости мощность на валу остается

постоянной

Pc=const; x= -1; закон - ;

3) идеализированная вентиляторная нагрузка

x=2; закон - (U1/f1²)=const.

а)

б)

в)

Рисунок 1 - Механическиехарактеристики АД при частотном регулировании скорости: а) при Mc=const; б) при Pc=const; в) при вентиляторной нагрузке

1. 
   Электромашинные преобразователи частоты с

использованием синхронного генератора
Преобра­зователи частоты можно разделить на электромашинные и вентильные.

Принципиальная схема электромашинного преобразо­вателя с промежуточным звеном постоянного тока, в кото­ром используется синхронный генератор, показана на рисунке 2. Преобразователь состоит из агрегата постоян­ной скорости (М1,G1), предназначенного для преобразова­ния переменного тока сетевого напряжения и неизменной частоты в регулируемое постоянное напряжение, которое зависит от тока возбуждения генератора постоянного тока G1. Двигатель постоянного тока М2 агрегата переменной скорости получает питание от генератора G1. При измене­нии напряжения на выводах генератора G1 (с помощью резистора R1) плавно регули­руется угловая скорость двигателя М2 и одновременно уг­ловая скорость синхронного генератора G2, что позволяет регулировать частоту выходного тока G2. Напряжение на выходе G2 можно регулировать током возбуждения синхронного генератора с помощью R3.

Рисунок 2 – Принципиальная схема электромашинного преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока с использованием синхронного генератора
От синхронного генератора G2, являющегося источни­ком напряжения с переменной частотой и амплитудой, пи­тается один или группа асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором МЗ — М5. Меняя направление тока возбуждения генератора постоянного тока G1, можно изме­нять направление вращения асинхронных двигателей. При неизменном токе возбуждения синхронного генератора G2 и двигателя постоянного тока М2, меняя его угловую ско­рость, можно автоматически регулировать выходное напря­жение по закону U₂/f₂=const. В данном случае, со снижением частоты снижается перегру­зочная способность асинхронных двигателей и поэтому диапазон регулирования при постоянном моменте нагрузки заметно уменьшается. Больший диапазон регулирования с обеспечением необходимой перегрузочной способности (по отношению к статическому моменту нагрузки) может быть получен при вентиляторной нагрузке.

Независимо от частоты (угловой скорости) синхронного генератора G2 амплитуда напряжения на его выходе может регулироваться только вниз от номинального значения.

Если мощность, потребляемая асинхронными двигате­лями от источника регулируемой частоты, равна Р_ном, то при пренебрежении потерями в машинах общая установлен­ная мощность преобразователи частоты составит .

С учетом потерь энергии в машинах преобразователя частоты его установленная мощность будет превышать че­тырехкратное значение установленной мощности нагрузки, что является недостатком электромашинного преобразова­теля частоты. Другим его недостатком является низкий КПД, определяемый произведением КПД отдельных ма­шин. Если, например, КПД каждой машины при полной нагрузке принять равным 0,9, то номинальный КПД преоб­разователя составит 0,9⁴ = 0,66. С уменьшением нагрузки и при регулировании угловой скорости двигателей МЗ — М5 вниз от основной КПД становится еще меньше.

Регулирование частоты связано с преодолением значи­тельной механической и электромагнитной инерционности, которой обладает электромашинный преобразователь.

1. 
   Электромашинный асинхронный преобразователь частоты

В схемах электромашинного преобразователя частоты могут быть использованы в качестве основного преобразо­вателя обычные асинхронные машины с фазным ротором в режиме асинхронного преобразователя частоты. Одна из таких схем с асинхронным преобразователем частоты АПЧ приведена на рисунке 3. Здесь статор АПЧ присоединен к сети переменного тока через автотрансформатор АТ, позволяющий независимо регулировать на входе (и выходе) АПЧ амплитуду напряжения. Ротор АПЧ механически свя­зан с якорем двигателя М2, угловая скорость которого регулируется по системе Г—Д так же, как и в предыду­щей схеме с синхронным генератором. Вторичная (ротор­ная) цепь АПЧ служит источником напряжений регулируе­мой частоты и амплитуды.

