Размещено на http://www.allbest.ru/

Регулирование энергетических показателей узла нагрузки с асинхронными двигателями путем изменения напряжения

В данной статье рассматривается вопрос нахождения оптимального уровня напряжения для асинхронного двигателя с целью увеличения коэффициента мощности. Для решения этой задачи был составлен алгоритм определения оптимальной величины напряжения и написана программа. В результате было определено, что для повышения коэффициента мощности двигателей, работающих при малой загрузке, целесообразно снижать величину напряжения даже ниже установленных ГОСТ значений.

Одним из основных потребителей электрической энергии являются асинхронные двигатели. Одним из способов повышения энергоэффективности как самих двигателей, так и системы электроснабжения в целом является регулирование режимов электродвигателей. Существует несколько основных способов регулирования параметров асинхронных двигателей, но в последнее время наиболее популярным становится частотное управление, суть которого сводится к регулированию частоты питающего двигатель напряжения, при этом, как правило, изменяют и величину питающего напряжения. Такое управление реализуется с помощью частотных преобразователей, стоимость которых весьма велика. Применение таких дорогостоящих устройств не всегда оправдано и требует технико-экономического обоснования. В ряде случаев можно использовать менее дорогостоящие, но тем не менее эффективные способы управления режимами работы асинхронных двигателей. Одним из таких способов является регулирование величины питающего напряжения. В статье оценивается влияние величины напряжения на основные характеристики асинхронного двигателя при разных относительных моментах сопротивления. [1]

Энергетическая эффективность асинхронных двигателей тесно связана с их режимами работы. Номинальные параметры, указанные в документации к двигателям средней и большой мощности являются достаточно высокими, но присутствуют только в номинальных режимах работы - при номинальном напряжении и нагрузке. Но в не номинальных (работа при нагрузках, меньших номинальной) или переходных (пуск, торможение, регулирование скорости) режимах работы характеристики асинхронных двигателей заметно ухудшаются. Учитывая то, что асинхронные двигатели представляют значительную часть всех электроприемников в энергосистемах, от энергоэффективности двигателей во многом зависит энергоэффективность электрических сетей.

Таким образом, задачей исследования является определение оптимального уровня напряжения, при котором наблюдается максимальное значение коэффициента мощности.

Для электроприемников согласно ГОСТ 32144-2013 установлены длительно допустимые значения напряжений, которые должны отличаться от номинального значения не более чем на ± 10% (отклонения напряжения). Это в целом справедливо и позволяет достаточно эффективно эксплуатировать системы электроснабжения.

Однако, при номинальном или близком к нему напряжении энергетические показатели малозагруженного асинхронного двигателя оказываются хуже, чем при некоторых других значениях напряжения [2]. Таким образом, возникает задача по определению оптимального уровня напряжения, при котором будет наблюдаться максимальный коэффициент мощности при неполной загрузке асинхронного двигателя. В этой задаче основным ограничением является устойчивость работы двигателя. Поэтому, в наших рассуждениях примем допущение о постоянстве по величине момента нагрузки на валу двигателя.

Для решения задачи по определению оптимального уровня напряжения, при котором наблюдается максимальный коэффициент мощности асинхронного двигателя был составлен алгоритм, основываясь на [2]. Блок-схема алгоритма представлена на рисунке 1.

Основные формулы, используемые в алгоритме:

- относительный момент сопротивления;

- фактическое значение напряжения;

- отношение номинального тока холостого хода к номинальному току статора;

;

- отношение приведенного номинального значения тока ротора к номинальному току статора;

- кратность максимального момента при напряжении U1;

- отношение приведенного тока ротора при напряжении U1 к номинальному току статора;

- отношение тока холостого хода к току статора при напряжении U1;

;

- отношение тока статора при напряжении U1 к номинальному току статора;

Рис. 1. Алгоритм определения оптимального уровня напряжения, при котором наблюдается максимальный коэффициент мощности

Результаты экспериментов

Результатом данной работы является написанная программа по предварительно представленному алгоритму, которая рассчитывает по номинальным параметрам и величине нагрузки на валу асинхронного двигателя оптимальную величину напряжения, при которой наблюдается максимальное значение коэффициента мощности. Было установлено, что при нагрузке близкой к номинальной оптимальная величина напряжения близка к номинальному напряжения, а в случаях уменьшения нагрузки на валу двигателя максимальное значение коэффициента мощности наблюдается при напряжении значительно отличающимся от номинального.

Интерфейс написанной программы представлен на рисунке 2.

Рис. 2. Интерфейс программы

асинхронный энергетический двигатель

Обсуждение результатов

Во время проведения моделирования по установлению оптимальной величины напряжения были использованы различные характеристики асинхронных двигателей. В результате подстановки номинальных параметров различных асинхронных двигателей было установлено, что представленная методика расчета справедлива только для двигателей с номинальным коэффициентом мощности выше 0,9; а также что влияние bном на конечный результат не значительно, изменение оптимального значения напряжения колеблется в пределах 1%. Номинальный коэффициент мощности также не оказывает значительного влияния на величину оптимального напряжения, но это справедливо лишь для двигателей, у которых cosц ? 0,9.

Выводы

асинхронный энергетический двигатель

В статье показана зависимость коэффициента мощности асинхронного двигателя от уровня напряжения, а также представлена его тесная связь с величиной загрузки двигателя. При малых нагрузках на двигатель максимальное значение коэффициента мощности наблюдается при напряжении меньше 80% номинального.

Это позволяет сделать вывод о целесообразности снижения напряжения питания асинхронных двигателей при малых нагрузках на валу для повышения их энергоэффективности, принимая при этом в учет фактор устойчивости работы двигателя, а также потери в питающей двигатель сети, которые при снижении напряжения будут возрастать.

Список литературы

1.Шульга К.С. Повышение энергоэффективности малозагруженных асинхронных двигателей путем регулирования напряжения / К.С. Шульга, П.В. Рысев, Д.В. Рысев, С.Ю. Прусс // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность! - 2017. - №1. - С. 192-195.

2.Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / И.А. Сыромятников; под ред. Мамиконянца. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 240 с.

Размещено на Allbest.ru