по курсу «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов» «Автоматизация технологических процессов (стр. 3 из 10)

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: Р_ном=22 кВт; ω_ном=100,51 с^-1; S_ном=0,04; R₁=0,218 Ом; R₂’=0,1922 Ом.

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

Если М_с.ср=0,5М_ном, то при ΔМ_с=0,2М_ном потери в двигателе с большей нагрузкой в соответствии с формулой (2.5) составят ΔР_м(1)=0,7²ΔР_м.ном=0,49ΔР_ном=0,956 кВт, а в двигателе с меньшей нагрузкой в соответствии с формулой (2.6) ΔР_м(2)=0,3²ΔР_м.ном=0,09ΔР_ном=0,176 кВт.

Суммарные потери в двух двигателях ΔР_мΣ = 0,58ΔР_м.ном=1,131 кВт.

При равномерном делении нагрузки ΔР_мΣ = 0,5ΔР_м.ном=0,975 кВт.

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

Если ΔМ_с=0,5М_ном, то дополнительные потери в меди обоих двигателей возрастут до величины ΔР_мΣдоп = 0,5ΔР_м.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 М_с 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 = М_с;

• 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 Р_ном= 15 кВт. На рис. 2.2 показаны зависимости потерь от амплитуды напряжения и моментов нагрузки при ω = ω_ном (а) и ω = 0,5ω_ном (б). Как видно на рис. 2.2, а, возможность снижения потерь имеется лишь при моментах сопротивления М_с < 0,6М_ном. 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 М_с = 0,05М_ном, ω = ω_ном 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 Р_ном=1,1 кВт. В точке М_с=0,05М_ном, ω=ω_ном можно сэкономить до 13 % номинальной мощности. При расчете в этой же точке для двигателя типа 4АН250М4 (Р_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=ω_ном (а) и ω=0,5ω_ном (б).

Таблица 2.1.

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

Мс/Мном, %	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