Оптимизация электроприводов постоянного тока по потреблению электроэнергии

Оптимизация энергетических режимов электродвигателей осуществляется за счет регулирования потока в машине постоянного тока путем изменения тока обмотки возбуждения. Рассмотрим способы оп­тимизации энергетических режимов в электроприводах постоян­ного тока с двумя каналами регулирования: по цепи якоря и по цепи возбуждения. Структурные схемы таких электроприводов могут иметь различное исполнение.

Условие, обеспечивающее минимум потерь в двигателе можно представить в виде:

. (46)

Левая часть этого выражения представляет собой переменные потери, а правая - постоянные потери без учета механических потерь.Последние можно назвать потерями на возбуждение D Р_в*, так как они состоят из потерь в обмотке возбуждения и потерь в стали.

Поэтому условие поддержания минимума потерь в двигателе можно представить следующим образом:

, (47)

где DР_v* =kM¤F=Ik, DР_в*=F(k+kw)=I(k+kw).

Структурная схема электропривода постоянного тока, реализующая равенство потерь Р_v и Р_в, показана на рисунке 9.

Рисунок 9 - Структурная схема электропривода постоянного тока

Она содержит в силовых каналах управляемые преобразователи в цепи якоря (ПЯ) и в цепи возбуждения (ПВ). В цепях якоря и обмотки возбуждения включены специальные датчики тока (ДТ), выполненные, на­пример, на датчиках Холла. Они измеряют квадратичные значе­ния токов якоря и возбуждения. Для определения потерь в стали используются умножитель и функциональный преобразователь (ФП1), на вход которого подается сигнал от датчика скорости (ДС). Значения переменных потерь ΔP_υ и потерь на возбуждение ΔP_В сравниваются на входе регулятора Р, воздействующего на ток возбуждения таким образом, чтобы обеспечить равенство их. Если необходимо учесть нелинейность кривой намагничивания, то в систему регулирования включается дополнительный функциональный преобразователь (ФП2), отображающий нелинейную зависимость.

Система регулирования с вычислением оптимального тока возбуждения. Ранее получено выражение (40) для оптималь­ного потока возбуждения. На линейном участке кривой намагни­чивания это выражение определяет закон регулирования тока возбуждения при известных значениях момента и скоро­сти двигателя. Структурная схема электропривода, реализую­щая этот закон управления, показана на рисунке 10.

По якорной цепи осуществляется регулирование скорости электропривода с помощью регулятора скорости (РС), на вход которого поступает разность заданного ₃ и фактического значений скорости. По цепи возбуждения обеспечивается энергетическая оптимизация электропривода. Поддержание оптимального значения тока возбуждения осуществляется регулятором тока (РТ). Вычислительное устройство (ВУ), например микропроцессор, вычисляет значение по известным коэффициентам,, и измеренным значениям и. Момент двигателя определяется перемножением сигналов, пропорциональных току якоря и току возбуждения.

Рисунок 10 - Структурная схема электропривода

Система с минимизацией потерь при однозначной зависимости.

Если момент на валу электропривода является однозначной функцией скорости, то система регулирования может быть упрощена по сравнению с рисунком 10. Например, для вентиляторов

. (48)

В этом случае выражение (40) преобразовывается к виду

, (49)

т. е. оно становится однозначной функцией скорости.

Система автоматического регулирования, обеспечивающая поддержание заданной скорости с минимизацией потерь в дви­гателе, может быть построена по схеме, приведенной на рисунке 11, а.

Заданная скорость электропривода обеспечивается за счет регулирования напряжения якоря с помощью регулятора скорости (РС). Функциональный преобразователь по заданной скорости определяет ток возбуждения, который на линей­ном участке кривой намагничивания находится из выражения (42), так как. При учете насыщения эта зависи­мость должна быть скорректирована ФП в соответствии с зависимостью. Примерный вид зависимостей для вентиляторноймеханической характеристики показан на рисунке 11, б.

Рисунок 11 Рисунок 12

Поисковая система минимизации потерь. Рассмотренные си­стемы автоматического регулирования имеют общие недостатки, заключающиеся в том, что - необходимознать величины,, конкретных двига­телей и производить по ним индивидуальную настройку функцио­нальных преобразователей и регуляторов;

- параметры двигателей (в первую очередь активные сопро­тивления обмоток) изменяются во время работы, что может приводить к появлению существенных погрешностей в системах автоматической минимизации потерь.

. (50)

Этих недостатков лишена поисковая система автоматического регулирования, структурная схема которой показана на рисунке 12, а. Она содержит датчик мощности (ДМ), измеряющий суммарную активную мощность, потребляемую по цепям якоря и возбуждения и равную

Если и то мощность зависит только от потока и имеет минимум, соответствующий минимуму суммар­ных потерь. Вид зависимости при различных для двигателя П71 показан на рисунке 12,б.

Известно, что в точке экстремума производная функции из­меняет свой знак. Регулятор в цепи управления обмотки воз­буждения производит «поиск» минимума потребляемой мощно­сти путем поддержания на нулевом уровне производной мощно­сти по времени.

Преимуществом такой системы регулирования является не­зависимость от параметров и условий работы электропривода, однако ее точность невысока, так как минимум мощности не очень четко выражена (см. рисунок 12, б). Кроме того, при колеба­ниях момента или скорости электропривода поисковая система регулирования оказывается неработоспособной.