Смекни!
smekni.com

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: 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