УДК 621.313.333
Методы управления асинхронными электродвигателями
О.И. ТЕРЕХОВ, В.В. ОКУНЕВА
Тверской государственный технический университет.
©О.И. ТЕРЕХОВ, В.В. ОКУНЕВА, 2023
Аннотация. В данной статье рассматриваются различные методы управления асинхронными электродвигателями Автоматизация в промышленности позволяет снизить риск ошибок, повысить скорость выполнения задач, сократить затраты на рабочую силу и материалы, а также улучшить общую эффективность производства. В современных условиях значительную часть времени двигатели не работают на полную мощность и системы управления позволяют избежать пуско кратковременного режима, снизить пусковые токи , обеспечить плавность работы и экономию электроэнергии. Рассмотренные в данной работе технологии позволяют, в значительной степени, минимизировать данную категорию затрат временных и финансовых ресурсов. Для одного из направлений оптимизации данного технологического процесса, а именно, системы управления электродвигателями с использованием частотного привода. Описанию специфики их применения и особенностям расчета параметров, требуемых для внедрения данных устройств в существующие и проектируемые системы электроснабжения, посвящена значительная часть данной работы и рассмотренные основные методы.
Ключевые слова: частотный привод, асинхронный двигатель, векторное управление.
Ранее и до сих пор используются такие способы управления двигателем, как:
реостатное регулирование частоты путем введения дополнительных активных сопротивлений в цепи обмоток двигателя, последовательно закорачиваемых контакторами;
изменение напряжения на зажимах статора, при этом частота такого напряжения постоянна и равна частоте промышленной сети переменного тока;
ступенчатое регулирование путем изменения числа пар полюсов статорной обмотки.
Но эти способы регулирования частоты несут с значительные потери электрической энергии, а ступенчатое регулирование по определению является недостаточно гибким способом.
По этому промышленность нуждается в решении которое решит данные проблемы.
Частотный преобразователь может стать таким решением, ведь он перекрывает множество проблем и хоть и является более дорогим но окупающих себя способом по управлению электродвигателями. Наглядно увидеть составляющие частотного преобразователя можно рассмотреть на рисунке 1.
Рисунок 1 Внутренний вид частотного преобразователя.
Внедрение частотного преобразователя позволяет существенно экономить электроэнергию, так как в многих электропотребителей максимальная мощность используется в 10-20% от общего времени.
Так например насосы работают в номинальных режимах только при редких сезонных пиков производства. Так же при использование дросселирования для регуляции насосов возникают гидроудары, пульсации и вознимают большие пускократковременные токи, которые повышают требования к энергетики всего предприятия. Частотный привод напротив позволяет гибко подстраиваться под текущий расход воды и газа, и автоматизировать процессы, путем контролирующего оборудования, а следовательно появляется возможность снизить количество персонала и добиться высокого уровня повторяемости результатов.
Для вентиляторной нагрузки ключевым является то что требования по охране труда и строительные нормы являются завышенными для обеспечения безопасной работы, удаление химических отходов и при пожарах. Так же вентеляторная нагрузка является сезонной, так как зависит от погоды на улице. Динамическое изменение мощности вентеляторов позволяет снизить шум, затраты электроэнергии, а так же позволяет поддерживать комфортные условия труда посредством контроля за температурой.
Так же использование частотного привода позволяет экономить электроэнергию в лифтах кранах и подъемниках с помощью рекуперации при спуски или торможении. Так же для безопасной работы на промышленном оборудовании рекуперации обеспечивает более быструю остановку движущихся валов, что в свою очередь предотвращает травматизм.
Электродвигатель, его система управления и механическое устройство, передающее движение от вала двигателя к рабочему механизму, в совокупности формируют систему электрического привода, как показана на рисунке 1.
Рисунок 1 Система управления электродвигателя
Частотные преобразователи можно разделить на 2 вида
С явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока.
С непосредственной связью (без промежуточного звена постоянного тока
Частотные преобразователи с непосредственно связью представляют собой управляемые выпрямители управляемые каскадами не запираемых тиристоров.
Так как этот вид преобразователей был первопроходцем в системах управления электроэнергии его использование в данный момент нерентабельно из-за его недостатков.
Он не может повысить выходную частоту, а только понизить ( в пределах от 0 до 30 Гц) что существенно снижает диапазон регулировки электродвигателя
Выходное напряжении имеет значительную несинусоидальность приводящая к появлению высших гармоник
Из плюсов данного решения можно выделить разве что
высокий кпд (до 99%)
более низкую стоимость в виду простоты конструкции
и более высокую надежность , потому что чем меньше компонентов то ниже вероятность отказа.
Более современные преобразователи со звеном постоянного тока стачало выпрямляют напряжение и потом конвертируют его с требуемой частотой.
Хоть двойное преобразование снижает кпд ( до 97%) и повышает размеры преобразователя, гибкость регулировок, и отстутсвие гармоник привело к отказу от использование предыдущего варианта.
В рамках данной работы были рассмотрены различные методы управления электроэнергии. Проведены анализы режимов их работы .
