Научная работа: Енергозбереження в електроприводах насосних агрегатів (на прикладі ВАТ "Полтававодоканал")

(4.1.11)

де .

При ідеальному підтримуванні електромагнітна постійна Т_э в структурі на мал. 4.1.3 дорівнює нулю. Але практично в зв'язку з неточностями компенсації можливі прояви електромагнітної інерції треба враховувати малу некомпенсовану постійну Т_э .

На увагу заслуговують також такі закони керування, які забезпечують зниження втрат енергії, що виділяється в двигуні. Зокрема керування близьке до оптимального по критерію мінімума втрат, здійснюється при підтримуванні абсолютного ковзання, яке рівне критичному при всіх навантаженнях . Цій умові при кожному моменті відповідає найменше значення струму статора.

При використанні такого керування слід враховувати, що при зменшенні навантаження від М_ном до 0 зниження втрат досягається за рахунок струму намагнічування, тобто потоку машини. А це означає, що при керуванні при основний потік змінюється в широких межах, що призводить до сильного впливу електромагнвтної інерції, який суттєво знижує швидкодію при регулюванні координат.

ККД системи ПЧ – АД з вентильним перетворювачем дещо нище, якщо є ланка постійного струму, так як при цьому перетворення напруги і струму відбувається двічі.

Коефіцієнт потужності в цій системі близький до значення коефіцієнта потужності в системі ТП – Д, якщо в якості ланки постійного струму використати тиристорний перетворювач.

4.2 Особливості енергетики вентильних електроприводів

Для регулюємих електроприводів найбільш загальним і ефективним шляхом вирішення проблеми енергозбереження на даному етапі є використання вентильних перетворювачів. При використанні сучасних напівпровідникових пристроїв – тиристорів, транзисторів в різноманітних виконаннях, ККД перетворювачів достатньо великий. Так для тиристорного перетворювача з m – фазною схемою випрямлення, в якій на інтервалі провідності обтікаються струмом n послідовно увімкнених вентилів його можна оцінити за допомогою співвідношення:

(4.2.1)

де - ККД силового трансформатора, який забезпечує потенціальну розв'язку силових ланцюгів електропривода та обмеження струмів короткого замикання при пробоях тиристорів. - падіння напруги на вентилі; - номінальна вихідна напруга перетворювача.

Якщо з достатнім запасом прийняти , то для мостової схеми перетворювача (n=2) при U₁ =380 В і U_т.п.ном =440 В ККД керованого випрямляча складе:

Те ж значення отримаємо і для перетворювача з нульовою схемою випрямлення (n=1), Але при тій же напрузі живлення номінальна напруга перетворювача в 2 рази менша. Для трансформаторів 10 – 1000 кВт значення ККД лежать в межах 0,95 – 0,98, тобто:

Доцільно співставити з електромашинним перетворювальним агрегатом для системи генератор – двигун – його ККД при потужності 1000 кВТ складе:

Таким чином, в цьому випадку заміна системи генератор – двигун системою тиристорний перетворювач – двигун дозволяє економити близько 7% споживаної енергії і знизити втрати в перетворювальному агрегаті приблизно в 3 рази. Це суттєве підвищення енергетичної ефективності електропривода.

Але оцінку енергетичної ефективності вентильних електроприводів на основі обліку втрат в перетворювальному агрегаті необхідно доповнити оцінкою негативних властивостей вентильних електроприводів, пов'язаних з дискретним принципом перетворення і регулювання напруги перетворювачів. Ці особливості реалізуються в двох головних напрямках – всередині електропривода в результаті впливу форми струмів і напруг, які формує перетворювач, на роботу двигуна і в системі електропостачання в результаті впливу споживаних перетворювачем струмів на роботу живильної мережі.

Основу сучасної перетворювальної техніки складають тиристори з природною комутацією. При природній комутації реалізується максимальна простота схемотехніки, відсутність перенапруг, мінімальна маса, габарити і вартість перетворювачів.

Напруга і струм, які формує перетворювач з природньою комутацією для фази асинхронного двигуна в системі перетворювач частоти – асинхронний двигун визначається пульсністю перетворювача m, кутом регулювання α, ЕРС обертання в навантаженні е і індуктивністю силового ланцюга двигуна L. Напруга навіть при формуванні постійного струму періодичну несинусоїдальну залежність з періодом . Як наслідок струм, який протікає в навантаженні, містить пульсації відносного заданого значення, яке збільшується при збільшенні кута регулювання α. Якщо індуктивність силового ланцюга невелика, пульсації струму значні і при зменшенні його середнього значення струм стає уривчастим. Так в системі НПЧ – АД при m=3 зона уривчастого струму відповідає зміні навантаження двигуна і відповідно, струму статора в межах від холостого ходу до (0,6 – 0,8)І_1ном , при m=6 вона знижується і практично проявляється лише на холостому ході.

Корисну роботу електропривода визначає середній момент, тобто перша гармоніка струму двигуна змінного струму. Пульсації струму при потрібному моменті створюють додаткові втрати в опорах якірного ланцюга, викликають додатковий нагрів двигуна, тому повинні обмежуватись на допустимому рівні. Режим уривчастого струму і моменту двигуна для швидкодіючих приводів з преціозним регулюванням швидкості може викликати недопустиму нерівномірність руху двигуна механізма. В цьому та іншому випадку знизити пульсації струму та обмежити уривчастого струму можна шляхом введення згладжую чого реактора або вибором тиристорного перетворювача більшої пульсності. Згладжуючий реактор – простіше і дешевше рішення, але додаються втрати в його обмотці, перетворювач з великим m гарний, але досить дорогий. Якщо маємо справу з проектуванням системи НПЧ – АД, необхідно враховувати, що введення згладжуючого дроселя в кожну фазу двигуна в номінальному режимі може потребувати збільшення номінальної напруги перетворювача та інші аналогічні ефекти.

Для електроприводів середньої і великої потужності головні енергетичні проблеми лежать в сфері взаємодії електропривода з живлячою мережею і в багатьох випадках на вибір системи електропривода виявляють вирішальний вплив її показники якості енергоспоживання. Дискретний фазо – імпульсний принцип управління тиристорними перетворювачами, несинусоїдальність напруги і струму навантаження викликають зсув споживаного із мережі струму і спотворення його форми. Якщо якимось шляхом визначити (наприклад, виміряти) споживану із мережі активну потужність Р, діюче значення споживаного із мережі струму І₁ і напруги мережі U₁ , можна проаналізувати складові енергоспоживання вентильного електропривода.

Повна потужність (максимальна активна потужність, яку споживав би електропривод при даних І₁ та U₁ , якщо б не було зсуву і спотворень):

(4.2.2)

Активна потужність являє собою середнє значення миттєвої потужності за цикл:

(4.2.3)

де u₁ і i₁ – миттєві значення напруги і струму.

Повна реактивна потужність обумовлена наявністю зсуву у вищих гармоніках струму:

(4.2.4)