ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

В современных условиях особенно острой становится проблема экономии электроэнергии при работе систем управления различными механизмами и станками.

Асинхронный двигатель (АД), ввиду простоты конструкции и надежности в работе, получил широкое распространение в промышленности, строительстве и сельском хозяйстве России. Известно, что в АД при моментах нагрузки на валу, меньших номинального значения, за счет изменения амплитуды питающего напряжения постоянной частоты можно получить минимум потерь, то есть обеспечить энергосберегающий режим работы.

Исследования, проведенные научным коллективом Л. П. Петрова (Одесский политехнический институт), показали, что близким по энергетическим показателям к режиму минимальных потерь в АД является минимум тока статора.

Научным коллективом под руководством Н. Ф. Ильинского (Московский энергетический институт) показано, что за счет регулирования амплитуды напряжения питания АД постоянной частоты, когда по технологическим причинам на значительной части рабочего цикла момент нагрузки в 2-3 раза меньше номинального, удается сэкономить до 15 % потребляемой энергии, снизить нагрев двигателя в 1,5-2 раза, повысить cosj при малой нагрузке на 30 %, тем самым уменьшив потери в подводящей линии.

Целесообразной областью применения АД с оптимальным по минимуму потребляемым током статора являются механизмы, работающие с нагрузкой, меньшей номинальной или имеющие перемежающийся режим работы ( s6) с номинальной нагрузкой.

Для регулирования напряжения постоянной частоты широкое применение получили тиристорные преобразователи переменного напряжения (ТПН).

Л. П. Петров отмечает, что задача оптимизации режимов АД по минимуму тока является задачей экстремального управления, и такие системы по способу достижения экстремума делятся на два типа:

1) системы с заранее заданной регулировочной характеристикой;

2) системы с автоматическим поиском экстремума.

Для практической реализации второго типа необходимо создание такой системы, которая осуществляла бы автоматический поиск минимума тока для каждого значения момента нагрузки. Это сопряжено с затратами на создание самой системы, и с увеличением точности работы системы эти затраты увеличиваются.

Поэтому более целесообразными, с практической точки зрения, являются системы первого типа. Такие системы управления имеют регулировочную характеристику, близкую к оптимальной, и являются субоптимальными. В качестве примера такой системы можно отметить систему с положительной обратной связью по току статора и нелинейной зависимостью коэффициента усиления от напряжения.

Н. Ф. Ильинским, Ю. В. Рожанковским и А. О. Горновым (МЭИ) делается вывод, что любой из способов энергетической оптимизации АД (по минимуму потерь, тока статора и потребляемой мощности) может быть реализован при поддержании постоянства скольжения (частоты вращения) АД. Показано, что минимум тока статора АД достигается при скольжении, определяемом из выражения:

где - параметры схемы замещения АД;

- приведенное к статорной обмотке активное сопротивление ротора;

х ₀ - реактивное сопротивление контура намагничивания.

В качестве примеров реализации такой системы приводятся система с обратной связью по частоте вращения (скольжению) и система с обратными связями по напряжению и току статора. В обоих случаях регулировочная характеристика системы, ввиду постоянства скольжения, носит астатический характер, а сама система является субоптимальной.

На кафедре "Электротехники" Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) в результате исследования характера электромеханических характеристик (зависимость ток - частота вращения) работы АД, управляемого от ТПН, было выявлено, что оптимальная кривая (соответствующая минимальным значениям тока статора АД при постоянных моментах нагрузки) приходится на частоты вращения, превышающие номинальную. Отсюда был сделан вывод о применимости для аппроксимации оптимальной кривой статической регулировочной характеристики. Был разработан практический вариант субоптимальной системы управления АД с обратной связью по частоте вращения и работающей при постоянном сигнале задания по частоте вращения со статическим регулятором. В качестве преобразователя переменного напряжения используется ТПН. Сигнал задания по частоте вращения выбирается, исходя из условия обеспечения минимума (или близкого к минимуму) тока статора АД на холостом ходу. Статический регулятор частоты вращения обеспечивает при моментах нагрузки, меньших номинального, работу АД на регулировочной характеристике, аппроксимирующей кривую оптимального по минимуму тока статора, а при нагрузке, близкой к номинальной (чуть меньше ее) - выход АД в режим работы на естественной характеристике.

Практически было установлено, что в такой системе, при требуемом коэффициенте усиления статического регулятора частоты вращения, наблюдаются неустойчивые режимы работы. Поэтому возникает задача исследования динамических свойств контура частоты вращения АД с учетом дискретного характера работы ТПН.

Для ограничения пусковых токов в рассматриваемой субоптимальной системе управления АД предусмотрен контур регулирования тока. На практике установлено, что такой контур может быть неустойчив. Эта задача также решена кафедрой Электротехники ЮУрГУ.