Частота на выходе АПЧ равна

f₂=f₁±f_М2,

где f_М2=?р/2?;? — скорость двигателя М2; f₁ — частота напряжения питания статора, принятая равной частоте питающей сети.

Рисунок 3 – Схема с асинхронным преобразователем частоты
Знак плюс относится к случаю, когда ротор вращается против поля статора, а знак минус—согласно с полем статора. Следовательно, при вращении ротора против поля частота f₂ > f₁ согласно с полем f₂ < f_1. При неподвижном состоянии ротора АПЧ частота f₂ = f_1.

Энергия, передаваемая АПЧ нагрузке, при вращения против поля складывается из механической энергии, поступающей с вала двигателя М2, и электрической энергии, потребляемой АПЧ со стороны автотрансформатора АТ. При вращении по полю электрическая энергия, поступаю­щая в статор АПЧ, частично передается нагрузке, а часть — двигателю М2, в этом случае работающему в генераторном режиме. Эта часть энергии после преобразований возвра­щается о сеть с помощью машины М1.

Если, например, принять частоту на выходе АПЧ f₂ = 100 Гц, а частоту питания f₁ = 50 Гц, то активная мощ­ность Р₂ составит только 50 % установленной мощности нагрузки, а через двигатель М2 будет подводиться также 50 % Р_?. Таким образом, при указанном соотношении ча­стот установленная мощность машин системы Г—Д окажется вдвое меньше, чем в случае электромашинного преобразо­вателя с синхронным генератором. Раздельное регулирова­ние напряжения с помощью автотрансформатора АТ дает возможность (ограничиваемую насыщением стали АПЧ) устанавливать требуемое соотношение между U₂ и f₂.

С возрастанием выходной частоты АПЧ установленная мощность преобразовательного устройства увеличивается.

Электромашинные преобразователи частоты с АПЧ при­меняются обычно для получения частот, превышающих частоту питающей сети, когда необходимо регулировать угловую скорость большого числа согласованно работаю­щих асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

1. 
   Вентильно-электромашинный преобразователь частоты

Схема вентильно-электромашинного преобразователя ча­стоты с синхронным генератором (вместо него может быть использован и АПЧ) приведена на рисунке 4. Здесь вращаю­щийся преобразовательный агрегат постоянной скорости заменен статическим управляемым преобразователем (вы­прямителем) УП, собранным, например, на тиристорах. От управляемого выпрямителя питается двигатель М1 агрегата переменной скорости. В данном случае несколько повышается КПД преобразователя частоты ПЧ, сокраща­ются его габариты.

Рисунок 4 – Схема вентильно-электромашинного преобразователя частоты с синхронным генератором
Однако остаются такие недостатки, как невысокая надежность, необходимость в использова­нии, кроме УП двух машин (двигателя М1 и генератора G), значительная инерционность привода, связанная с изменением угловой скорости агрегата переменной скорости при изменении выходной частоты.

ЛЕКЦИЯ 14

Статические преобразователи частоты
Вопросы

1. 
   Преобразователи частоты с непосредственной связью
2. 
   Статический преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока
3. 
   Преобразователь частоты с инвертором, работающим по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ)

Лекция 15

Энергосбережение в АЭП
Вопросы

1. 
   Общие вопросы энергосбережения
2. 
   Способы повышения КПД и коэффициента мощности АЭП
3. 
   Снижение потерь энергии в переходных режимах
4. 
   Энергосбережение в регулируемом АЭП

1. 
   Общие вопросы энергосбережения

Энергосбережение — это комплекс правовых, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов. В соответствии с Федеральным законом РФ «Об энергосбережении» на промышленном предприятии должны быть разработаны мероприятия по экономии электроэнергии применительно к каждой электроустановке. В первую очередь это относится к устройствам с электрическим приводом, основной элемент которого электродвигатель. Известно, что более половины всей производимой в мире электроэнергии потребляется электродвигателями в электроприводах рабочих машин, механизмов, транспортных средств. Поэтому меры по экономии электроэнергии в электроприводах наиболее актуальны.

