по курсу «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов» «Автоматизация технологических процессов (стр. 4 из 10)

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 ω_ном (P_1*, U_1*, I_1*, ω_* и ω_0* 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 ω_ном.

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.

2.3. Электроприводы центробежных насосов.

Турбомеханизмы, к которым относятся и центробежные насосы для перекачки воды и других жидкостей, потребляют до 25 % всей вырабатываемой электроэнер-гии. Работа этих систем отличается неравномерным потреблением воды, тепловой энергии, воздуха в течение суток в зависимости от погодных условий, времени года.

Мощность промышленных насосов лежит в пределах от единиц киловатт до нескольких десятков мегаватт. По назначению различают следующие группы насосов: коммунального и промышленного водоснабжения; погружные для подачи воды или нефти из скважин; циркуляционные; питательные; водоотлива; для транспорта нефти, пульпы и др.

Насосы, как правило, работают на сеть с противодавлением, причем статический напор в сети составляет обычно не менее 20 % полного напора. Исключением являются циркуляционные насосы, которые могут работать на сеть трубопроводов, практически не имеющую статического напора.

Обычно насосы оснащаются нерегулируемым электроприводом. Регулирование подачи осуществляется при этом практически единственным способом – дросселированием на стороне нагнетания.

Регулирование подачи насосов применяют в следующих случаях.

1. При необходимости регулирования количества жидкости, подаваемой насосом, по требованиям технологического процесса или в связи со случайным изменением потребности в жидкости. Например, подачу жидкости циркуляционным насосом системы охлаждения нужно регулировать в зависимости от количества теплоты, подлежащей отводу; подача воды насосом должна изменяться соответственно режиму водопотребления.

2. Если не требуется во время работы регулирование подачи жидкости насосом, но обеспечение требуемой подачи связано с первоначальной подрегулировкой насоса. Например, для подачи жидкости на определенную высоту Н при постоянных расходе Q и сопротивлении гидросети по каталогу выбирается насос с ближайшими, но больше требуемых номинальными напором и расходом воды. Поэтому для работы с заданными параметрами напор и (или) расход воды насоса должны быть снижены до требуемых значений. Если насос работает при неизменной скорости, то простейшим способом регулирования его подачи является дросселирование, т. е. неполное открытие задвижки на напорном трубопроводе насоса.

Характерным примером являются станции горячего и холодного водоснабжения и системы отопления зданий. Механизмы этих станций, выбранные исходя из максимальной производительности, значительную часть времени работают с меньшей производительностью, что определяется изменением потребности в разные периоды времени. По некоторым данным среднесуточная загрузка насосов холодного водоснабжения составляет 50...55 % максимальной. Существующие системы водоснабжения с нерегулируемым электроприводом не обеспечивают заметного снижения потребляемой мощности при уменьшении расхода воды, а также обусловливают при этом существенный рост давления (напора) в системе, что приводит к утечкам воды и неблагоприятно сказывается на работе технологического оборудования и сетей водоснабжения.

Проиллюстрируем хорошо известную энергетическую и технологическую неэффективность дроссельного регулирования подачи воды насосом. Мощность, потребляемая насосом, определяется по формуле