2.4 Енергозбережні системи еп з асинхронними двигунами, керованими за напругою статора

Розглянемо енергозбережну ЕМСАК з ЕП на основі асинхронно­го електродвигуна з короткозамкненим ротором, керованим за нап­ругою статора при тривалому режимі роботи та навантаженні, що може повільно змінюватись.

Втрати електричної енергії в асинхронному двигуні мають магнітну ΔР_СТ, електричну ΔР_М, механічну ΔР_мех складові та додаткові втрати ΔР_дод.

Механічна складова ΔР_мех визначається втратами на тертя в під­шипниках, опором повітря при обертанні ротора.

Додаткові втрати ΔР_дод, зумовлені дією вищих гармонік магніто­рушійної сили, пульсацією магнітної індукції в зубцях магнітопроводу електродвигуна, є незначними і становлять близько 0,5% йо­го потужності.

При вказаних особливостях роботи ЕМС можна вважати, що на час дії енергозберігаючої системи статичний момент М_с const.

Загальні (сумарні) втрати електроенергії у двигуні можна визначити при номінальному значенні частоти f_н у вигляді такої за­лежності:

(7)

де ΔР_стн, ΔР_мн, М_н — відповідні номінальні значення магнітних втрат у сталі, електричних втрат та моменту електродвигуна; U, U_н — відповідно фактична та номінальна напруги на статорі двигуна; S, S_H — відповідно фактичне та номінальне ковзання двигуна.

З наведеного виразу видно, що у зв'язку з тим, що при змен­шенні величини U/U_н втрати в статі зменшуються, а в міді зроста­ють, функція  = f(U/U_н) має екстремум.

Мінімізацію витрат в електродвигуні та ЕМС в цілому в цьому разі можна забезпечити за допомогою екстремальної системи авто­матичного керування побудованої на основі тиристорного перетво­рювача напруги (ТПН). Структурну схему такої системи наведено на рис. 2.17.

Рисунок 2.17.

Момент двигуна

де ω₀ - синхронна швидкість асинхронного двигуна; - зведений опір ротора; R₁ - активний опір статора, х — загальний реактив­ний опір статора і ротора.

Ковзання двигуна

Динамічний момент

На рис. 3 також позначено:

Оскільки екстремальна система забезпечує керування за мініму­мом втрат електричної енергії в асинхронному двигуні, який приводить у рух технологічний об'єкт із майже сталою величиною М_с, то після його стрибкоподібної зміни електричний двигун - техно­логічний об'єкт можна розглядати як загальний складний енерге­тичний об'єкт з екстремальною характеристикою. Тиристорний пе­ретворювач напруги вважається безінерційною ланкою.

Алгоритм роботи екстремальної системи полягає в тому, що спочатку регулятор подає сигнал U_с, який забезпечує номінальне навантаження на статорі двигуна. Через деякий час Δt, достатній для завершення перехідного процесу в ЕМС, визначаються і запам'я­товуються підсумкові втрати потужності , після чого визначають­ся втрати , що відповідають зменшенню напруги на величину ΔU.

Якщо - = ΔР > 0, то система робить крок у тому ж напрямі, знаходячи відповідне значення ΔР. Якщо ΔР < 0, що означає про­ходження точки екстремуму, то система робить крок у зворотному напрямі.

Прийнятий алгоритм роботи системи передбачає можливість виникнення автоколивань.

Підвищення якості екстремальної системи потребує зниження частоти її кроків. Система найбільш придатна для технологічних ус­тановок, що працюють у тривалому режимі з приблизно сталим на­вантаженням при значній потужності, коли витрати на ускладнен­ня схеми керування досить швидко компенсуються економією вит­рат електроенергії.

Прикладами таких установок можуть слугувати вентиляторні, насосні, транспортні та інші установки великої потужності з відпо­відним режимом роботи.