01 июля 2017г.
Аннотация: в данной работе рассматривается структура электропривода нагнетателя коксового газа, позволяющая улучшить энергетические показатели системы. Приводится исследование влияния кривой насыщения на экстремальные характеристики функций качества: тока статора, мощности асинхронного двигателя и преобразователя частоты. Обоснована необходимость учёта насыщения при составлении энергосберегающего алгоритма.
Обеспечение энергосбережения в электроприводе коксового газа КХЦ ПАО «НЛМК» требует модернизация существующей установки. Нагнетатель предназначен для откачивания коксового газа из камер газосборника коксовых печей и подачи его через сеть газопроводов в аппаратуру для улавливания химических продуктов. Регулирование давления осуществляется с помощью закрытия задвижки и клапанов. Оптимальный режим характеризуется способностью корректировать частоту вращения вентилятора таким образом, чтобы полностью устранять поступивший газ, объём которого меняется в единицу времени. Для увеличения производительности предлагается частотно – регулируемый электропривод с законом скалярного управления U/f2 = const.
Зачастую нагнетательные установки работают на пониженной нагрузке – до 50% от номинального значения, когда создание большого крутящего момента не требуется. Обеспечить снижение критического момента можно с помощью уменьшения задания амплитуды напряжения питающей сети 𝑢1 ∗ . Оптимальное значение поправки по напряжению Δ𝑢1 ∗ при заданном статическом моменте обеспечивает максимальный энергосберегающий эффект для конкретного режима, влияет на изменение активной и реактивной составляющих тока статора, активных и реактивных мощностей на преобразователе и двигателе. По окончании поиска экстремальных значений величин строится зависимость Δ𝑢1 ∗ (Мс), выступающая в качестве обучающей выборки для нечёткого регулятора. Поправка вносится в канал задания напряжения после функционального преобразователя (рисунок 1).
В большинстве систем электропривода, в том числе и в тех, где используется управление на основе закона Костенко, работа двигателя ограничена линейным участком. В подобных системах на ненасыщенном участке напряжение цепи намагничивания изменяется пропорционально изменению частоты, при этом ток намагничивания остаётся практически неизменным. Однако, для реализации экстремального управления требуется учёт кривой насыщения, так как индуктивность намагничивания Lm имеет нелинейную зависимость от магнитного потока ψm. Изменение параметров двигателя в рабочем диапазоне приводит к отклонению координат экстремума функций качества и требует коррекции управляющих воздействий.
Для приводного двигателя, асинхронного трехфазного с короткозамкнутым ротором фирмы Siemens серии A-compact Plus 1RA1450-4HA6, была рассчитана кривая намагничивания , представленная на рисунке 2.
Произведённое моделирование показало, с учётом кривой насыщения для выбранного значения нагрузки Мс для достижения экстремума в характеристиках функций Рсети, Рдв, I1 необходима одна и та же поправка Δ𝑢1
∗ , т.е. с уменьшением напряжения вышеперечисленные критерии оптимальности изменяются одинаково. На рисунках 3, 4 представлены экстремальные характеристики мощности на двигателе при относительных значениях напряжения статора 𝑢1 ∗ и различных значениях моментов статических без учёта и с учётом кривой насыщения.
В модели системы с учётом насыщения
требуется
более глубокое регулирования
задания
амплитуды питающего напряжения. При этом значение критериев оптимальности в точке с минимальным энергопотреблением выше, по сравнению с моделью системы, где кривая намагничивания не запрограммирована. Качественные и количественные расхождения экстремальных характеристик доказали необходимость учёта насыщения при изменении момента нагрузки.
Список литературы
1.
Борисов П. А., Применение MATLAB/SIMULINK для измерения и оценки качества электроэнергии в трёхфазных симметричных системах с активными преобразователями // Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB: труды II научной конференции. – Санкт-Петербург, СПбГУ, 2005. С. 1372 – 1377.
2. Браславский И.Я., Энергосберегающий асинхронный электропривод [Текст]: учебное пособие / И. Я. Браславский, З. Ш. Ишматов, В. Н. Поляков - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 256 с.
3. Мещеряков В.Н., Многокритериальная оптимизация асинхронного электропривода на базе нечёткой логики / В.Н. Мещеряков, П.Н. Левин // Электротехнические системы и комплексы. 2012. № 20. – С. 53-58.
4. Терехов В.М., Системы управления электроприводов [Текст]: учебник для вузов / В.М. Терехов, О.И. Осипов – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 304 с.
