Режимы энергосбережения в электроприводе с полупроводниковыми преобразователями.

Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока.

Силовой трехфазный импульсный инвертор содержит шесть транзисторных ключей. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.

В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями. Регулирование выходной частоты f вых и выходного напряжения осуществляется за счет высокочастотной широтно-импульсной модуляции.

Средством дополнительного энерго­сбережения при частотном управлении АД является разработка такого алгоритма управления, который оп­тимизировал бы магнитный поток. Оптимизация магнитного по­тока позволяет снизить потребляемую мощность путем снижения уровня напряжения при работе в установившемся ре­жиме. В переходных режимах следует использовать регулирование с номинальным потоком, так как работа с оптимальным по усло­виям энергосбережения магнитным потоком связана с существенным уменьшением перегрузочной способности двигателя, что не позволяет достичь необходимого динамического момента.

Проанализируем некоторые результаты моделирования для двигателя типа 4A160S2, с Р_ном = 15 кВт. На рис. 2.2 показаны зависимости потерь от амплитуды напряже­ния и моментов нагрузки при ω = ω_ном(а)и ω = 0,5ω_ном(б). Как видно на рис. 2.2, а, возможность снижения потерь имеется лишь при моментах сопротивления М_с < 0,6М _ном. Очевидно, что при снижении скорости диапазон моментов нагрузки, в котором целесо­образно снижать напряжение, уменьшается (см. рис. 2.2, б).

Энергосберегающий режим может быть осуществлен следу­ющими способами:

1. поддержанием постоянства cosφ₁;
2. поддержанием постоянного скольжения;
3. управлением с использованием модели двигателя;
4. с помощью поисковых алгоритмов.

Наиболее надежным и независимым от свойств конкретного объекта управления методом оптимизации являются поисковые алгоритмы, которые при расчете используют только значения то­ков и напряжений. В этом случае оптимальный режим достигается путем миними­зации потребляемой мощности, рассчитанной по формуле Р₁ = 3U₁I₁cosφ₁. В процессе работы система управления итеративно (ступенча­то) изменяет уровень напряжения для отыскания точки мини­мального энергопотребления.

Поисковому алгоритму может потребоваться несколько десятков секунд для обнаружения оптимальной точки, что делает его непригодным к использованию в механизмах циклического действия с малыми циклами. Это обуславливает целесообразность применения алгоритма поиска минимума потребляемой мощности в электроприводах, длительно работающих с постоянными нагрузками, значительно меньшими номинальных.

При осуществлении энергосберегающего алгоритма возникает проблема снижения перегрузочной способности двигателя при уменьшении напряжения питания. Система управления должна восстанавливать магнитный поток при механическом возмущении, т.е. реагировать на увеличение тока.

Турбомеханизмы характеризуются существенным уменьшени­ем момента нагрузки со снижением скорости, что, с одной сторо­ны, является преимуществом с точки зрения устойчивости к сни­жению перегрузочной способности, а с другой – не позволяет получить высокую эффективность энергосберегающего режима, так как максимум экономии достигается при максимальной ско­рости и минимуме момента нагрузки.