ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Обеспечение технологических требований к показателям переходных процессов за счет систем управления электроприводом

Современные технологические установки и машины предъяв­ляют самые разнообразные требования к качеству переходных процессов в электроприводе. Как правило, это требования к то­чности и быстродействию в позиционных электроприводах, фор­мирование желаемой диаграммы скорости в системах регулирова­ния скорости, формирование требуемой диаграммы крутящего мо­мента двигателя в тяговых силовых установках и т. д. Кроме того,
для всех этих устройств характерным является требование ограни­чения скорости и ее производных, момента двигателя и его про­изводных, максимальной мощности и т. д. Следовательно, из мно­жества возможных траекторий движения электропривода необ­ходимо выбирать такие, которые обеспечивают максимальное бы­стродействие, минимум потерь энергии и динамических нагру­зок, максимум полезной работы с учетом существующих огра­ничений.

Очевидно, что использование неуправляемых переходных про­цессов пуска и торможения электропривода дает ограниченный набор возможных траекторий движения, чаще всего не удовлет­воряющих требованиям технологического процесса. Поэтому пе­реход к регулируемому электроприводу с возможностью форми­рования управляемых переходных процессов является объектив­ной необходимостью. Этот процесс перехода, обусловленный не­прерывным повышением технического уровня средств управле­ния электроприводом, позволяет не только удовлетворить все тре­бования современных технологических установок, но и дает воз­можность оптимизировать потребление энергии электроприводом.

Самая общая постановка задачи оптимального управления элек­троприводом с учетом технологических требований хорошо изве­стна и заключается в поиске экстремума некоторого обобщенного функционала, в который может входить большое число зачастую противоречивых показателей, в том числе энергетических. Реше­ние этой задачи связано со значительными трудностями, прежде всего из-за того, что априори неизвестны весовые коэффициенты показателей, входящих в этот функционал. Кроме того, само ре­шение этой задачи чрезвычайно громоздко и неоднозначно, так как связано с использованием методов классического вариацион­ного исчисления, принципа максимума, метода динамического программирования и других методов оптимального управления, поэтому более известны частные решения задачи, например зада­ча позиционирования с минимумом потерь в двигателе. Другие постановки этой задачи будут рассмотрены в подразд. 3.3.5.

Очень важно учитывать при переходе к регулируемому элект­роприводу следующие обстоятельства.

Во-первых, при переходе к регулируемому электроприводу экономия электроэнергии часто достигается не только и не столько за счет снижения потерь в самом электроприводе, но и за счет того технологического процесса, в котором участвует этот привод. При этом экономия энергии может многократно превосходить потребление электроэнергии собственно электроприводом. Так, повысив качество регулирования в электроприводах перемещения электродов дуговой сталеплавильной печи мощностью в несколь­ко киловатт, можно повысить эффективность использования энер­гии дуги мощностью в несколько мегаватт. Другой пример — оп­тимизация нагрева заготовок в термических установках за счет регулирования скорости транспортера, подающего эти заготовки.

Во-вторых, для получения энергетического и технологическо­го эффектов часто нужны изменения координат электропривода в очень небольших пределах при невысоких требованиях к качеству регулирования, что можно осуществить с помощью относительно простых технических средств. Например, даже небольшое измене­ние скорости насоса водоснабжения дает ощутимую экономию электроэнергии и воды.

В-третьих, особенностью таких задач является отсутствие ка­ких-либо универсальных решений, применимых для всех элект­роприводов и технологических процессов, поэтому для каждого конкретного объекта из множества возможных вариантов необхо­димо выбрать один — лучший в определенном смысле. Многое в принятии правильного решения зависит как от квалификации и опыта инженера, так и от умения комплексно подойти к реше­нию этой задачи.