Потери энергии при переходных процессах в регулируемом электроприводе и способы уменьшения потерь энергии

⇐ ПредыдущаяСтр 34 из 35Следующая ⇒

При питании двигателя от управляемого преобразователя ω ₀ изменяется не скачком, как в рассмотренных выше случаях, а плавно путем постепенного изменения напряжения в случае ДПТ, или частоты в случае АД. При этом разница между ω ₀, задаваемой преобразователем и скоростью, приобретаемой якорем или ротором оказывается меньшей, чем при скачкообразном изменении ω ₀. В пределе, если М_с=0 и задающая скорость ω ₀ изменяется неограниченно медленно, то скорость ротора или якоря успевает полностью следовать за ней. Энергия потребляемая из сети, в этом случае полностью расходуется на увеличение запаса кинетической энергии ротора или якоря, т.е. на совершение полезной работы. Потери энергии полностью отсутствуют.

Рассмотрим как зависят потери при пуске в системе УП-Д от темпа линейного нарастания ЭДС преобразователя, а значит и ω ₀ двигателя.

При рассмотрении переходных процессов в случае, когда ω ₀ изменяется во времени по линейному закону, были получены выражения для скорости и момента двигателя для этапа его разгона из неподвижного состояния.

При пуске вхолостую, т.е. при М_с=0, выражение для момента принимает вид:

Потери энергии в якорной цепи ДПТ или роторной цепи АД на всем интервале пуска

При t_пп=t_п»Т_м и допуская для упрощения линейную зависимость ω =f(t), получим

; ;

; ; ,

Тогда

Отсюда следует, что в случае t_п»Т_м потери энергии при пуске с линейным изменениям напряжения значительно меньше, чем при пуске с постоянным напряжением, когда ω ₀ задается скачком.

В системе Г-Д, в которой управление двигателем осуществляется изменением тока в обмотке возбуждения, а пуск двигателя – включением ее на полное напряжение, ЭДС генератора изменяется по экспоненциальному закону. Ток в якорной цепи в переходных процессах при М_с=0 определяется выражением:

, где

. Коэффициент k=1 для пуска, k=-1 для режима торможения и -2 – для реверса.

Т_в – электромагнитная постоянная цепи возбуждения генератора;

Т_м – электромеханическая постоянная привода.

Потери энергии в якорной цепи при М_с=0

После интегрирования и преобразований получим при t_пп=∞

Чем больше Т_в по сравнению с Т_м, т.е. чем медленнее нарастает ЭДС генератора, тем меньше потери энергии. Они уменьшаются по сравнению с соответствующими потерями в переходных процессах двигателя при скачкообразном изменении напряжения на якоре. Уменьшается и потребление энергии и с учетом энергии, затраченной на изменение запаса кинетической энергии А_к инерционных масс, составляет при М_С=0:

При пуске

При торможении

При реверсе

В переходных процессах под нагрузкой

, где

В частности, при пуске под нагрузкой

, где Р_с – мощность, потребляемая двигателем из сети;

Δ ω _с – перепад скорости, обусловленной статической нагрузке М_с при установившейся ЭДС генератора

При рекуперативном торможении

При определении потерь в регулируемом асинхронном электроприводе при плавном изменении частоты f, питающего напряжения, следовательно, ω ₀, считаем, что к.з. АД в переходном режиме работает на линейном участке механической характеристики, т.е. при S_абс< S_кр.абс. Не учитываем влияние на потери электромагнитных переходных процессов. В этом случае потери энергии в цепи статора и ротора при линейном изменении задания частоты.

В частности, при пуске вхолостую (М_с=0), когда заданное время разгона ;

Отсюда видно, что при сравнительно медленном задании ω ₀ при частотном пуске АД, так, чтобы потерь энергии могут быть существенно уменьшены по сравнению с потерями при прямом пуске. Аналогичные результаты получаются при частотном управлении торможением АД.

