Вернуться к старому виду сайта
Задать вопрос

или свяжитесь с нами по телефону +7 (495) 792-57-57

Защита от автоматического заполнения Введите символы с картинки*

* - обязательные поля

Силовая электроника
+7 (495) 792-57-57

Перспективы достижения оптимальной адаптации двигателей

В настоящее время появляется множество инновационных технологий для трехфазных двигателей, призванных обеспечить максимальную энергоэффективность в коммерческих и промышленных применениях. Истощение запасов ископаемого топлива, изменение климата и глобальное потепление - вот лишь несколько из многих причин, заставляющих задуматься о значительном снижении энергопотребления, к тому же, имеются и политические причины. Так, к примеру, множество стран мира – в том числе страны Евросоюза – установили официальные классы эффективности для различных изделий, включая электродвигатели с определенными выходными характеристиками. Дело в том, что двигатели являются связующим звеном между электропитанием и механическими процессами в промышленном и коммерческом секторах, на которые приходится большая часть общего энергопотребления.

Две трети общего промышленного потребления приходится на машины, управляемые электродвигателями. В одной только Германии можно сэкономить 38 млрд. кВт*ч в год, просто заменив многие устаревшие приводы в промышленном, коммерческом секторах и государственных учреждениях современными. А замена приводов по всей Европе позволит сократить энергопотребление на целых 135 млрд. кВт•ч, что эквивалентно 69 млн. тонн выбросов углекислого газа. (Источник: ZVEI, "Двигатели и управляемые приводы").

В Евросоюзе минимальные уровни эффективности для электродвигателей установлены Регламентом (ЕС) № 640/2009. Регламент (EС) № 4/2014 определяет сферу применения электродвигателей.

Технологии для соответствия установленным предельным значениям

Вышеупомянутые регламенты устанавливают новые классы эффективности. Нынешние ограничения для самого низкого класса эффективности от IE1 до класса IE3 прописаны в стандарте IEC 60034-30. В начале 2014 года ответственные органы власти утвердили пересмотренный вариант стандарта IEC 60034-30-1. Помимо прочего, в нем устанавливаются предельные значения для класса эффективности IE4 и возможные предельные значения для класса эффективности IE5. Однако следует отметить, что оба эти класса не закреплены в законодательстве и, следовательно, не являются обязательными. Для соответствия требованиям минимального класса эффективности необходимо было внести изменения в существующие технологии работы двигателей и использовать дополнительные защитные покрытия и медные компоненты. Вместе с этим, новые и усовершенствованные с помощью внедрения преобразователей частоты старые технологии тоже заслуживают рассмотрения. В результате, пользователи теперь вынуждены сталкиваться с проблемой выбора подходящей технологии из множества имеющихся.

Характеристика типов двигателей

Все имеющиеся типы двигателей одного класса эффективности обеспечивают аналогичные показатели при номинальных характеристиках, однако они имеют и ряд отличий, таких как работа при запуске или частичной нагрузке. Существует также множество других факторов - первоначальная стоимость, оборудование для переоснащения действующих машин и систем или требуемая электронная система управления. Некоторые технологии подразумевают использование электронного управления. Три основных типа двигателей, широко распространенных в настоящее время, – это трехфазный асинхронный двигатель, двигатель с постоянными магнитами и синхронный реактивный двигатель.

Для достижения максимальной энергоэффективности необходимы оптимизированные алгоритмы управления

Как правило, практически всеми типами двигателей можно управлять с помощью запрограммированных кривых, определяющих необходимое напряжение для каждого значения скорости или частоты. Такие кривые известны как кривые зависимости напряжения от частотных характеристик. Тем не менее, теоретическая эффективность каждого вида двигателей может быть достигнута на практике исключительно с применением специально адаптированных алгоритмов управления. В противном случае оптимизация работы для каждого режима эксплуатации с переменной нагрузкой невозможна.

Работу устройства при пониженной скорости всегда наиболее трудно контролировать. Это указывает на необходимость адаптации алгоритмов управления к конкретному типу двигателя. Теоретически, применение графика зависимости напряжения от частоты, который начинается в рабочей точке 0 В и 0 Гц и затем поднимается линейно к номинальным значениям частоты и напряжения, является достаточным для управления асинхронным трехфазным двигателем. Напряжение 0В указывает на отсутствие тока, который необходим для генерирования крутящего момента. Таким образом, адаптация напряжения к типу двигателя и его нагрузке крайне важна.

Проблема возникает в такой ситуации, когда преобразователь частоты только одного вида отвечает за управление различными типами двигателей при разных нагрузках, во всех диапазонах мощности и рабочих точках. Каким образом можно оптимизировать алгоритм управления, какая информация необходима для этого и какие стратегии следует использовать при определении напряжения и частоты для достижения максимальной эффективности двигателя? Для ответа на эти вопросы необходимо обратиться к опыту производителей электронных систем управления.

Существует три основные стратегии:

  • Угол постоянного крутящего момента: Цель состоит в достижении максимального крутящего момента двигателя. Для этого угол момента (угол между током статора и током ротора) должен постоянно равняться 90°.
  • Максимальный крутящий момент на 1 ампер: Данная стратегия направлена на максимальное повышение энергоэффективности двигателя, в связи с чем максимальный ток определяется для конкретного крутящего момента.
  • Коэффициент мощности: Наилучшее значение коэффициента усиления напряжения/тока определяется для минимизации фиксированного значения мощности.

При использовании различных технологий разработчик должен также адаптировать основные принципы управления двигателем к уникальным характеристикам, присущим каждому типу двигателя. Так, например, благодаря наличию магнитов противо-ЭДС (напряжение, которое появляется в процессе работы ротора в статоре) двигателей с постоянными магнитами значительно выше, чем противо-ЭДС трехфазных асинхронных двигателей.