Основные положения энергосбере­жения регламентированы государ-ственными стандартами РФ:

ГОСТ Р 51379—99. Энергосбережение. Энергетический паспорт промышленного потребителя топливно-энергетических ре­сурсов.

ГОСТ Р 31380—99. Энергосбережение. Методы подтверждения соответствия по­казателей энергетической эффективности энергопотребляющей продукции их нор­мативным значениям. Общие требования.

ГОСТР 51387—99. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение.

ГОСТР 51541-99. Энергосбережение. Энергетическая эффективность. Состав показателей.

Задачи энергосбережения требуют оптимального решения не только в процессе эксплуатации электрических машин, но и при их проектировании.

1. 
   Способы повышения КПД и коэффициента мощности АЭП

 

При проектировании и эксплуатации разного рода электроприводов необходимо учитывать потребление и потери электроэнергии, влияние ЭП на сеть и другие электроприемники. Оценка этих свойств осуществляется с помощью так называемых энергетических показателей: коэффициента полезного действия, коэффициента мощности, потерь мощности и энергии.

С целью уменьшения потерь энергии в период пуска или торможения двигатели к рабочим машинам подбирают таким образом, чтобы приведенный момент инерции привода при одной и той же скорости был наименьшим. Это реализуется за счет применения малогабаритных двигателей, имеющих пониженный J (двигатели с повышенным отношением длинны якоря к его диаметру, с полым или дисковым якорем). Целесообразно использование двух двигателей половинной мощности. Расчеты показывают; что?J двух двигателей половинной мощности оказывается меньше момента инерции одного двигателя на полную мощность. Например, два двигателя типа 4АН200 мощностью по 45 кВт имеющий суммарный момент инерции 2·1,38=2,76 кг·м². Двигатель 4АН250 мощностью 90 кВт на ту же скорость имеет j=3,53 кг·м², т.е. почти на 30% больше.

Другой способ уменьшения потерь ЭП – регулирование скорости идеального холостого хода, что хорошо реализуется в ступенчатом пуске ЭП (для АД – регулирование частоты вращения с помощью частоты питающего тока или числа пар полюсов; для ДПТ – регулирование частоты вращения с помощью напряжения).

При ступенчатом пуске отмечается снижение потерь электрической энергии в 2 раза.

За счет изменения в переходном процессе w₀ снижаются потери энергии в роторе АД. Уменьшение потерь энергии в роторе вызовет и снижение потерь в статоре и полных потерь в АД. Приведенный момент инерции ЭП зависит не только от момента инерции двигателя или рабочей машины, но и от передачи отношения между ними. Для уменьшение потерь энергии при пуске, передаточное отношение – i следует выбирать исходя из получения минимального приведенного момента инерции ЭП и проверять экономическим расчетом.

КПД ЭП, как электромеханическая система определяется произведением преобразователя, управляющего устройства, электродвигателя и механической передачи?_эп=?_п·?_уу·?_эд·?_мп.

Наиболее значимой величиной является КПД двигателя, который растет с увеличением мощности и частоты вращения.

КПД зависит также от развиваемой им полезной механической мощности на валу (рис. 1).

Работа ЭП, как и любого другого потребителя характеризуется коэффициентом мощности

сos = .

Если Q не потребляется, то сos =1. Потребляя Q ЭП дополнительно загружает систему электроснабжения, вызывая дополнительные потери напряжения и энергии, поэтому cos должен стремится к единице. Достаточно часто, коэффициент мощности повышают компенсацией реактивной мощности статическими конденсаторами (в данном случае реактивная мощность для создания электромагнитного поля осуществляется от конденсаторов, расположенных непосредственно у АД).

