04 марта 2016г.
В последние десятилетия прослеживается тенденция массового перехода от приводов постоянного тока к частотно-регулируемым электроприводам переменного тока. Это связано с активным развитием силовой электроники и микропроцессорной техники. Данное направление весьма перспективно благодаря невысокой стоимости машин переменного тока, меньшими массогабаритными показателями, простоте конструкции по сравнению с двигателями постоянного тока (ДПТ).
В настоящее время во исполнение закона РФ от 23.11.2009 №261 – ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» развернута систематическая работа по реализации электроэнергетической стратегии России на период до 2020 года, где одним из путей энергосбережения указан переход к частотно-регулируемым электроприводам.
Закон указывает на необходимость проведения энергетического обследования, в частности, в отношении технологического процесса, с целью
- получения объективных данных об объеме используемых энергетических ресурсов;
- определения показателей энергетической эффективности;
- определения потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности;
- разработки перечня типовых, общедоступных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и проведению их стоимостной оценки.
Внедрение представленных выше задач позволит выбирать энергоэффективные режимы электроустановок при различных уровнях нагрузки или вырабатывать рекомендации по повышению энергоэффективности электроустановок.
Цель работы – разработка системы мониторинга энергетических показателей асинхронного частотно- регулируемого электропривода в рабочем состоянии.
Задачи исследования:
1. Построить структурную схему системы мониторинга.
2. Разработать алгоритм работы системы мониторинга.
Система мониторинга энергетических показателей асинхронного частотно-регулируемого электропривода в рабочем состоянии (рис. 1) состоит из трех бесконтактных датчиков тока (ДТ) APPA 39T(до 1000А), трех датчиков напряжения (ДН) SV025 (до 1000 В)блока питания (БП), АЦП NIUSB6008 (10 бит, 10 кГц); ноутбука (ПК) с комплектом прикладного программного обеспечения (ПО), реализованного в среде LabVIEW, для проведения измерений, расчетов, визуализации, сохранения результатов и выдачи протокола испытаний. Электронные блоки, датчики тока, щупы для измерения напряжения и ноутбук с прикладной программой размещены в ударопрочном кейсе.
Энергетическая эффективность электроприводов, построенных на базе системы «ПЧ - АД», принято оценивать по показателям, называемым энергетическими характеристиками, а именно: мощность, подводимая к обмоткам статора; электромагнитная мощность; механическая мощность; мощность потерь в активном сопротивлении обмотки статора; мощность потерь в обмотке ротора; магнитные потери в статоре, к.п.д., коэффициент мощности.
Алгоритм определения энергетических характеристик состоит из следующих этапов:
1. Измерение мгновенных значений токов и напряжений статора u1A ,u1B ,u1C ;i1A ,i1B ,i1C .
2. Определение активных и индуктивных сопротивлений по каталожным данным двигателяR1 , R2 , X1 , X 2 , X m .
3. Определение активного сопротивленияRm намагничивающего контура.
4. Определение модуля пространственного вектора напряжения статора по мгновенным значениям напряжения U1 .
5. Определение модуля пространственного вектора тока статора I1 по мгновенным значениям.
6. Определение угла запаздывания вектора тока холостого хода от вектора напряжения статора υ0.
7. Определение угла υU вектора напряжения статора U1 .
8. Определение угла υIпространственного вектора тока статора I1 .
9. Определение угла υ1 запаздывания вектора I1 тока статора от вектора U1 напряжения статора.
10. Расчет по каталожным данным вектора тока холостого хода I0.
11. Расчѐтмодуля вектора тока ротора I&2¢ .
12. Расчѐт максимального значения тока ротора I&2¢ max .
13. Выбор масштаба сопротивлений mz по ГОСТ 7217-87.
14. Выбор масштаба токов mI в соответствии с ГОСТ 7217-87.
15. Выбор масштабов мощностей mP в соответствии с ГОСТ 7217-87.
16. Расчет координат точекL, M, R, S круговой диаграммы.
17. Определение мощности, подводимой из сети к статоруP1АД.
18. Определение мощности, подводимой к рабочему контуру PР.
19. Определение электромагнитной мощности Pэм.
20. Определение механической мощности ротора Pмех.
21. Определение полезной механической мощности 1. Определение магнитных потерь мощности DPM .
22. Определение электрических потерь в обмотке статора DP эл1 .
23. Определение электрических потерь в обмотке ротора DP эл 2 .
24. Определение механических потерь мощности DPм ех .
25. Определение добавочных потерь мощности DPдоб .
26. Определение КПД двигателя η.
27. Определение cosυ.
Метод контроля энергетических показателей асинхронного частотно-регулируемого электропривода в рабочем состоянии основывается на построении круговой диаграммы [1].
Сущность предлагаемого метода [2] в отличие от [1] заключается в построении круговой диаграммы по мгновенным значениям фазных токов и напряжений статора, определении энергетических характеристик двигателей при различных уровнях нагрузки.
В результате сравнения полученных значений энергетических характеристик асинхронного двигателя, полученных по ГОСТ 7217-87 с использованием круговой диаграммы, и значениями характеристик, полученных в результате решения предложенной методики, расхождение составило не более 10%.
Работа выполнялась при поддержке гранта У.М.Н.И.К., государственный контракт № 11717р/17263 от « 05 » апреля 2013г.
Список литературы
1. ГОСТ 7212-87 «Машины электрические вращающиеся. Двигатели асинхронные. Методы испытаний.»
2. Андреева Н.В., Корнилов В.Ю., Малацион А.С. Приборный комплекс контроля энергетических характеристик асинхронных электроприводов // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. 2014. Т. 1. – Саранск: МГУ им. Н.П. Огарѐва, 2014. – С. 187-190.P2 .
