УДК 621.313.3 ЭНЭРГООПТИМАЛЬНАЯ ПО МИНИМУ ТОКА

УДК 621.313.3
ЭНЭРГООПТИМАЛЬНАЯ ПО МИНИМУ ТОКА СТАТРА СИСТЕМА
УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
В.Н. Мещеряков, П.Е. Цветков
Россия, г. Липецк, ЛипецкийГТУ
В настоящее время актуальной является задача повышения энергетической
эффективности электроприводов переменного тока с асинхронными двигателями.
Рассмотрены энергооптимальные характеристики асинхронного электродвигателя с
учетом насыщения. Разработана энергооптимальная по минимуму тока статора система
управления асинхронным электроприводом.
The problem of increase of power efficiency of electric drives of an alternating current with
asynchronous motors is actual now. Energy efficient characteristics of an induction motor with
magnetic saturation accounting is considered. System of optimal adjustment of induction drive.
Введение. Проблема энергетической эффективности ЭП в последние годы решается
за счет совершенствования существующих и разработки новых типов электродвигателей и
полупроводниковых
преобразователей
с
повышенными
энергетическими
характеристиками. Основным фактором повышения энергетической эффективности
преобразователей является использование полностью управляемых полупроводниковых
приборов силовой электроники (MOSFET, IGBT, IEGT, GTO, IGCT).
Несмотря на значительный прогресс в области силовой электроники и
микропроцессорных средств управления, в регулируемых ЭП сравнительно мало
используются их возможности для реализации энергосберегающих алгоритмов
управления режимами ЭП. Во многих случаях реализуются законы управления
электрическими двигателями, которые не полностью отвечают требованиям задачи
энергосбережения. Наиболее распространенными системы управления асинхронным
электроприводом, которые обеспечивают оптимальное магнитное состояние, являются: по
минимуму тока статора и минимуму суммарных потерь.
Режим управления по минимуму тока статора имеет ряд достоинств, наиболее
важными из которых являются [1]:
- при управлении по минимуму тока статора полные потери близки к минимальным
потерям двигателя;
- законы управления, обеспечивающие минимум тока статора, проще в реализации.
Предлагаемая система управления.
Оптимизация режимов работы асинхронного электродвигателя по техникоэнергетическим критериям, в частности по критерию минимума тока статора,
обеспечивающий максимальную перегрузочную способность ЭП и наименьшую
мощность потерь в активных сопротивлениях обмотки статора АД и преобразователе
частоты, связана с необходимостью изменения магнитного состояния двигателя в
зависимости от текущего значения момента сопротивления нагрузки. При питании от
полупроводникового преобразователя частоты асинхронный электродвигатель, у которого
магнитное состояние изменяется в соответствии с законами энергооптимального
регулирования, является объектом с нелинейной характеристикой намагничивания.
Величина электромагнитного момента зависит от значения активного тока и магнитного
состояния двигателя, поэтому синтез экстремальных алгоритмов управления необходимо
проводить с учетом нелинейности характеристики намагничивания АД и, соответственно,
производить исследования векторных и скалярных систем управления требуется с учетом
последней.
Для разработки алгоритмов скалярных и векторных систем управления
асинхронными электроприводами переменного тока следует реализовать заранее
определенные оптимальные соотношения координат двигателя на основе текущей
идентификации определяющих их переменных параметров объекта управления, что
позволит создать экстремальные системы управления, учитывающие нелинейность
магнитной цепи.
Сложность
реализации
энергооптимальных
алгоритмов
заключается
в
необходимости знания большого количества параметров электрической машины, а
автоматический поиск в процессе функционирования электропривода экстремума
функции оптимального критерия, оцениваемой по результатам текущих измерений,
характеризуется низким быстродействием системы. В предлагаемой системе при
оптимальном управлении по минимуму тока статора достаточно знать заранее
определенную зависимость угла между током статора и потокосцеплением ротора от
электромагнитного момента. Данная зависимость определяется лишь видом кривой
намагничивания асинхронного электродвигателя.
На рис. 1 Представлена зависимость оптимального угла между током статора и
потокосцеплением ротора φ от электромагнитного момента M для двигателей общего
применения, построенная по кривой намагничивания, представленной в [2].
φ
М
Рис. 1. Оптимальный угол по критерию минимума тока статора
Для снижения требований к производительности микропроцессорной системы
целесообразнее не производить постоянный перерасчет требуемого оптимального угла в
функции момента нагрузки, а сохранить в виде таблицы заранее рассчитанные значения
оптимальной величины угла между моментообразующими векторами. Размерность
таблицы можно принять с шагом 10-20% от номинальной величины параметра.
На рис. 2 приведена система с оптимальным регулированием угла между током
статора и потокосцеплением ротора. В данной системе показан способ задания
косинусоидальной и синусоидальной составляющих тока статора, в соответствии с
которыми формируется питающая частота и напряжение АД. Заданный электромагнитный
момент с пропорционально-интегрального регулятора скоростисоединен с блоком задания
синусоидальной составляющей тока статора I1q 2 и блоком коррекции косинусоидальной
составляющей тока статора I1d 3, которая формируется с учетом реального угла φ. Данный
угол формируется в блоке определения угла между током статора и потокосцеплением
ротора 6.
ωзад
I1q
M
1
2
ψ2
5
4
I*1d
I1d
6
3
φ
ω
Рис. 2. Энергооптимальная по минимуму тока статора система управления асинхронным
электроприводом.
В блоке 3 происходит сравнение заданного оптимального угла между
моментообразующими векторами, определенного по кривой намагничивания, и
измеренным углом. Выход блока 3 вносит коррекциюв канал задания косинусоидальной
составляющей тока статора. Таким образом, осуществляется управление величиной
потокосцепления ротора, так как косинусоидальная составляющая тока статора является
потокообразующей для АД.
Для реализации энергоэффективных законов управления асинхронными приводами
представлена зависимость оптимального угла между током статора и потокосцеплением
ротора от момента нагрузки при известной кривой намагничивания электродвигателя.
Разработана система с оптимальным регулированием моментообразующих векторов АД,
обеспечивающая минимальное значение потребляемого тока статора.
Литература
1. Поляков В.Н., Шрейнер Р.Т. Экстремальное управление электрическими
двигателями. Екатеринбург, 2006 - 419 с.
2. Вешеневский С. Н. Характеристика двигателей в электроприводе. М.: Энергия,
1977 – 431 с.
Мещеряков Виктор Николаевич, д.т.н., профессор, зав. каф. электропривода ЛГТУ,
398036, г. Липецк, ул. Стаханова, 34, 96, тел. 8(4742)45-72-73.
Цветков Павел Евгеньевич, работник энергопроизводства ОАО «НЛМК», 398020, г.
Липецк, ул. Кротевича д. 53 т. 8-951-300-42-97, tsvetkov@lipetsk.ru