Минимизация мощности потерь электропривода с асинхронным двигателем
Задача снижения мощности потерь энергии электропривода с асинхронным двигателем и векторной системой управления. Использование коэффициента мощности в качестве критерия энергоэффективности. Обзор системы векторного управления асинхронным двигателем.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.07.2018 |
| Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Минимизация мощности потерь электропривода с асинхронным двигателем
Пугачев А.А., Космодамианский А.С., Бондаренко Д.А.
Приведена задача снижения мощности потерь энергии электропривода с асинхронным двигателем и векторной системой управления. Предложено в качестве критерия энергоэффективности использовать коэффициент мощности. Рассмотрена система векторного управления асинхронным двигателем, обеспечивающая заданное значение коэффициента мощности.
The problem of power losses of electric drive with vector-controlled induction motor is presented. It is proposed to use the power factor for power losses minimization control. The vector control system of induction motor to maintain the reference value of power factor is considered.
Примерно половина всей электроэнергии, вырабатываемой в мире, потребляется электроприводами, большая часть из которых - электроприводы с асинхронными двигателями. За последние полтора-два десятка лет вышло достаточно большое количество разнообразных научных работ, посвященных проблеме минимизации мощности потерь энергии в электроприводе с асинхронным двигателем [1 - 3 и др.]. Несмотря на то, что в ряде из них получены приемлемые для практической реализации результаты, все еще нет единого общепризнанного подхода для решения проблемы. мощность потеря энергия асинхронный
Распространенным методом минимизации потерь является поиск такой рабочей точки, в которой входная электрическая мощность будет иметь минимальное значение для заданных параметров механического движения (частота вращения и момент) [3]. Требуемая рабочая точка может быть найдена регулированием соотношения напряжение / частота тока статора (U/f), применением нечеткого регулятора или адаптивным регулятором. Режим работы электропривода, соответствующий минимальной мощности потерь энергии, обеспечивается пошаговым, дискретным изменением магнитного потока Главное преимущество подобных систем - независимость качества управления от значения параметров схемы замещения асинхронного двигателя. Недостаток данного подхода - необходимость сверхточного измерения электрической мощности в режиме реального времени для исключения появления колебательных процессов в режиме минимума мощности.
Другой вариант решения задачи минимизации потерь - использование аналитических методов. В этом случае мощность потерь энергии вычисляется по известным выражениям; замкнутая система управления регулирует управляющие воздействия таким образом, чтобы добиться выхода в точку минимальными потерями энергии. Аналитические системы проще в реализации по отношению к поисковым система, однако им свойственен серьезный недостаток - зависимость качества управления от точности определения параметров схемы замещения.
В данной работе в качестве критерия энергоэффективности используется коэффициент мощности цепи статора, который может быть вычислен следующим образом:
где usu, usv, isu, isv - проекции напряжения и токов статора на соответствующие оси.
Мощность потерь ?Р:
После математических преобразований получим:
В приведенных выражениях приняты следующие обозначения: Rs, Rr,- сопротивления обмотки статора и ротора (приведенное к обмотке статора), соответственно; Ls, Lr, Lм - полные индуктивности рассеяния обмотки статора, ротора (приведенная к обмотке статора) и взаимоиндуктивность соответственно; щ, щ0 - частоты вращения вала ротора и магнитного поля статора соответственно; iru, irv - проекции тока ротора и ротора на соответствующие оси, шµ - главное потокосцепление, Кв и Кг - коэффициенты, учитывающие потери на вихревые токи и гистерезис в магниопроводе статора соответственно.
На основании математической модели асинхронного двигателя в ортогональных осях u, v, вращающихся с частотой вращения вала ротора [], выразим зависимость коэффициента мощности от мощности потерь:
Графически зависимость коэффициента мощности и мощности потерь от тока статора показана на рис. 1.
а) б)
Рис. 1. Зависимость мощности потерь ?Р (а) и коэффициента мощности km (б) от тока статора isu асинхронного двигателя мощностью 1,5 кВт
(момент сопротивления Мс1=5Мс2= Мн, где Мн - номинальный Мс )
Из графиков, приведенных на рис. 1 видно, что режим минимума мощности потерь и максимума коэффициента мощности не вполне соответствуют друг другу с точки зрения значения тока статора. Также следует отметить, что значение коэффициента мощности, соответствующее минимуму мощности потерь находится на наиболее крутом участке зависимости km=f(isu). Приведенные кривые были получены дл номинальной частоты вращения, с уменьшением частоты вращения режимы максимума km и минимума ?Р приближаются друг к другу. Структурная схема системы векторного управления, реализующей поддержание постоянства km приведена на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема системы векторного управления (ДС - датчик частоты вращения вала ротора, АИН - автономный инвертор напряжения, АД - асинхронный двигатель)
Результаты моделирования предложенной системы управления в программе MatLab показали, что наибольший эффект достигается в области частичных нагрузок. Так при номинальном моменте сопротивления мощность потерь уменьшается на 2…3%, в то время как при нагрузках Мс=0,2 Мн, уменьшение мощности потерь составляет 15…18%. Также результаты моделирования продемонстрировали удовлетворительную динамику отработки задающих и возмущающих воздействий.
Литература
1. Поляков, В.Н. Энергоэффективные режимы регулируемых электроприводов / В.Н. Поляков // авторефер. дисс. … докт. техн. наук. - Екатеринбург, 2009. - 41 с.
2. An efficiency-optimization controller for induction motor drives / M.E.H. Benbouzid, N.S. Nait Said // IEEE Power Engineering Review, Vol. 18, Issue 5, pp. 63 -64, 1998.
