Сучасні проблеми енергозбереження засобами електропривода
Величезна частка електроенергії, що споживається електроприводом, - до 65% в розвинених країнах, і здійснення електроприводом практично всіх технологічних процесів, пов'язаних з рухом, роблять особливо актуальною проблему енергозбереження в електроприводі і засобами електроприводу. У світовій практиці до теперішнього часу сформувалося кілька основних напрямків, за якими інтенсивно ведуться дослідження, розробки, здійснюються великі промислові проекти.
У нерегульованому електроприводі, реалізованому на основі асинхронних електродвигунів з к.з. ротором, багато уваги приділяється так званим енергоефективним двигунів, в яких за рахунок збільшення маси активних матеріалів, їх якості, а також за рахунок спеціальних прийомів проектування вдається підняти на 1-2% (потужні двигуни) або на 4-5% (невеликі двигуни) номінальний ККД при деякому збільшенні ціни двигуна.
Правильний вибір двигуна для конкретного технологічного процесу - один з найважливіших шляхів енергозбереження. У європейській практиці прийнято вважати, що середнє завантаження двигунів становить 0,6, тоді як в нашій країні, де до недавнього часу не було прийнято економити ресурси, цей коефіцієнт становить 0,3 - 0,4, тобто привід працює з ККД значно нижче номінальної. Завищена "про всяк випадок" потужність двигуна часто призводить до непомітним на перший погляд, але дуже істотних негативних наслідків в обслуговується електроприводом технологічній сфері, - наприклад, до зайвого натиску в гідравлічних мережах, пов'язаному зі зростанням втрат і зниженням надійності і т.п.
Основний шлях енергозбереження засобами електропривода - подача кінцевому споживачеві - технологічної машині - необхідної в кожен момент потужності. Це може бути досягнуто за допомогою управління координатами електроприводу, тобто за рахунок переходу від нерегульованого електроприводу до регульованого. Цей процес став в останні роки основним у розвитку електроприводу в зв'язку з появою доступних технічних засобів для його здійснення - перетворювачів частоти і т.п.
Вибір раціональних в конкретних умовах типів електроприводу і способів управління, що забезпечують мінімізацію втрат в силовому каналі, - важливий елемент в загальній проблемі енергозбереження.
Очікується, що перехід від нерегульованого електроприводу до регульованого в технологіях, де це потрібно, може заощадити до 25-30% електроенергії. В одній з технологій - в водо- подачі повітря - перехід до регульованого електроприводу, як показав досвід, економить близько 50% електроенергії, до 25% води і до 10% тепла.
Основи алгебри логіки, основні операції, аксіоми і теореми
В алгебрі логіки розглядаються змінні, які можуть приймати тільки два значення: 0 і 1. В подальшому змінні будемо позначати латинськими літерами X, Y, z. В алгебрі логіки визначено відношення еквівалентності (=) і три операції: диз'юнкція (операція АБО), що позначається знаком V (+); кон'юнкція (операція І), що позначається точкою, яку можна опускати (наприклад, х · у = ху); заперечення (інверсія, операція НЕ), що позначається рисою над змінними або елементами 0 і 1 (наприклад,,). Ставлення еквівалентності задовольняє наступним властивостям: х = х -рефлексівность; якщо х = у, то у = х - симетричність; якщо х = у і у = z. то x = z - транзитивність. З відносини еквівалентності слід принцип підстановки: якщо х = у, то в будь-який формулою, що містить х, замість х можна підставити у, і буде отримана еквівалентна формула.
Базовими елементами, якими оперує алгебра логіки, є висловлювання.
Висловлювання будуються над безліччю, де B - непорожня множина, над елементами якого визначені тріопераціі:
заперечення (унарна операція),
а логічний нуль 0 і логічна одиниця 1 - константи.
, інволютивними заперечення, закон зняття подвійного заперечення
Найпростіший і найбільш широко застосовуваний приклад такої алгебри будується з використанням безлічі B, що складається всього з двох елементів:
Як правило, в математичних виразах Брехня ототожнюється з логічним нулем, а Істина - з логічною одиницею, а операції заперечення (НЕ), кон'юнкції (І) і диз'юнкції (АБО) визначаються в звичному нам розумінні. Легко показати [невизначеність]. що на даній множині B можна задати чотири унарні і шістнадцять бінарних відносин і всі вони можуть бути отримані через суперпозицію трьох обраних операцій.
Властивості логічних операцій
Комутативність. xy = yx ,.
Ідемпотентність: xx = x ,.
Асоціативність: (xy) z = x (yz) ,.
Дистрибутивність кон'юнкція і диз'юнкції відносно диз'юнкції, кон'юнкції і суми по модулю два відповідно:
,
,
.
Закони де Моргана:
,
.
,
.
.
.
.
.
, інволютивними заперечення, закон зняття подвійного заперечення.
.
.
.
.
Інші (3) (Додаток законів де Моргана):
.
.
Намалювати і пояснити механічні характеристики асинхронного двигуна при зміні напруги мережі і при зміні величини активного опору ланцюга ротора.
Найбільш поширені такі способи регулювання швидкості асинхронного двигуна: зміна додаткового опору кола ротора, зміна напруги, що підводиться до обмотки статора двигуна, зміна частоти живлячої напруги, а також перемикання числа пар полюсів.
