Смекни!
smekni.com

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 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.

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