Рисунок 1 – Зависимость КПД и коэффициента мощности электродвигателя от кратности нагрузки

 

Способы повышения КПД и коэффициента мощности ЭП:

- ограничение времени работы на холостом ходу;

• 
  обеспечение нагрузки близкой к номинальной (в том числе путем замены малонагруженного (менее 40% от номинальной мощности) двигателя на двигатель меньшей мощности (должно быть экономически обоснованно));
• 
  выбор высокочастотных электродвигателей.

 

1. 
   Снижение потерь энергии в переходных режимах

 

В процессе эксплуатации двигателя значительные потери энергии наблю­даются в переходных режимах и в пер­вую очередь при его пуске.

Потери энергии в переходных ре­жимах могут быть заметно снижены за счет применения двигателей с мень­шими значениями моментов инерции ротора, что достигается уменьшени­ем диаметра ротора при одновремен­ном увеличении его длины, так как мощность двигателя при этом должна оставаться неизменной. Например, так сделано в двигателях краново-металлургических серий, предназначенных для работы в повторно-кратковремен­ном режиме с большим числом включений в час.

Эффективным средством снижения потерь при пуске двигателей является пуск при постепенном повышении на­пряжения, подводимого к обмотке статора.

Такой энергосберегающий способ пуска двигателя возможен только при работе двигателя в системе с регули­руемым преобразователем: для асинх­ронных двигателей это устройства плавного пуска или преоб­разователи частоты, а для двигателей постоянного тока это элек­тронные (тиристорные) устройства управления.

Энергия, расходуемая при тормо­жении двигателя, равна кинетической энергии, запасенной в движущихся частях электропривода при его пуске. Энергосберегающий эффект при тор­можении зависит от способа торможе­ния. Наибольший энергосберегающий эффект происходит при генераторном рекуперативном торможении с отдачей энергии в сеть. При ди­намическом торможении двигатель от­ключается от сети, запасенная энер­гия рассеивается в двигателе и расхо­да энергии из сети не происходит. Наи­большие потери энергии наблюдаются при торможении противовключением, когда расход электроэнергии ра­вен трехкратному значению энергии, рассеиваемой в двигателе при дина­мическом торможении.

При установившемся режиме рабо­ты двигателя с номинальной нагруз­кой потери энергии определяются номинальным значением КПД. Но если электропривод работает с пере­менной нагрузкой, то в периоды спа­да нагрузки КПД двигателя понижа­ется, что ведет к росту потерь. Эффек­тивным средством энергосбережения в этом случае является снижение на­пряжения, подводимого к двигателю в периоды его работы с недогрузкой.

Рассмотрим принципы построения ЭП, в котором минимизирует­ся потребляемый АД ток и тем самым потери электроэнергии в нем. Для этого обратимся к зависимостям тока статора I₁ от напряжения U₁(рис. 2) при разных моментах нагрузки М_c. Как видно из графи­ков 1...4, для каждого момента имеется такое напряжение, при котором потребляемыйАД ток из сети минимален. Штриховая линия, проведен­ная через точки минимумов тока для каждой нагрузки, определяет закон регулирования напряжения в функции тока, при реализации которого при любом М_c из сети потребляется минимальный ток.

Рисунок 2 – Вольтамперные характеристики и функциональная схема минимизирующая потребление электроэнергии
Схема ЭП с минимизацией потребляемого двигателем тока включает в себя двигатель 4, регулятор напря­жения 3 с СИФУ 2, датчики тока 5 и напряжения 6, функциональный преобразователь 7, инерционное звено 8 и элемент сравнения 1.