Полученная в ходе исследования информация позволяет утверждать, что исследования в данной теме являются невероятно востребованными, и с дальнейшим развитием технологий электродвигателей, системы управления не должны отставать, обеспечивая высокий кпд, высокою надежность и ремонтопригодность системы.
Возможность встраивания компактных модульных преобразователей в изолированные системы и миниатюрные устройства поражает своей перспективностью.
Частотный привод может использоваться и как компактный трансформатор напряжения и устройство управления двигателем что делает его исследования в двойне выгодными.
Хоть в Российских компаниях проводится недостаточно много исследований по данной теме по сравнению с зарубежными, у нас производится множество преобразователей по старым надежным схемам с ценой ниже зарубежных аналогов в разы. Что в свою очередь обеспечивает высокую скорость внедрения и интеграции в Российские предприятия. А если внедрение какой то технологии идет успешно , то это неминуемо приведет к развитию данной области.
Применение комплексных систем включающих в себя частотные преобразователи системы управления , записи и мониторинга , позволяют создавать современное производство с высокой эффективностью расхода электроэнергии , простотой настройки и высокой повторяемостью результатов.
Библиографический список
1. Черкасский В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: учебник для теплоэнергетических специальностей вузов / В.М. Черкасский. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 416 с.
2. Правила устройства электроустановок : все действующие разд. шестого и седьмого изд. с изм. и доп. по состоянию на 1 июля 2010 года. – М. : КноРус, 2010. – 487 с.
3. Осипов О.И. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод [Электронный ресурс]. – М: изд. дом «МЭИ», 2002 – URL: https://djvu.online/file/uhaCPN5K8fkoD?ysclid=lxn5rmtwnn723001930 (дата обращения 03.03.2024)
4. Тумаева Е.В. Преобразователи частоты. – Казань: НХТИ ФГБОУ ВПО "КНИТУ", 2015., 32 с.
5. Евсиков, А. А. Автоматизированный электропривод с частотным управлением : учебное пособие / А.А. Евсиков, В. А. Коковин, А. П. Леонов. – Дубна : Гос. ун-т «Дубна», 2020 – 121 с.
6. Электротехнология : [учебное пособие по специальности "Электрификация и автоматизация сельского хозяйства"] / В. А. Карасенко, Е. М. Заяц, А. Н. Баран, В. С. Корко. – М : Колос, 1992. – 303 с.
7. Дайнеко В.А., Ковалинский А.И. Электрооборудование сельскохозяйственных предприятий. URL: https://rep.bsatu.by/bitstream/doc/10954/2/soderzhanie-ehlektrooborudovanie-selskohozyajstvennyh-predpriyatij.pdf?ysclid=lxn6e7wjx3763153791 (дата обращения 03.03.2024)
8. Ключев В. И. Теория электропривода : [учебник для вузов по специальности "Электропривод и автоматизация промышленных установок"] / В. И. Ключев. – Москва : Энергоатомиздат, 1985. – 560 с.
9. Дайнеко, В. А. Электротехника : учебное пособие / В. А. Дайнеко. - Минск : РИПО, 2019. - 287 с. - ISBN 978-985-503-973-1. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1214847 (дата обращения: 20.06.2024). – Режим доступа: по подписке.
10. Кинсфатор А.В. Оптимизация работы насосов и вентиляторов [Электронный ресурс]. – URL: https://isguru.ru/wp-content/uploads/2018/01/Оптимизация-работы-насосов-и-вентиляторов.pdf?ysclid=lxn7htgwcs952662631 (дата обращения: 20.06.2024).
METHODS FOR DETERMINATION OF DAMAGE POINTS OF OVERHEAD LINES
O.I. Terehov, V.V. Okuneva
Abstract.This article discusses various methods of controlling asynchronous electric motors. Automation in industry reduces the risk of errors, increases the speed of task completion, reduces labor and material costs, and improves overall production efficiency. In modern conditions, engines do not operate at full power for a significant part of the time and control systems make it possible to avoid short-term start-up, reduce starting currents, ensure smooth operation and save electricity. The technologies considered in this work allow, to a large extent, to minimize this category of time and financial resources. For one of the areas of optimization of this technological process, namely, electric motor control systems using a frequency drive. A significant part of this work and the main methods considered are devoted to the description of the specifics of their application and the specifics of calculating the parameters required for the introduction of these devices into existing and projected power supply systems.
Keyword:lfrequency drive, asynchronous motor, vector control.
Об авторах:
Терехов Олег Иванович – магистрант 2-го курса кафедры электроснабжения и электротехники, Тверской государственный технический университет.
Окунева Виктория Валерьевна – доцент кафедры электроснабежения и электротехники,кандидат технических наук, Тверской государственный технический университет.
About the authors:
Oleg Ivanovich Terehov – 2st Year Master’s Student of the Department of Power Supply and Electrical Engineering, Tver State Technical University.
Okuneva Victoria Valeryevna – Associate Professor of the Department of Power Supply and Electrical Engineering, Tver State Technical University.
