Асинхронный электропривод с экстремальным управлением

 

Использование в асинхронных электроприводах, обеспечивающих минимизацию потребляемой энергии. Сущность изобретения заключается в том, что обеспечивается повышение КПД в рабочих режимах электропривода. Электропривод содержит асинхронный двигатель, подключенный к блоку регулирования напряжения, выполненному в виде тиристорного преобразователя напряжения и системы управления преобразователем, сумматор, датчик напряжения, датчик мощности, арифметический блок, блок умножения, блоки дифференцирования сигналов мощности и напряжения и блок деления. Взаимосвязь датчиков электродвигателя с дополнительно введенными арифметическими блоками повышает КПД электропривода. 1 ил. 1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах промышленных установок, например, вентиляторов, кондиционеров, насосов, воздуходувок и других механизмах общепромышленного назначения, имеющих массовое применение в отраслях промышленности и сельского хозяйства для которых повышение энергетических показателей, системы электропривода в зависимости от реальной разгрузки имеет важное народнохозяйственное значение.

Известен асинхронный электропривод с экстремальным управлением, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к блоку регулирования напряжения и экстремальный регулятор с датчиком тока двигателя [1] Недостатком известного электропривода является сложность, низкое быстродействие и надежность, высокая стоимость, а также использование ее в режиме минимизации тока статора.

Известен электропривод в которой для уменьшения потерь электроэнергии вследствие стабилизации коэффициента мощности асинхронного двигателя (АД) введен вычислитель эквивалентного угла, входы которого подключены соответственно к выходу определителя угла запаздывания тока и к выходу регулятора, а выход вычислителя соединен с одним их входов блока сравнения.

Электропривод позволяет оптимизировать коэффициент мощности АД при любых моментах нагрузки и не требует дополнительной настройки при эксплуатации.

Стабилизация коэффициента мощности в процессе пуска АД позволяет осуществить плавный разгон с ограничением пускового тока.

Недостатком данного электропривода является то, что он оптимизирует только коэффициент мощности, то есть обеспечивает парциальное потребление реактивной мощности. Электропривод не учитывает изменение всех основных потерь электродвигателя в рабочем режиме [2] Наиболее близким техническим решением и достигаемым результатом к предлагаемому изобретению, является асинхронный электропривод с экспериментальным управлением, содержащий АД, подключенный к блоку регулирования напряжения, и экспериментальный регулятор минимизации тока с датчиком тока двигателя, ко входу блока регулирования напряжения также подключен датчик напряжения. Экспериментальный регулятор выполнен в виде последовательно соединенных функционального преобразователя с экспоненциальной характеристикой и инерционного звена (3, прототипа).

Недостатками прототипа является относительно низкий КПД в силу учета только величин активных составляющих потерь в обмотке статора ΔP_c= 3I²₁r₁ и неучет влияния активных потерь обусловленных в обмотке ротора ΔP_p= 3I¹₂r¹₂ и в цепи намагничивания ΔP_o= 3I²_oar_o,, а также механических ΔP_мех и добавочных ΔP_доб потерь в асинхронном двигателе.

Кроме того, уровень требуемого напряжения, обеспечивающих минимум тока статора 1,3 1,5 раза выше, чем значение оптимального напряжения, обеспечивающих минимум потерь и минимум потребляемой мощности.

Целесообразность применения минимизации тока только лишь при малых нагрузках и заметное снижение эффективности по мере увеличения нагрузки от 20 и 30% номинального и выше. Относительно низкий резерв снижения установленной мощности асинхронного двигателя по сравнению с оптимальным управлением по критерию минимум потерь и потребляемой мощности.

Цель изобретения повышение К.П.Д. электропривода и эффективного использования установленной мощности асинхронного двигателя.

Эта цель достигается тем, что асинхронный электропривод с экстремальным управлением, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к блоку регулирования напряжения, и сумматор, отличающееся тем, что устройство содержит датчик мощности, арифметический блок, блок умножения, блок дифференцирования сигнала мощности, блок дифференцирования сигнала напряжения и блок деления, выхода датчика мощности и арифметического блока подключены к блоку умножения, выход которого подключен к блоку дифференцирования сигнала мощности, выход датчика напряжения подключен к блоку дифференцирования сигнала напряжения, к входам блока деления подключены выходы блоков дифференцирования сигналов мощности и напряжения, а выход блока деления подключен к одному из входов сумматора.

В отличие от прототипа, устройство содержит датчик мощности, арифметический блок, блок умножения, блок дифференцирования сигнала мощности, блок дифференцирования сигнала напряжения и блок деления, выходы датчика мощности и арифметического блока подключены к блоку умножения, выход которого подключен к блоку дифференцирования сигнала мощности, выход датчика напряжения подключен к блоку дифференцирования сигналов напряжения, к входам блока деления подключены выходы блоков дифференцирования сигналов мощности и напряжения, а выход блока деления подключен к одному входу сумматора.