3. Космодамианский, А.С. Моделирование электропривода с асинхронным двигателем в режиме минимума мощности потерь / А.С. Космодамианский, В.И. Воробьев, А.А. Пугачев / // Электротехника. - 2012. - № 12. - C. 26 - 31
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Разработка системы управления асинхронным двигателем на базе однокристального микроконтроллера, удовлетворяющей современным технологическим требованиям. Определение возможных вариантов и выбор рациональной системы электропривода и электродвигателя.
дипломная работа [377,6 K], добавлен 09.04.2012Основные принципы построения транзисторного преобразователя для управления трехфазным асинхронным двигателем. Анализ схемной реализации устройства. Статический расчет транзисторного ключа. Расчет элементов формирующих линию включения транзисторов.
курсовая работа [390,0 K], добавлен 15.02.2017Расчет и построение механической характеристики АД по паспортным данным, сбор и исследование его электрической схемы. Расчет основных механических характеристик: номинального и критического скольжения, угловой частоты вращения, пускового момента.
лабораторная работа [26,4 K], добавлен 12.01.2010Статическая нагрузочная диаграмма электропривода. Определение мощности резания для каждого перехода, коэффициента загрузки, мощности на валу двигателя, мощности потерь в станке при холостом ходе. Расчет машинного (рабочего) времени для каждого перехода.
контрольная работа [130,5 K], добавлен 30.03.2011Рассмотрение кинематической схемы лифта. Определение параметров нагрузки двигателя. Расчет параметров схемы замещения асинхронного двигателя по справочным данным. Вычисление IGBT транзистора по номинальному току. Описание модели двигателя в Simulink.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 27.12.2014Роль электротехники в развитии судостроения. Функциональная схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Принцип работы электрической схемы вентилятора. Технология монтажа электрической схемы, используемые материалы и инструменты.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 12.12.2009Краткое описание функциональной схемы электропривода с вентильным двигателем. Синтез контура тока и контура скорости. Датчик положения ротора. Бездатчиковое определение скорости вентильного двигателя. Релейный регулятор тока RRT, инвертор напряжения.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 30.03.2011Классификация потерь в системе электроснабжения промышленного предприятия. Влияние коэффициента мощности сети на потери электроэнергии. Пути уменьшения потерь в системе электроснабжения промышленных предприятий за счет компенсации реактивной мощности.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 08.06.2017Способы управления асинхронным двигателем. Ротор асинхронной машины типа "беличья клетка". Устройство, принцип работы, пусковые условия асинхронных электродвигателей с фазным ротором. Применение пускового реостата. Реостатный способ регулирования частоты.
реферат [860,5 K], добавлен 17.03.2012Обоснование, выбор и описание функциональной и структурной схемы электропривода. Разработка и характеристика принципиальной электросхемы и конструкции блока, определенного техническим заданием. Расчет и выбор элементов автоматизированного электропривода.
курсовая работа [198,1 K], добавлен 04.11.2012Разработка алгоритма и программы, реализующей расчет нагрузочных потерь активной мощности и электроэнергии. Использование среднеквадратического тока линии. Учет параметров П-образной схемы замещения. Определение суммарных годовых потерь электроэнергии.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 28.08.2013Разработка математической модели, описывающей все процессы, происходящие в системе управления двигателем переменного тока с последовательным возбуждением. Получение передаточных функций объекта. Временные и частотные характеристики, коррекция системы.
курсовая работа [680,8 K], добавлен 14.06.2014Определение токов в элементах сети и напряжений в ее узлах. Расчет потерь мощности в трансформаторах и линиях электропередач с равномерно распределенной нагрузкой. Приведенные и расчетные нагрузки потребителей. Мероприятия по снижению потерь мощности.
презентация [66,1 K], добавлен 20.10.2013Расчет системы автоматизированного электропривода рабочей машины. Определение мощности асинхронного двигателя привода. Проверка правильности выбора мощности двигателя по нагреву методом средних потерь. Расчет механической характеристики рабочей машины.
курсовая работа [334,3 K], добавлен 24.03.2015Требования, предъявляемые к системе электропривода УЭЦН. Качественный выбор электрооборудования для насосной станции. Расчет мощности электродвигателя и выбор системы электропривода. Анализ динамических процессов в замкнутой системе электропривода.
курсовая работа [369,8 K], добавлен 03.05.2015Снижение потерь путем принудительного изменения потокораспределения. Суммарные потери мощности в сети. Способы создания принудительного экономического потокораспределения. Снижение коммерческих потерь электрической энергии, система контроля потребления.
презентация [2,2 M], добавлен 26.10.2013Расчет мощности электропривода механизма передвижения моста металлургического крана грузоподъемностью 200 тонн. Модернизация системы управления скоростью вращения электропривода, замена схемы управления на импульсную. Выбор аппаратуры управления и защиты.
курсовая работа [9,0 M], добавлен 25.04.2015Виды потерь мощности в асинхронной машине (АСМ), особенности их определения. Электрические (переменные) и магнитные (постоянные) потери. Расчет потерь в меди статора и ротора, в стали статора, механические потери. Регулирование частоты вращения АСМ.
презентация [1,7 M], добавлен 21.10.2013Обзор технологии Smart Grid. Учет электрической мощности. Системы генерации электроэнергии, интеллектуальные микрогриды. Главные особенности компенсации потерь. Соотношение потерь на участке "поставщик – потребитель". Общие конфигурации энергосетей.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 04.01.2015Выбор основного силового оборудования системы электропривода. Технологии процесса и требования к электроприводу магистральных насосов. Расчет мощности и выбор системы электропривода. Анализ динамических процессов разомкнутой системы электропривода.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 12.11.2012
