ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОСНОВНЫЕ АЛГОРИТМЫ И ОСОБЕННОСТИ СКАЛЯРНОГО И
ВЕКТОРНОГО АЛГОРИТМОВ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ
АСИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ 7
1.1 Частотное управление асинхронным двигателем 7
1.1.1 Скалярное управление 7
1.1.2 Векторное управление: 9
2 ОСОБЕННОСТИ СЕХМЫ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ТАРСНФОРМАТОРОМ 13
3 ОПИСАНИЕ ИССЛЕДУЕМОГО СТЕНДА 15
3.1 Описание оборудования: 16
3.2 Настройка ПЧ Altivar 71 18
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 22
4.1 Описание экспериментов 22
4.2. Определение параметров электропривода 24
4.2.1 Определение параметров электропривода при скалярном и векторном
управлении 24
4.2.2. влияние трансформатора на эффективность работы приводов 26
4.2.3 Влияние снижения напряжения 28
5 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 30
5.1 сравнение скалярного и векторного режима управления 30
5.2 сравнение скалярного и векторного управления при пониженной
нагрузке 31
5.3 сравнение результатов при номинальном и пониженном напряжении 32
5.4 Оценка влияния трансформатора на эффективность привода скалярном
управлении 33
6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 36
6.1 Расчет фактического годового фонда рабочего времени 36
6.2 Расчет сметы капитальных затрат 37
6.3 Расход фонда заработной платы 37
6.4 Расчет материальных затрат 39
6.5 Расчет прочих затрат 40
6.6 Расчет срока окупаемости проекта 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 44
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Электроприводы являются неотъемлемой частью промышленного производства и потребляют значительную долю энергии. Использование частотнорегулируемых электроприводов позволяет существенно снизить энергозатраты за счет оптимизации режимов работы механизмов.
Как известно из теории электрических машин, при небольших нагрузках, КПД асинхронного двигателя и коэффициент мощности снижаются из-за больших реактивных токов протекающих в статорной обмотке АД, что ухудшает экономические показатели его работы.
Регулирование напряжения на статоре АД в сторону его уменьшения позволяет повысить экономичность работы привода при небольших механических нагрузках и холостом ходе из-за снижения значений токов статора, однако при снижении напряжения также изменяются токи ротора и скорость вращения вала двигателя, которые непосредственно влияют на выполнение технологических задач.
При усовершенствовании технологий добычи вязкой нефти температура добываемого сырья увеличилась с 120 градусов до 200 и, в следствии этого, уменьшился параметр вязкости нефти, из-за чего нагрузка на привод снизилась. В данной ситуации нецелесообразна замена привода на менее мощный, и в этих системах часто пользуются методикой снижения максимального напряжения. [2]
Целью данной ВКР является определение оптимального способа управления приводом при пониженном напряжении. Самые распространённые режимы регулирования — это скалярное и векторное управление. Эти методы управления имеют свои особенности, и как они будут работать с изменением напряжения неизвестно.
В ходе исследований встанет вопрос о возможности применения систем управления в схеме с промежуточным трансформатором. Использование преобразователя частоты совместно с трансформатором также является предметом исследований, так как большинство трансформаторов работают с номинальной частотой сети и как будет влиять на него изменение частоты также неизвестно. Основными критериями определения эффективности будет служить изменение
токов ротора и статора, а также скольжения.
Исходя из целей ВКР, мы можем выделить следующие задачи:
• обосновать необходимость проведения испытаний и описать суть экспериментов;
• провести эксперименты при различных режимах работы ЭП;
• проанализировать полученные результаты и сделать выводы;
• экономически обосновать полученные результаты.
Проведя анализ результатов полученных в ходе экспериментов по определению параметров тока ротора и статора при пониженном и номинальном напряжении было выявлено, что векторное управление работает неэффективно при напряжении 200 В, когда скалярное управление показало уменьшение значения тока статора на 20% и увеличение параметров тока ротора на 13% при незначительном увеличении скольжения.
Сравнение скалярного и векторного управления при номинальных нагрузках показало, что векторное управление показывает меньшие токи ротора и статора, однако скольжение при векторном управлении с одной и той же нагрузкой больше чем при скалярном.
При работе с трансформатором не целесообразно использовать векторное управление из-за неустойчивости его работы.
Сравнение результатов исследуемой схемы с трансформатором при скалярном управлении заметно увеличение скольжения и незначительное снижение токов ротора и статора, однако говорить об неэффективности работы трансформатора с пониженным напряжением сложно, так как на производстве используются повышающие трансформаторы, а трансформатор на исследуемом стенде понижающий.
Анализируя полученные результаты наиболее эффективным режимом при работе с пониженным напряжением является скалярное управление, при нем получилось сократить энергопотребление привода примерно на 15 %.
Для понимания экономической выгоды проекта мы смоделировали объект, который содержит 100 приводов средней мощности по 10 кВт. При стоимости 1 кВт/ч 3,52 общая стоимость потребляемой электроэнергии до модернизации составляет 29293440 рублей в год, стоимость потребляемой энергии после модернизации составляет 24899424 рублей, итого экономия по потреблению электроэнергии составит 4394016 рублей. Для корректной работы модернизированных приводов необходимо нанять оператора и инженера по автоматизации, их общий зарплатный фонд вместе будет составлять 1127703
рублей. Также необходимо учитывать накладные расходы составляющие 100% от фонда оплаты труда, итого общее увеличение прибыли в год будет равняется 1800300 рублям, а срок окупаемости проекта будет равен 10 месяцев. Срок окупаемости не превышает 3 лет. Отсюда делаем вывод о том, что модернизация системы является экономически эффективной.