Устройство отличается введением датчика мощности и блоков арифметических операций, что позволяет учитывать суммарные потери электродвигателя, которое приводит к повышению К. П.Д. электропривода. Новая взаимосвязь вышеприведенных блоков с датчиком мощности позволяет измерить суммарные потери электродвигателя, кроме того взаимосвязь этих блоков с системой регулирования тиристорного регулятора напряжения обеспечивает минимальное потребление энергии от сети при различных значениях нагрузки, за счет оптимального регулирования напряжения электропривода, так есть (новые) обеспечивает новые функции блоков.

Таким образом, устройство соответствует критериям измерения "новизна, промышленная применимость и изобретательский уровень".

На чертеже приведена функциональная схема электропривода.

Асинхронный электропривод с экспериментальным управлением содержит электродвигатель 1, подключенный статорными обмотками к выходу тиристорного регулятора напряжения 2, систему 3 управления тиристорным регулятором, сумматор 4 сигналов, датчик 5 напряжения электродвигателя подключенный выходом к блоку 10 дифференцирования сигнала напряжения, датчик 6 мощности электродвигателя выходом подключенный к блоку 8 умножения, к последнему подключен и выход арифметического блока 7, выход блока 8 умножения подключен к блоку 9 дифференцирования сигнала мощности, к входам блока 11 деления подключены выходы блоков дифференцирования 9 и 10, выход блока 11 деления подключен к одному из входов сумматора 4 сигналов.

Электропривод работает следующим образом.

Недоиспользование установленной мощности асинхронного двигателя (АД) или несобственное завышение их мощности, а также недогрузка асинхронного двигателя во время вспомогательных операций приводит к резкому снижению энергетических показателей асинхронных электроприводов.

Уменьшение потерь электроэнергии в асинхронных электроприводах при их работе с изменяющейся нагрузкой достигается регулированием напряжения на статоре АД в функции нагрузки или тока двигателя. В (Л4, стр. 160) указано, что выполнение условия является единственным условием обеспечения минимума потерь работающего двигателя, при изменении нагрузки на валу двигателя.

В ней ΔP потери мощности в АД ϕ магнитный поток АД U напряжение на зажимах статора АД.

В рабочем положении электродвигателя 1 на выходах датчика 5, 6 мощности и напряжения выделяются сигналы. Сигнал с датчика 5 напряжения поступает на блок 10 дифференцирования сигнала напряжения, где происходит дифференцирование его по времени. Сигнал, поступающий с датчика 6 мощности умножается в блоке 8 умножения с сигналом пропорциональной величине (1-η_н.дв), который поступает с арифметического блока 7. На выходе блока 8 получаем сигнал, пропорциональный ΔP_Σ cумме потерь в электродвигателе (Л5, стр. 102 108), которые состоят из электрических и механических потерь. В арифметическом блоке 7 КПД электродвигателя можно настраивать на определенную серию двигателей и мощности (например, серии 4А, 0,06 132 Квт). Продифференцированный сигнал мощности в блоке 9 дифференцирования сигнала мощности делится на дифференцированный сигнал в блоке 11 деления. Соответственно на выходе этого блока получаем сигнал .

В зависимости от величины нагрузки величина сигнала, равная , меняет свой знак. Так как для обеспечения экстремального регулирования выходная величина этого сигнала должна быть равна нулю, в сумматоре 4 производится вычитание или сложение сигналов, которые обеспечивают работу электропривода в экстремальной зоне регулирования при различных значениях нагрузки на валу двигателя.

Таким образом, предложенная система асинхронного электропривода с экстремальным управлением обеспечивает минимизацию суммарных потерь АД при любом уровне нагрузки вследствие учета потери мощности не только в обмотке статора, но и в роторе, стали статора, механические потери и добавочные потери.

Это обеспечивает существенное повышение КПД электропривода и эффективное использование установленной мощности АД, что имеет важное народнохозяйственное значение для массовых тиристорных электроприводов, используемых в механизмах с нерегулируемыми по угловой скорости и работающими при постоянной частоте двигателями.

Формула изобретения

Асинхронный электропривод с экстремальным управлением, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к блоку регулирования напряжения, связанному с сумматором, датчик напряжения, отличающийся тем, что в него введены датчик мощности, арифметический блок, блок умножения, блок дифференцирования сигнала мощности, блок дифференцирования сигнала напряжения и блок деления, выходы датчика мощности и арифметического блока подключены к блоку умножения, выход которого подключен к блоку дифференцирования сигнала мощности, выход датчика напряжения подключен к блоку дифференциирования сигнала напряжения, к входам блока деления подключены выходы блоков дифференцирования сигналов мощности и напряжения, выход блока деления подключен к одному из входов сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1