Требуемый закон управления ЭП реализуется с помощью поло­жительной обратной связи по току. Трехфазный датчик 5 выраба­тывает пропорциональный току сигнал, поступающий на вход фун­кционального преобразователя 7 который обеспечивает требуемую зависимость между напряжением на АД и моментом нагрузки на его валу (штриховая линия на рис. 2). C помощью инерционного звена 8 обеспечивается необходимое качество переходных процессов. Кроме минимизации потерь электроэнер­гии, простыми средствами в такой схеме осуществляется повыше­ние КПД и коэффициента мощности асинхронного ЭП.

Этот способ энергосбережения воз­можно реализовать при работе двига­теля в системе с регулируемым пре­образователем при наличии в нем об­ратной связи по току нагрузки. Сиг­нал обратной связи по току коррек­тирует сигнал управления преобразо­вателем, вызывая уменьшение напря­жения, подводимого к двигателю в пе­риоды снижения нагрузки. Если же приводным является асинхронный двигатель, работающий при соедине­нии обмоток статора «треугольником», то снижение подводимого к фазным обмоткам напряжения можно легко реализовать путем переключения этих обмоток на соединение «звездой», так как в этом случае фазное напряжение понижается в 1,73 раза. Этот метод целесообразен еще и потому, что при таком переключении повышается ко­эффициент мощности, что также способствует энергосбере­жению. Из справочной литературы следу­ет, что при переключении обмоток с «треугольника» на «звезду» при сниже­нии нагрузки до 50% относительно номинальной коэффициент мощности возрастает более чем на 20%. Приме­ром практического применения этого способа энергосбережения может слу­жить электропривод с асинхронным двигателем, работающий в условиях значительных колебаний нагрузки.

Схема, приведенная на (рис.3), по­зволяет с помощью двух реле тока КА1 и КА2, катушки которых включены после­довательно в фазные обмотки статора че­рез измерительные трансформаторы тока ТА1 и ТА2, автоматизировать переключе­ние обмотки статора с «треугольника» на «звезду» при снижении нагрузки двигате­ля на 40—50% относительно номиналь­ной и обратное переключение при восста­новлении нагрузки.

При нажатии кнопки SВ1 «Пуск» вклю­чается силовой контактор КМ1, линейные контакты которого подключают двигатель к сети. Контактор КМ2 в начальный мо­мент пуска остается невключенным и сво­ими размыкающимися контактами соеди­няет обмотку статора «звездой». Но как только начинается пуск двигателя, значи­тельный пусковой ток статора вызывает срабатывание реле тока КА2. При этом контактор КМ2 своими замыкающими контактами переключает обмотку статора «треугольником». Реле тока КА1 срабатывает, и двига­тель переходит в рабочий режим.

Рисунок 3 – Схема автоматического переключения обмотки статора асинхронного двигателя с «треугольника» на «звезду»
Если нагрузка двигателя снизится до значения Р₂< 0,5Р_ном , то реле тока КА1 отпустит и своими контактами отключит контактор КМ2, что приведет к пересоединению обмотки статора с «треугольни­ка» на «звезду». При этом двигатель будет продолжать работу при повышенном зна­чении коэффициента мощности. Если же нагрузка двигателя вновь возрастет до зна­чения Р₂> 0,5Р_ном, то произойдет пере­ключение обмотки статора со «звезды» на «треугольник».

1. 
   Энергосбережение в регулируемом АЭП

 

Применение регулируемого ЭП позволяет обеспечить энергосбе­режение в целом ряде технологических процессов, иногда во много раз превосходящее экономию энергии в самом ЭП. Например, регу­лирование скорости ленты транспортера с помощью ЭП, подающего детали в закалочную печь, позволяет минимизировать количество теп­ловой энергии на закалку в зависимости от их сортамента, технологии закалки и других факторов. Весьма эффективно регулируемый по ско­рости ЭП может обеспечить энергосбережение в таких рабочих маши­нах, как насосы, вентиляторы и компрессоры. Поскольку эти рабочие машины являются очень распространенными в промышленности, на транспорте, в сельском и жилищно-коммунальном хозяйствах и по­требляют до 40% всей производимой электроэнергии, энергосбереже­ние в этом случае оказывается очень эффективным. Рассмотрим эффект энергосбережения на примереЭПцентробежного насоса. Ос­новной характеристикой на­соса является зависимость со­здаваемого им напора (давле­ния) Н от расхода водыQ ( рис. 4). На рисунке представлены характери­стики H=f(Q) для двухскоро­стей приводного двигателя: номинальной (характеристика 1) и понижен­ной(характеристика 2).

