ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЭЛЕКТРО­ПРИВОД

АКТИВНАЯ И РЕАКТИВНАЯ ЭНЕРГИЯ, ПОТРЕБЛЯЕМАЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

При проектировании и промышленном использовании электро­привода необходимо иметь методики расчета его энергетических показателей (КПД, коэффициента мощности, потребляемой ак­тивной и реактивной энергии), что позволяет определить техни­ко-экономические показатели (в частности, рассчитать стоимость потребляемой энергии и компенсирующего устройства), произвес­ти сравнительные технико-экономические расчеты и обосновать эффективность применения того или иного типа регулируемого электропривода.

Зная номинальную мощность (PN) двигателя и тахограмму его работы, можно для различных способов параметрического управления определить активную и реактивную энергию, потреб­ляемую из сети. При этом для упрощения вычислений и получе­ния общих расчетных выражений не будем учитывать не сущест­венные в общем балансе потерь следующие составляющие: меха­нические и добавочные потери в двигателе, потери в стали ротора, а также потери в стали статора от высших гармоник (см. § 5.1). С учетом этого выражения для активной энергии принимают сле­дующий вид:

1. Энергия №у, потребляемая двигателем при работе с заданной установив­шейся скоростью о (скольжением s):

+ [А + (1 - A) kn2APм1дг + [В + (1 - В) JV4 4РСІЛ,

(5.66)

Режим рекуперативного тормошения при работе двигателя на естественной характеристике

Np

РВН в режиме динамического торможения

При работе двигателя на естественной характеристике в первом квадранте №у определяется из (5.65) при подстановке k„2= и s = |ics, v-

2. Энергия, потребляемая двигателем в переходных процессах при работе в двигательном режиме, г= 1, изменение скорости ОТ (0=0 ДО №=(£>N'

РПН

«^п. п.дв =!^ [pN + IV4/W - Л) + ДРс, д-(1 - В) +

z SN

+ *П4P„2N] + lk„AAPulfl + ВДРС|Л.] )• (5.69)

1 —SN )

РДС

(Л Н*Д^П2( 1 Ч-

^п. пдв = *п. п ^------------------ +------ [Л-+ (1 - А) |іді] kn2A РыШ +

+ 1В + (1-В)цл«]ДРс1Л. (5.70)

3. Энергия, потребляемая двигателем в переходных процессах при работе в тормозном режиме:

а) РВН в режиме динамического торможения, г— 1, изменение скорости от

о) = o),v до со=0,05

w7 /гп2(и-тДРмідг^п, п J (1 — ^)(1— sn) _j_ %Asn ^

п, п,д, т 9 І І 1п|20(1

г I SN 1 SN

(5.71)

б) РДС в режиме торможения противовключением, ит— 1, изменение скоро­сти ОТ Ш = Од - ДО <0 = 0

( ИтРд?

^п, п,п, в = ^п, п І7 + М+ О — A)l т2] kn2bPKlN - f [В +

{1 ~ SN

+ (1-В)|чЧ4РсіЛ. (5.72)

Отметим, что для получения в (5.65) — (5.72) энергии в джоулях необходимо

значения PN, APmi. v, APM2.v, APcn подставлять в ваттах.

Активная энергия, потребляемая асинхронным двигателем за цикл при отра­ботке тахограммы, показанной на рис. 5.2:

W^W^Wr+Wy^Wyb (5.73)

где Wn, WT, WyU Wy2 — активная энергия, потребляемая электроприводом соот­ветственно при пуске, торможении, работе на установившейся скорости Qyi и

£2у2. Если двигатель работает в продолжительном режиме с неизменной скоро­стью, ТО №Д, Ц=Гу.

Для определения активной энергии №ц, потребляемой из сети, необходимо учесть потери энергии в преобразователе. Так, при использовании преобразова­телей в статорных цепях асинхронного двигателя

где ї]пр — КПД преобразователя; для тиристорных преобразователей можно при­нимать т]пр=0,99.

Зная Гц, можно рассчитать стоимость электроэнергии CV, потребляемой электроприводом в течение года:

при повторно-кратковременном режиме работы

CV=0,277- lO~GW^ZTyi, (5.75)

где Т — число работы в году, уі— стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, руб.;

при продолжительном режиме работы

CB=0,277-10-6lFyYl/iinP, (5.76)

где Wy определяется по одной из формул (5.65) — (5.68) при подстановке /у= = 3600 Т.

При параметрическом управлении асинхронным двигателем коэффициент мощности является нелинейной функцией от момен­та и скорости электропривода (см. рис. 2.11, 2.18, 2.24). При

управлении от полупроводниковых преобразователей [41] полная

мощность 51 содержит активную мощность Рь реактивную мощ­ность Q, мощность несимметрии и мощность искажения, а помимо kb, важной энергетической характеристикой является коэффициент сдвига /гс — V'PiliPi + Q2), характеризующий соотношение меж­ду активной и реактивной мощностями. Зная kc, можно опреде­лить реактивную мощность Q при известном значении Рі на раз­личных участках тахограммы. При повторно-кратковременном режиме по тахограмме рис. 5.2 средняя реактивная мощность за цикл работы

^р, п + ^р. т+^р, уі+^р, уа /к^

Vcp — ----------------------------- /----------------------------- *--------------------------- °‘‘ ‘)

‘и

где Wp, n, Wp, r, IFp. yi, 1^р, у2 — реактивная энергия, потребляемая электроприводом на участках пуска, торможения, работы с уста­новившейся скоростью.

Из-за сложной функциональной зависимости kc от параметров двигателя и рабочей точки электропривода целесообразно при практических расчетах определять этот коэффициент для коротко - замкнутых двигателей при двигательном режиме работы по сле­дующей эмпирической формуле, полученной на основе аппрокси­мации реальных зависимостей kc=f(v, со) [119]:

*с. д = k-Hcos^-dJl/S] (5.78)

где в большинстве случаев di—0,2, ^2=0,6, а для режима ДТ при­нимать &c, T = const=0,38-^-0,4.

Используя (5.78), определяем составляющие в (5.77):

1) реактивную энергию, потребляемую в установившемся режиме

Wp, y= Wy tg (arccos Ac), (5.79)

где kc определяется по (5.78) при р = рс;

2) реактивную энергию, потребляемую при пуске и торможении. Для упро­щения расчетов реактивную мощность в этом случае находим через среднюю активную мощность в переходном процессе Рср, п,п= W'n. nAn. n, a kc для двига­тельного режима принимаем постоянным и равным его значению из (5.78) при о)=0 (D = oo)

К, и = f<*i + (cos уЛ, — dj) 1/pij d2, (5.80)

С учетом указанных допущений получаем

№р, n = №ntg(arccos£c>JI); 1 Гр> т = WT tg (arccos kCt т). /

Приведенные выражения позволяют рассчитать по (5.77) среднюю реактив­ную мощность и определить средневзвешенный коэффициент сдвига за цикл работы:

£c, cp=cos [arctg Qcp/Picp], (5.82)

где Pup—Wn/tn — средняя активная мощность за цикл работы.

Мощность компенсирующей установки

Qk, y = QcP Plcp tg фэ, (5.83)

где фэ — нормативный (эквивалентный) фазовый угол нагрузки, который дол­жен быть обеспечен при использовании компенсирующих устройств. Обычно принимают со5фэ=0,93.

Стоимость компенсирующей установки

Кк, у “YsQx. y. (5.84)

где Y2 — стоимость 1 квар реактивной мощности компенсирующей установ­ки, руб.