Мал. 1. Механічні характеристики асинхронного двигуна з фазним ротором при різних опорах резисторів, включених в ланцюг ротора.
Регулювання частоти обертання асинхронного двигуна шляхом введення резисторів в ланцюг ротора
Введення резісторовв ланцюг ротора призводить до збільшення втрат потужності і зниження частоти обертання ротора двигуна за рахунок збільшення ковзання, оскільки n = nо (1 - s).
З рис. 1 випливає, що при збільшенні опору в ланцюзі ротора при тому ж моменті частота обертання валу двигуна зменшується.
Жорсткість механічних характерістікзначітельно знижується зі зменшенням частоти обертання, що обмежує діапазон регулювання до (2 - 3). 1. Недоліком цього способу є значні втрати енергії, які пропорційні ковзанню. Таке регулювання можливе лише длядвігателя з фазним ротором.Регулірованіе частоти обертання асинхронного двигуна зміною напруги на статорі. Зміна напруги, що підводиться до обмотки статора асинхронного двигуна, дозволяє регулювати швидкість за допомогою відносно простих технічних засобів і схем управління. Для цього між мережею змінного струму зі стандартним напряженіемU1ном і статором електродвигуна включаетсярегулятор напруги. При регулюванні частоти вращеніяасінхронного двігателяізмененіем напруги, що підводиться до обмотки статора, критичний момент Мкр асинхронного двигуна змінюється пропорційно квадрату підводиться до двигуна напряженіяUрет (рис. 3), а ковзання отUрег не залежить. Мал. 1. Механічні характеристики асинхронного двигуна з фазним ротором при різних опорах резисторів, включених в ланцюг ротора
Мал. 2. Схема регулювання швидкості асинхронного двигуна шляхом зміни напруги на статорі
Мал. 3. Механічні характеристики асинхронного двигуна при зміні напруги підводиться до обмоток статора
Перехідні процеси в електроприводах постійного струму при пуску і гальмуванні
Пуск двигунів постійного струму
Як і у випадку з асинхронними двигунами, пуск двигунів постійного струму ускладнений виникають при пуску великими значеннями пускових струмів і моментів. Але на відміну від асинхронних двигунів, в ДПТ пускові струми перевищують номінальні в 10-40 разів. Таке величезне перевищення може призвести до висновку двигуна з ладу, пошкодження пов'язаних з двигуном механізмів і великим осіданням напруги в мережі, що може позначитися на інших споживачах. Тому пускові струми намагаються обмежити до значень (1,5 ... 2) Iн.
Для малопотужних двигунів (до 1 кВт) за умови відсутності навантаження на валу, можна застосувати прямий пуск, тобто безпосередньо від мережі. Це пов'язано з тим що маса рухомих частин двигуна не велика, а опір обмотки відносно велика. При прямому пуску таких двигунів пускові струми не перевищують значень (3 ... 5) Iн. що для таких двигунів не критично.
Коли двигун працює при постійній напрузі й опорі обмотки якоря, струм в якорі можна знайти за допомогою формули
У цій формулі U - напруга мережі живлення, Епр - протівоедс, Σr - опір обмоток якоря. Протівоедс Епр виникає при обертанні якоря в магнітному полі статора, при цьому в двигуні, вона спрямована проти якоря. Але коли якорі не рухається, Епр не виникає, а значить, вираз для струму прийме такий вигляд
Це і є вираз для визначення пускового струму.
Дивлячись на формулу можна прийти до висновку, що зниження пускового струму можливо або зниженням напруги, або збільшенням опору якірної обмотки.
Пуск двигуна зниженням напруги застосовується, якщо харчування двигуна організовано від незалежного джерела енергії, який можна регулювати. На практиці такий пуск використовується для двигунів середньої і великої потужності.
Ми розглянемо більш докладно спосіб пуску двигуна постійного струму за допомогою введення додаткового опору в ланцюг якоря. При цьому пусковий струм буде дорівнює
Таким чином, можна домогтися величини пускового струму, в потрібному діапазоні, безпечному для двигуна. Додатковий опір може бути як у вигляді реостата, так і у вигляді декількох резисторів. Це потрібно для того, щоб в процесі запуску двигуна, міняти опір в якірного ланцюга.
Слід знати, що з додатковим опором в обмотці якоря двигун працює не на природному, а на більш м'якої штучної характеристиці, яка не підходить для нормальної роботи двигуна.
Пуск двигуна здійснюється в декілька ступенів. Після деякого розгону двигуна, Епр обмежить струм, а отже пусковий момент, щоб підтримати його на колишньому рівні, потрібно зменшити опір, тобто переключити реостат або шунтировать резистор.
Припустимо, що ступені у нас чотири, тоді механічна характеристика буде виглядати наступним чином
На першому місці, коли додатковий опір максимально, і Один R1 + R2 + R3 двигун починає свій розгін. Після досягнення певної точки, яку отримують за допомогою розрахункових даних, опір R3 шунтуючих. При цьому двигун переходить на нову характеристику, і розганяється на ній все до тієї ж точки. Таким чином, двигун виходить на природну характеристику, не постраждавши від дії великих пускових струмів і моментів.