Сокращение потерь в электродвигатели при частотном регулировании за счет корректировки закона регулирования преобразователя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сокращение потерь в электродвигатели при частотном регулировании за счет корректировки закона регулирования преобразователя

Шляхтин С.А.,

аспирант, ФГОУВПО "Российский государственный университет туризма и сервиса", г. Москва

Аннотация

Рассматриваются энергетические и механические характеристики, которые представляются в виде математических зависимостей от коэффициентов изменения частоты, напряжения и скольжения двигателя.

Ключевые: амплитуда напряжения, частота напряжения, энергоэкономный режим, безаварийная работа.

Для обеспечения требуемых характеристик двигателя и получения высоких энергетических показателей одновременно с изменением частоты [1] необходимо менять и величину питающего напряжения по определенному закону. Известен способ управления синхронными двигателями, являющийся прототипом и заключающийся в том, что одновременно изменяют частоту и действующее значение напряжения преобразователя [2].

При работе преобразователя изменение частоты всегда сопровождается изменением амплитуды выходного напряжения, между которыми существует математическая зависимость. Эта зависимость в практике эксплуатации насосов, работающих без статических давлений (противодавлений), неизменно устанавливается степенной, с показателем равным двум. Вместе с тем амплитуда напряжения влияет на потери и нагрев.

Снижение потерь в двигателе является одним из основных вопросов рационального управления частотного привода. Он заключается в оптимальном, по условию минимума потерь, соотношении между амплитудой и частотой напряжения, питающего двигатель в процессе регулирования [2]. двигатель привод энергетический потеря

Необходимо определить это соотношение для электронасоса, поскольку минимум потерь обеспечит энергоэкономный режим и допустимый нагрев для его безаварийной работы [3].

Частотный способ управления основан на законе М.П. Костенко [4], установившем, что относительное действующее значение напряжения необходимо изменять пропорционально произведению частоты на корень квадратный из относительного момента двигателя.

Общий закон оптимального управления напряжением

, (1)

где - соответственно относительные значения напряжения, частоты и момента на валу двигателя (за базовые величины приняты их номинальные значения).

Для нормальной работы механизма с электроприводом необходимо, чтобы механическая характеристика привода

,

где -- относительная частота вращения электродвигателя, соответствовала механической характеристике механизма.

В случае когда нагрузкой двигателя является вентилятор, момент сопротивления которого зависит от частоты вращения (или от частоты питающего напряжения) в функции квадрат , то, согласно формуле (1), закон управления напряжением при вентиляторной нагрузки будет иметь вид

. (2)

Для частотно-регулируемого электронасоса, отличительной особенностью которого является режим работы с напором стабилизации , механическая характеристика будет иметь вид отличный от вентиляторной (рис. 1). Здесь противодавление выражено в относительных единицах. За базовую величину принято давление насоса при расходе, равном нулю.

Поскольку закон управления, описываемый формулой (1), предусматривает регулирование напряжения, а следовательно, и потока непрерывно, соответственно изменению нагрузки, можно говорить о прямой пропорциональности напряжения и момента, т.е. .

Данный факт позволяет говорить об идентичности графиков механической характеристики и закона управления, что и является условием работы двигателя в режиме минимальных потерь и нагрева.

Чтобы это условие выполнялось в случае, когда механическая характеристика насоса отлична от квадратичной характеристики, необходимо выбрать закон управления напряжением преобразователя согласно формуле (1), где учитывалась бы механическая характеристика насоса, работающего с противодавлением (рис.1).

Рис. 1. Механическая характеристика насоса для различных значений статического напора

Преобразователь частоты имеет различные виды настроек, в т.ч. выбор и ввод в процессор преобразователя четырех зависимостей при различных значениях n = 1,5; 1,7; 2; 3, а также произвольной зависимости.

Поскольку произвольная зависимость создается двумя линейными графиками, то имеет смысл представить механические характеристики прямыми вида

.

Закон управления напряжением будет описываться другим выражением, полученным следующим образом. Относительная частота вращения определяется соотношением

,

где --

параметр абсолютного скольжения, рассматриваемый как промежуточный параметр нагрузки, - частота ротора [2]. Управление по закону, описываемому формулой (1), не обеспечивает полный минимум потерь в двигатели при всех частотах. Двигатель будет работать с минимальными потерями, если изменение частоты будет сопровождаться изменением напряжения соответственно моменту нагрузки так, чтобы имело определенное значение. Это значение находим из условия минимума электромагнитных потерь

.

В [2] показано, что для практических расчетов абсолютное скольжение можно принять постоянным , где - номинальное скольжение.

Подставляя в формулу (1) выражение механической характеристики в виде линейной функции и заменяя частоту вращения ее выражением через частоту и абсолютное скольжение, получаем закон управления в следующем виде

. (3)

Управление напряжением, согласно формуле (3), обеспечит меньшую величину потерь по сравнению с управлением по зависимости (2), а, следовательно, и меньший нагрев двигателя.

Коэффициенты B и C в формуле (3) имеют различные значения для различных , поэтому при смене "диктующих" точек необходимо корректировать закон управления, а значит и эти коэффициенты. В противном случае электронасос будет работать с завышенными потерями и энергопотреблением.

Выводы

Экономия электроэнергии, обусловленная сокращением потерь в электродвигателе насоса при частотном регулировании за счет корректировки закона регулирования преобразователя, обеспечивающей соответствие механической характеристики насоса, работающего в режиме стабилизации давления, может достигать 15%.

Литература

1. Воздвиженский В.Б., Кошелев Н.И. Частотно-регулируемый привод. К вопросу установки на электродвигателях насосов холодного водоснабжения ЦТП // Энергосбережение. 2005. № 6. С. 66--69.

2. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными двигателями. М.: Наука, 1996.

3. Гришин А.П. Резервы экономии электроэнергии на ЦТП // Энергосбережение. 2007. № 8. С. 32--35.

4. Костенко М.П. Работа многофазного асинхронного двигателя при переменном числе периодов // Электричество. 1925. № 2.

Размещено на Allbest.ru