Рисунок 4 – Характеристики насосного агрегата
Особенностью работы большинства насосных установок явля­ется изменение количества (расхода) подаваемой ими жидкости в течение времени. Например, потребление воды в жилых зданиях ме­няется в течении суток и имеет два максимума - утренний и вечер­ний. Допустим, что в исходном положении насос работал с номи­нальными расходом Q_ном и напором Н_ном в точке 1. При снижении расхода воды до значения Q₂ при неизменной скорости ЭП напор в соответствии с характеристикой возрастет до значения Н₂.

Но, тот же расход воды можно обеспечить при меньшем напоре Н₁, если с помощью ЭП снизить скорость двигателя до уровня, характеризующегося характеристикой 2. В этом случае из сети будет потребляться меньшая мощность.

Примеры использования регулируемого ЭП насосов показыва­ют, что экономия электроэнергии может доходить до 50% и более в зависимости от вида и режимов работы насосных установок. Кро­ме того, при работе сетей с меньшими напорами значительно мень­ше утечки воды в сетях и арматуре (на 15...20% и более). В насосах с ЭП переменного тока при регулировании скорости двигателей обычно применяются статические преобразователи частоты.

Если электропривод не подвержен значительным регулиров­кам частоты вращения, частым пус­кам, реверсам и т.п., то повышенные затраты на тиристорное либо другое дорогостоящее оборудование могут оказаться неоправданными, а расхо­ды, связанные с потерями энергии — незначительными. И наоборот, при интенсивной эксплуатации электро­привода в переходных режимах при­менение электронных пускорегулиру­ющих устройств становится целесообразным. К тому же следует иметь в виду, что эти устройства практически не нуждаются в уходе и их технико-экономические показатели, включая надежность, достаточно высоки. Не­обходимо, чтобы решение по приме­нению дорогостоящих устройств элек­тропривода подтверждалось технико-экономическими расчетами.

Известно, что электрические поте­ри в питающих сетях и обмотках элек­трических машин пропорциональны квадрату тока (Р_эл = I²R). По этой при­чине желательно электропитание дви­гателей от сети с более высоким на­пряжением, так как при заданной мощности применение более высоко­го напряжения сопровождается умень­шением силы тока и, следовательно, сокращением потерь. Поэтому для низ­ковольтных двигателей целесообразно применение напряжения 440 В (для двигателей постоянного тока) или 660 В (для двигателей переменного тока). Что же касается двигателей мощ­ностью 500 кВт и более, то они обыч­но рассчитаны на напряжение 6000 или 10000 В.

Решению проблемы энергосбереже­ния способствует применение синх­ронных двигателей, создающих в пи­тающей сети реактивные токи, опере­жающие по фазе напряжение. В итоге сеть разгружается от реактив­ной (индуктивной) составляющей то­ка, повышается коэффициент мощно­сти на данном участке сети, что ведет к уменьшению тока в этой сети и, как следствие, к энергосбережению. Эти же цели преследует включение в сеть синхронных компенсаторов.

Примером целесообразного приме­нения синхронных двигателей являет­ся электропривод компрессорных ус­тановок, снабжающих предприятие сжатым воздухом. Для этого электропривода характерен пуск при небольшой нагрузке на валу, продолжительный режим работы при стабильной нагруз­ке, отсутствие торможений и реверсов. Такой режим работы вполне соответ­ствует свойствам синхронных двигате­лей. Используя в синхронном двига­теле режим перевозбуждения, можно достичь значительного энергосбереже­ния в ма

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

---

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: