ПОИСКОВЫЙ АЛГОРИТМ В ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ НА ПРИМЕРЕ СКАЛЯРНОЙ СИСТЕМЫ С РЕЛЕЙНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ ТОКА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ

УДК 621.313

ПОИСКОВЫЙ АЛГОРИТМ В ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ НА ПРИМЕРЕ СКАЛЯРНОЙ СИСТЕМЫ С РЕЛЕЙНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ ТОКА

Д.Ю. Кукишев, Д.С. Татаринов, В.Н. Мещеряков

Проведено сравнение энергетических параметров классической скалярной системы управления и энергетических параметров скалярной системы управления с релейным регулятором тока статора, оптимизированной по критерию минимизации тока статора путем введения коррекции частоты тока статора, основанной на принципе поискового алгоритма.

Ключевые слова: скалярная система управления, поисковый алгоритм, частота тока статора, релейный регулятор тока, частотный электропривод.

На производстве электроприводы большинства механизмов имеют несколько завышенную мощность. Кроме того, электроприводы некоторых механизмов (прессов, кузнечного оборудования, станков, металлургических агрегатов и др.) по технологическим особенностям часть времени работают с недогрузкой. На сегодняшний день на крупных металлургических предприятиях, таких, как ПАО «НЛМК», используется более 2000 подъемно-транспортных механизмов, из них значительную долю составляют крановые механизмы. Большинство кранов характеризуются повторно-кратковременным режимами работы (ПВ=25...40), частыми пусками и торможениями, поэтому при проектировании такого механизма берут двигатель, у которого предполагаемый максимальный момент статический не должен превышать 0,3 от момента номинального двигателя. А значит, двигатель постоянно работает в недогруженном состоянии с меньшим КПД. Именно поэтому большую актуальность имеет проблема разработки энергосберегающих скалярных и векторных систем управления на основе преобразователей частоты, которые будут обладать достаточной точностью и быстродействием в регулировании скорости при оптимальном использовании энергетических и динамических возможностей электродвигателей при большом диапазоне изменения момента и скорости

[1, 7].

На сегодняшний день система управления асинхронным электроприводом со скалярным управлением является самой распространенной и самой простой системой управления двигателем, однако типовые решения, которые используют классическую скалярную систему управления, не обеспечивают наибольшую энергоэффективность показателей асинхронного двигателя. Поэтому наметилась тенденция к модернизации скалярных систем управления, с целью повышения эффективности электропривода в плане энергосбережения. В данной статье проведено сравнение энергетических показателей классической скалярной системы управления с релейным регулятором тока и скалярной системы правления с релейным регулятором тока статора, оптимизированной по критерию минимизации тока статора путем введения коррекции частоты тока статора, основанной на принципе поискового алгоритма.

Основная часть. Функциональная схема электропривода с оптимизированной системой управления представлена на рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема

Поисковый алгоритм работает следующим образом (рис. 1): ступенчато вводится коррекция Д= - 0,1 рад/с на задание частоты тока инвертора. Если ток статора начал снижаться, то вводится еще раз ступенчатая коррекция Д= - 0,1 рад/с и т.д., пока ток статора не начнет расти. Если ток статора начал расти, то вводится Д= + 0,1 рад/с до тех пор, пока ток статора не перестанет расти и не снизится до минимального значения. Если ток статора изначально начал расти, то далее вводится ступенчатая коррекция, но с положительным знаком (т.е. увеличиваем частоту) Д= + 0,1 рад/с. Если ток начинает падать, то вводим еще раз ступенчатую коррекцию Д= + 0,1 рад/с и т.д. пока ток не будет минимальным.

Схема модели в МаНаЬ 81шиНпк представлена на рис. 2. Результаты моделирования классической и оптимизированной скалярной системы управления с релейным регулятором тока представлены на рис. 3,4.

Рис. 2. Модель в ИаИаЬ 81тнЫпк

Условия моделирования:

- пуск двигателя при Мс= 0,25 Мн;

- коррекция начинает работать в момент времени t=3 ^

Из тока статора (рис. 4) видно, при пуске угол между током статора изменяется в широком диапазоне. После выхода двигателя на установившуюся скорость, ток статора выходит на уровень 51,5 А. В момент времени t=3 с начинает работать поисковый алгоритм (рис. 3), при этом частота задания на ток начинает ступенчато уменьшаться, следствием этого является уменьшение полного тока статора до 48 А (рис. 4).