Для электроприводов, у которых переходные процессы занимают значительное время в рабочем цикле, очень важной является проблема уменьшения потерь. Из ранее полученного выражения

следует, что для уменьшения потерь энергии нужно снизить запас кинетической энергии электропривода в установившемся режиме. Этого можно достичь уменьшением момента инерции привода, применяя, например, двигатели специального исполнения с удлиненным ротором (якорем), но меньшего диаметра, или используя 2 двигателя половинной мощности вместо одного.

Уменьшить потери энергии можно ступенчатым изменением в переходном процессе скорости ω ₀, путем изменения подводимого напряжения (в случае ДПТ). Рассмотрим это на простейшем случае пуска двухдвигательного электропривода постоянного тока изменением напряжения в две ступени путем переключения якорей с последовательного соединения на параллельное. Каждый двигатель рассчитан на U_н. При последовательном соединении напряжение на якорях (см. рис. 7.5.1), следовательно, ω ₀ каждого двигателя равно половине ω ₀ при U_н. Двигатели разгоняются до половинной скорости.

Считая для упрощения М_с=0, можно сказать, что потери в якорной цепи каждого из двигателей при пуске до составляют

При последующем разгоне до ω =ω ₀ путем включения двигателей параллельно при U=U_н (см. рис. 7.5.1“б”), потери будут равны

Суммарные потери будут в 2 раза меньше, чем

при пуске в одну ступень.

Уменьшение потерь и расхода энергии при таком пуске и М_с=0 в две ступени напряжения можно проиллюстрировать с помощью упрощенной диаграммы, изображенной на рис. 7.5.2.

Для каждого из двигателей энергия потребляемая из сети на первой ступени напряжения определяется площадью прямоугольника oabc. Мощность, потребляемая из сети, может быть принята постоянной (если М_с=const=0, значит, при ток тоже будет постоянным) и пропорциональной ординате оа, а мощность на валу (P_мех) по мере разгона увеличивается пропорционально увеличению ω, т.е. по “ab”. Потери энергии на первой ступени определяются площадью Δ oab. При включении двигателей параллельно на полное напряжение, мощность, потребляемая из сети при том же токе, возрастает вдвое и становится пропорциональной ординате “cd”, а механическая мощность Р_мех изменяется по “be”. Потери энергии на второй ступени определяются площадью Δ bde. Полные потери за время пуска равны сумме площадей Δ oab и Δ bde. Если бы пуск был в одну ступень, то потери энергии определялись бы площадью Δ oge. Таким образом, при пуске в две ступени потери энергии в два раза меньше, чем при пуске в одну ступень, а потребляемая энергия составляет ¾ от энергии при пуске в одну ступень (определяется площадью oabdef). Энергия переданная на вал в то же время будет такой же, как и при пуске в одну ступень и определяется площадью Δ oef.

При пуске в “m” ступеней напряжении потери энергии обратно пропорциональны числу ступеней, т.е. , если ступени напряжения одинаковы, а расход энергии .

В общем случае потери на i-ой ступени

, где ,

а суммарные потери на всех ступенях равны, то и .

В случае применения многоскоростных АД пуск до наибольшей скорости всегда нужно с целью уменьшения потерь осуществлять ступенями. Иначе они будут значительно больше, чем у такого же по мощности односкоростного двигателя и имеющего синхронную скорость, равную максимальной скорости многоскоростного двигателя.

Определим, для примера, потери энергии при пуске двух скоростного АД в две ступени вхолостую. Разгон на первой ступени идет до скорости , а на второй ступени от до ω ₀, где ω ₀ – наибольшая синхронная скорость. Такой пуск аналогичен пуску ДНВ в две ступени напряжения:

Потери на первой ступени

Потери на второй ступени аналогичны.

Торможение многоскоростных двигателей для уменьшения потерь аналогично пуску следует осуществлять также ступенями. При этом при переходе с большей ω ₀ на меньшую осуществляется торможение с рекуперацией энергии в сеть. Так если двухскоростной АД тормозится при М_с=0 со скоростью ω ₀₍₂₎ до скорости с рекуперацией, а от ω ₀₍₁₎ до ω =0 противовключением, то потери на первой ступени будут

Потери на второй ступени (торможение противовключением)

Полные потери

⇐ Предыдущая 26 27 28 29 30 31 32 333435 Следующая ⇒