Пятый Ульяновский молодежный инновационный форум Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2016 год УДК 621.3.026.6
Система на базе тиристорного регулятора напряжения для повышения энергоэффективности привода с асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором УлГТУ Горский Станислав, студент-магистр. Научный руководитель: к.т.н., доцент, зав.кафедрой «Электропривод и АПУ» УлГТУ Доманов В.И. Актуальность рассматриваемой темы заключается в тенденции всё большего использования электропривода на базе асинхронных двигателей. В качестве основного и вспомогательных приводов асинхронные двигатели с КЗ ротором требуют решения главной проблемы этих машин – потребление большого количества электроэнергии не зависимо от степени загруженности механизма и узлов в частности. Различие между потреблённой из сети мощности и количеством мощностью на выходе устройства объясняется потреблением реактивной мощности. Для устранения этого сложно использовать регулирование, ограничивающее подаваемой на асинхронный двигатель мощности. Другими словами, если будет оставаться не использованная на совершение полезной работы энергия, то она будет преобразована в реактивную, что негативно скажется как на работе самого двигателя и его узлов, вследствие наведения вихревых токов и перегрева, так и на энергоэффективности всего привода и установки в целом. На данный момент существуют системы компенсации реактивной мощности, основанные на применении: - Синхронных двигателей; - Синхронных компенсаторов; - Конденсаторных установок. Эти устройства помогают снизить уровень неиспользуемой – реактивной мощности, но они не способны воздействовать на причину её проявления – избыточное потребление мощности, превышающее необходимые минимумы. Наиболее оптимальным регулятором-ограничителем потребляемой мощности на данный момент является тиристорный преобразователь напряжения (ТРН). Предлагаемая система его использования представлена на рис 1. На вольтамперных характеристиках, представленных на рис 2, видно, что можно ограничить подаваемый на двигатель ток, а с ним, как следствие, и мощности. В то же время сам ТРН не может определить значение напряжения, при котором будет минимальные значения тока. Для автоматизации системы необходим вычислитель cos φ. С помощью датчиков тока ДТ и напряжения ДН данный модуль определяет текущее значение реактивного тока и формирует
Пятый Ульяновский молодежный инновационный форум Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2016 год управляющий сигнал на тиристорный регулятор напряжения ТРН, который в свою очередь изменяя угол открытия ключей изменяет значение питающего напряжения и обеспечивает максимальное значение cosφ, что соответствует минимуму потребления реактивной мощьности.
~ ДТ ДН
Вычислитель cosφ
ТРН
M Рис.1. Принципиальная схема включения тиристорного регулятора напряжения. Где: ДТ- датчик тока; ДН – датчик напряжения; ТРН – тиристорный регулятор напряжения.
I
U
Пятый Ульяновский молодежный инновационный форум Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2016 год Рис.2. Вольт амперная характеристика. Где: I – ток статорной обмотки асинхронного электродвигателя; U - напряжение на статорной обмотке асинхронного электродвигателя. В предлагаемой системе при изменении напряжения питания скорость холостого хода ω0 не меняется и все характеристики выходят из одной точки. Как представлено на рис. 3. Т.о. изменяется только одна выходная характеристика электродвигателя – крутящий момент, ни на скорость вращения, ни на частоту вращения регулирование не влияет.
S ω ω0
Sк
M Рис.3. Механические характеристики асинхронной машины при регулировании по напряжению. Где: S – коэффициент скольжения; Sк – критическое скольжение; ω – скорость вращения ротора; ω0 – скорость ротора при максимальном скольжении; М – крутящий момент на валу ротора. Библиографический список 1. Литвиненко А.М., Электромеханические преобразователи. 2. Каганов И.Л., Электронные и ионные преобразователи