Рис. 3. Переходный процесс тока статора

Рис. 4. Амплитуда тока статора

301

Выводы. Анализ полученных графиков показывает, что скалярная система управления с коррекцией, основанной на поисковом алгоритме, уменьшает ток статора на 3.. .6 % при нагрузке 25 % от номинальной.

Статья написана при поддержке гранта РФФИ 19-48-480001 «Разработка, исследование и оптимизация энергосберегающих электротехнических и электроприводных автоматизированных комплексов для плазменных, электрометаллошлаковых и индукционных технологий и агрегатов».

Список источников

1. Способ оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем и электропривод для осуществления этого способа: пат. 2132110 РФ. Опубл. 20.06.1999. Бюл. №6.

2. Мещеряков В.Н., Черкасова В.С., Мещерякова О.В. Коррекция системы векторного управления асинхронным электроприводом // Системы управления и информационные технологии. 2015. №3(61). С. 3638.

3. Электропривод переменного тока: пат. 2512873 РФ. Опубл. 10.04.2014. Бюл. № 10.

4. Мещеряков В.Н., Левин П.Н., Синюкова Т.В. Повышение эффективности поискового алгоритма для оптимизации энергосбережения за счет формирования магнитного потока асинхронного двигателя // Приборы и системы, управление, контроль, диагностика. 2014. №6. С. 25-30.

5. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1998.

698 с.

6. Мищенко В. А. Теория, способы и системы векторного и оптимального управления электропривода переменного тока // Труды III Международной конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2001. Нижний Новгород. 2001. С. 39-42.

7. Электропривод переменного тока: пат. 1515322 РФ. 0публ.15.10.89. Бюл. №38.

Мещеряков Виктор Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, mesherekastu.lipetsk.ru, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет,

Кукишев Дмитрий Юрьевич, аспирант, kukishev_dy@,nlmk. com, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет,

Татаринов Дмитрий Сергеевич, аспирант, xpresset@,gmail. com, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет

SEARCH ALGORITHM IN AN ENERGY-SA VING ELECTRIC DRIVE ON THE EXAMPLE OF A SCALED SYSTEM WITH A RELAY-CURRENT CONTROLLER OF CURRENT

D.Yu. Kukishev, D.S. Tatarinov, V.N. Meshcheryakov

The energy parameters of the classical scalar control system and the energy parameters of the scalar control system are compared with a stator current controller that is optimized by minimizing the stator current by introducing a correction of the stator current frequency based on the search algorithm principle.

Key words: scalar control system, search algorithm, stator current frequency, current relay controller, frequency electric drive.

Meshcheryakov Victor Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, mesherek@,stu. lipetsk. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,

Kukishev Dmitry Yuryevich, postgraduate, kukishev_dy@,nlmk. com, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,

Tatarinov Dmitry Sergeevich, postgraduate, kukishev_dy@,nlmk. com, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University

УДК 621.31

ИССЛЕДОВАНИЕ ПУСКОВЫХ РЕЖИМОВ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ОРОСИТЕЛЬНОЙ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ ПРИ ПОНИЖЕННОМ НАПРЯЖЕНИИ СЕТИ

Д.С. Мирхаликова, Ш.Т. Дадабаев

Проведен анализ основных преимуществ и недостатки асинхронных машин, а также сделан анализ негативных факторов асинхронных машин при пусковых режимах работы. Выполнено компьютерное моделирование машины при питании с пониженным напряжением сети, результаты компьютерного моделирования приведены для основных параметров асинхронных машин: частоты вращения, тока и электромагнитного момента двигателя, а также с помощью моделирования построены механические характеристики асинхронной машины при пониженном напряжении питающей сети.

Ключевые слова: пониженное напряжение, качество электроэнергии, асинхронный электродвигатель, MATLAB/Simulink, компьютерное моделирование, переходные процессы, механическая характеристика.

По ходу исторического развития электротехники так сложилось, что под регулируемым электроприводом раньше понимали электрооборудование с двигателями постоянного тока. Переменные электродвигатели как асинхронные и синхронные двигатели оставались неуправляемыми и использовались только в не регулируемых электроприводах. Такое решение объяснялось трудностями регулирования частоты вращения электродвигателей переменного тока и тяжелимы переходными режимами [9]. Сегодня асинхронные машины широко применяются в различных отраслях

303