УДК 62-83:621.313.333	О.А. Андрющенко, д-р техн. наук, А.А. Бойко
ЭЛЕКТРОПРИВОД "ТПНАД" С СИСТЕМОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ЭНЕРГЕТИКИ
Розглянуто асинхронний електропривод з системою оптимізації енергетики. Описано алгоритм керування цією системою. Наведено схему системи і результати роботи, що отримані за допомогою моделі.	Актуальность требования экономии энергии в асинхронном электроприводе повышает интерес к системам, которые позволяют это реализовывать на практике. Электропривод с тиристорным преобразователем напряжения (ТПН) в области номинального скольжения позволяет решать проблему при работе на искусственных характеристиках с лучшей энергетикой, чем на рабочем участке естественной характеристики [3]. Понятие энергетики в данном случае отражает энергетические показатели двигателя, в первую очередь, тепловые потери и коэффициент мощности. Режим, в котором при прочих условиях в двигателе обеспечивается минимум потерь и максимум коэффициента мощности, можно считать оптимальным по энергетическим показателям. Известно, что существует некоторое оптимальное значение скольжения, при котором сумма потерь в асинхронном двигателе (АД) минимально. Это значение где DР0н потери на намагничивание при номинальной нагрузке, DРн гн - суммарные потери в меди статора и ротора от тока нагрузки. Поддерживая постоянной величину Sопт регулированием выходного напряжения ТПН, можно добиться работы АД на искусственной характеристике, оптимальной по критерию минимума потерь мощности в диапазоне рабочих моментов от нуля до некоторого граничного значения, определяемого формулой: При нагрузке М>Мгр необходимо переходить на естественную характеристику, так как потери в двигателе на искусственной характеристике превысят потери на
Рассмотрен асинхронный электропривод с системой оптимизации энергетики. Описан алгоритм управления этой системой. Приведена схема системы и результаты работы, полученные при помощи модели.
The electric induction drive with a system of optimization of power is reviewed. The control algorithm is described. The scheme of a system and the results of activities are obtained through the model. © Андрющенко О.А., Бойко А.А., 2001

естественной. Значение М_гр не зависит от текущей нагрузки на валу АД, оно определяется только параметрами конкретного асинхронного двигателя. Для различных типов двигателей серии 4А значение М_гр составляет от 0,3М_н до 1,5 М_н.

Техническая реализация оптимизации энергопотребления в установившемся режиме возможна только в замкнутых системах. Однако использовать обратную связь по скольжению (скорости) нецелесообразно, так как работа системы происходит в области, близкой к номинальному скольжению. Это предъявляет жесткие требования к точности измеряемой величины и не всегда оправдано. Наиболее перспективным является способ, основанный на свойстве постоянства коэффициента мощности в режиме оптимизации. Сигналами обратной связи в данном случае являются углы запаздывания окончания токов статора АД d. По аналогии с оптимальным скольжением для каждого АД существует d_опт, при работе с которым потери мощности оказываются минимальными. Он определяется по формуле [1]:

(3)

где Q_1н, - номинальная реактивная мощность АД; Р₁ - активная мощность, потребляемая АД из сети при работе на естественной характеристике, если М_с=М_гр; w₀ - скорость идеального холостого хода; DP_м1 н - потери в меди статора от тока нагрузки при номинальном моменте.

Структурная схема такой системы автоматической оптимизации энергетики (САО) изображена на рис. 1. Она состоит из: БФЗ блока формирования задающего сигнала (задает сигнал управления в функции угла d_опт ) ; КУФА , КУФВ, КУФС - каналов управления соответствующими фазами АД; КОСФА, КОСФВ, КОСФС - каналов обратной связи этих фаз; ТПН - тиристорного преобразователя напряжения; АД - асинхронного двигателя. В состав каждого из каналов управления входит ПИрегулятор угла d и система импульснофазового управления (СИФУ). В канал обратной связи каждой из фаз АД входят: датчик угла d, измеряющий угол запаздывания тока в каждом полупериоде напряжения ТПН и преобразующий значение угла в напряжение обратной связи; элемент памяти, хранящий значение напряжения обратной связи, которое обновляется через интервал времени t = 0,01 c.

Действие системы оптимизации энергетики начинается после окончания переходного процесса пуска АД. Логика действия состоит в том, что при уменьшении нагрузки на валу АД (увеличении d) действие обратной связи приводит к уменьшению выходного напряжения ТПН. Вследствие этого удается поддерживать угол d равным dопт. В области моментов М_гр<М<М_н угол d < d_опт, что обусловливает работу АД на естественной механической характеристике, исключая действие каналов обратной связи.

Исследование оптимизации выполнялось путем моделирования САО. Программа разрабатывалась на основе полной модели АД с последующим моделированием ТПН и замкнутой системы. При моделировании асинхронного двигателя учитывались его нелинейности, а тиристорный преобразователь описывался с учетом коммутации вентилей. Разработанная программа позволяет качественно и количественно оценить показатели работы асинхронного двигателя на естественной характеристике, а также после оптимизации во всем диапазоне рабочих моментов нагрузки.

Исследование производилось для ряда асинхронных двигателей серии 4А. В табл. 1 приведены характерные расчетные значения М_гр и оптимальных d для указанных двигателей. На рис. 2 изображены графики потерь для двигателей: а) 4A90L4, б) 4AС132M8, в) 4AP160M8, г) 4A315S12 на естественной и оптимальной характеристиках. В табл. 2 приведены численные значения относительных потерь.

	естественной характеристике;
	регулировочной оптимальной характеристике

Это позволяет количественно оценить области возможной экономии энергии. Расчетная методика предполагает, что оптимальные характеристики представляют собой прямые, проходящие через точки М_гр и начала координат [1]. Однако учет нелинейностей АД приводит к некоторому искажению формы оптимальных характеристик. При моментах М < 0,1М_н вступают в силу естественные ограничения ТПН, что не дает возможности полностью исключить потери в приводе. Несмотря на это режим оптимизации позволяет избавиться от свойственного асинхронным двигателям недостатка уменьшения коэффициента мощности при снижении нагрузки.

Таблица 1

Таблица 2

Принципиально систему автоматической оптимизации возможно реализовать на основе ТПН с синхронизацией как по напряжению сети (СН), так и по току нагрузки (СТ). Однако результаты моделирования выявили в замкнутой системе при синхронизации по напряжению сети для некоторых АД колебания, присущие разомкнутым системам ТПН-АД [2]. Это обстоятельство вынуждает рекомендовать системы с СТ как предпочтительные.

1. Андрющенко О.А., Вычужанин А.А., Бабийчук О.Б. Оптимизация энергетических характеристик асинхронного двигателя, управляемого тиристорным преобразователем напряжения в установившемся режиме работы.// Изв. Вузов. Электромех., 1992. №4. С.72-78.
2. Бойко А.А. Динамические свойства асинхронных электродвигателей. // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. Научнтехн. журн. - Херсон: ХГТУ, 2000.- № 2 (7). - С. 75-80.
3. Тиристорные преобразователи напряжения для асинхронного электропривода/ Л.П. Петров, О.А.Андрющенко, В.И. Капинос и др. - М.: Энергоатомиздат, 1986. -200 с.

Получено 17.04.01