МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
62
Ключевые слова:
асинхронный электропривод, генетический алгоритм,
оптимизация процесса пуска, экономия электроэнергии, микропроцессорная
техника.
Энергоэффективный
асинхронный
электропривод,
характеризуется
эффективным энергопотреблением как в статических установившихся режимах, так
и в динамических режимах асинхронного двигателя.
Для механизмов с
нециклическими механизмами существенное значение имеют потери энергии в
установившихся режимах. Для известных категорий механизмов определенных
как механизмы циклического действия динамические потери связанные с
режимами пуска, тормоза, реверса могут быть соизмеримыми со статическими
потерями в них. Поэтому в этих категориях электроприводов существенное
значение приобретают проблемы плавного пуска электродвигателей. Ниже
рассмотрим в отдельности энергоэффективные алгоритмы пуска и установившегося
режима.
Алгоритм энергоэффективного режима плавного пуска. Применение систем
плавного пуска способствует уменьшению пускового тока; отсутствию рывков,
гидравлических ударов, механических перегрузок на валы и подшипниковые узлы:
уменьшению нагрева и увеличению сроков службы электродвигателя. Кроме этого,
в устройствах плавного пуска можно достигнуть
эффекта пуска двигателя с
минимальными потерями, уменьшить потребление активной электрической
энергии из сети, защитить электрический двигатель от аварийных режимов, тем
самым увеличить эффективность работы электроустановки в целом.[1]
Колебания напряжения в сети при пуске асинхронного электродвигателя, как
правило, зависят от величины пускового тока. Относительная величина напряжения
на зажимах электродвигателя в момент пуска определяется:
дв
сети
. (1)
При этом,
√
, (2)
где
и
‒ активное и индуктивное сопротивление кабельной линии от
источника сети до зажимов электродвигателя.
Коэффициент мощности при пуске определяется по формулам [2]:
н
н
*
п
н
н
+
(3)
п
н
н
н
п
(4)
где
‒ коэффициент мощности;
‒ КПД;
‒ кратность начального
момента;
‒ кратность пускового тока;
‒
скольжение при номинальных
нагрузке и напряжении асинхронного двигателя;
‒ коэффициент, равный
отношению переменных потерь активной мощности в двигателе к суммарным
потерям.
Следует отметить, что системы плавного пуска разрабатываются различными
мировыми компаниями, например, такими компаниями, как ABB, Siemens, Danfoss
и др. Отличительной особенностью предлагаемого устройства плавного пуска
UMP-2 является то, что запуск двигателя происходит с минимальным
потреблением мгновенной потребляемой электрической мощности из сети. Это
позволяет минимизировать величину пускового
тока из сети и потребляемую
мощность, а также запустить электрический двигатель с минимальными потерями
мощности. Данная возможность была получена благодаря применению алгоритма
управления устройством плавного запуска с использованием генетического
МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
63
алгоритма [6]. Алгоритм метода работает следующим образом. Традиционно,
произвольным образом, формируется несколько вариантов задания задатчика
напряжения, с различными параметрами времени и темпа разгона. Параметры этих
траекторий сохраняются подряд в коде Грея. Эта последовательность единиц и
нулей называется хромосомой (или особью). В результате образуется популяция
видов. Для этой каждой особи рассчитывается пусковой
процесс и вычисляются
потери мощности. После этого выбирается лучшая особь, при которой потребление
электрической энергии минимальна. А остальные особи считаются слабыми и
выбрасываются (стираются из памяти). Этим имитируется естественный отбор как
в живой природе. Проводится вариационный подбор и выбор параметром и
сохраняется особь предыдущих поколений. Критерий минимум потерь при пуске
определяет направление развития и соответственно эволюцию. Метод не требует
сложных математических вычислений и может применяться для систем любой
сложности.
Алгоритм пуска асинхронного электродвигателя приведен на рис. 1
Рис.1 Алгоритм пуска асинхронного электродвигателя
В процессе обучения и анализа используются кривые характеристики
потребляемой мощности двигателя для различных углов открытия и темпов разгона
показанных на рис 2. и используются формулы описанные в [3].
Ток статора определяется как:
√
√
(1)
МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
64
√
(2)
√
(3)
√
(4)
(5)
(
)
(6)
√
(7)
(8)
где U1- действующее значение напряжения;
M
e
-
момент двигателя;
X- полное индуктивное сопротивление двигателя;
s- скольжение;
ω
r
- скорость ротора.
Алгоритм работы следующий:
1.
