Лекции для магистрантов специальности 6M0718 Электроэнергетика Алматы 2010

Лекция № 6. Оптимизация электроприводов по 
потреблению электроэнергии
 
Содержание лекции:
- энергетические режимы электродвигателей постоянного 
тока;
- оптимизация режимов двигателей переменного тока;
- энергосбережение при постоянной частоте питающего 
напряжения.
 
Цель лекции:
- изучить возможности оптимизации режимов работы 
двигателей постоянного тока;

---

- оптимизация энергопотребления двигателей переменного 
тока;
-регуляторы напряжения в асинхронных двигателях.
 
Оптимизация энергетических режимов электродвигателей 
постоянного тока осуществляется за счет регулирования потока в 
машине путем изменения тока обмотки возбуждения. Рассмотрим 
способы оптимизации энергетических режимов в электроприводах 
постоянного тока с двумя каналами регулирования: по цепи якоря 
и 
по 
цепи 
возбуждения. 
Структурные 
схемы 
таких 
электроприводов могут иметь различное исполнение.
Условие, обеспечивающее минимум потерь в двигателе, 
можно представить в виде:

(26)
 
Левая часть этого выражения представляет собой переменные 
потери, а правая - постоянные потери без учета механических 
потерь. Последние можно назвать потерями на возбуждение 

Р
в
*, 
так как они состоят из потерь в обмотке возбуждения и потерь в 
стали. 
Поэтому условие поддержания минимума потерь в двигателе 
можно представить следующим образом:

 ,
(27)
где

Р
v
* 

 

,

Р
в
*

 

.
 
Электропривод постоянного тока, реализует в системе 
равенство потерь Р
v
 
и Р
в
, .

---

Существуют системы регулирования с вычислением 
оптимального тока возбуждения двигателя, которые частично 
рассмотрены в этом курса. 
По якорной цепи осуществляется регулирование скорости 
электропривода с помощью регулятора скорости на вход которого 
поступает разность заданного 
3
и фактического 
значений 
скорости. По цепи возбуждения обеспечивается энергетическая 
оптимизация 
электропривода. 
Поддержание 
оптимального 
значения тока возбуждения осуществляется регулятором тока. 
Вычислительное 
устройство, 
например 
микропроцессор, 
вычисляет значение 
по известным коэффициентам 
, 
, 
и измеренным значениям 
и 
. Момент 
двигателя 
определяется перемножением сигналов, пропорциональных току 
якоря и току возбуждения.
Если момент на валу электропривода является однозначной 
функцией скорости, то система регулирования может быть 
упрощена. Например, для вентиляторов
. (28)
В этом случае выражение (40) преобразовывается к виду
, (29)
т. е. оно становится однозначной функцией скорости.
Система автоматического регулирования, обеспечивающая 
поддержание заданной скорости с минимизацией потерь в дви-
гателе, может быть построена по схеме с подчиненным 
регулированием. 
Заданная скорость электропривода обеспечивается за счет 
регулирования напряжения якоря с помощью регулятора 

---

скорости. Функциональный преобразователь по заданной 
скорости определяет ток возбуждения 
, который на линей-
ном участке кривой намагничивания находится из выражения (29), 
так как 
. При учете насыщения эта зависимость 
должна быть скорректирована в соответствии с зависимостью 
Поисковые системы минимизации потерь. 
Ранее 
рассмотренные 
системы 
автоматического 
регулирования имеют общие недостатки, заключающиеся в том, 
что;
- необходимо знать величины 
, 
, 
конкретных двига-
телей и производить по ним индивидуальную настройку функцио-
нальных преобразователей и регуляторов;
- параметры двигателей (в первую очередь активные сопро-
тивления обмоток) изменяются во время работы, что может 
приводить к появлению существенных погрешностей в системах 
автоматической минимизации потерь
-
. (30)
Этих 
недостатков 
лишена 
поисковая 
система 
автоматического регулирования. Она содержит датчик мощности, 
измеряющий суммарную активную мощность, потребляемую по 
цепям якоря и возбуждения.
Если 
и 
, то мощность зависит только от 
потока и имеет минимум, соответствующий минимуму суммарных 
потерь 
. 
Известно, что в точке экстремума производная функции из-
меняет свой знак. Регулятор в цепи управления обмотки воз-
буждения производит «поиск» минимума потребляемой мощности 
путем поддержания на нулевом уровне производной мощности по 
времени.
Преимуществом такой системы регулирования является не-
зависимость от параметров и условий работы электропривода, 
однако ее точность невысока, так как минимум мощности не 

---

очень четко выражен
.
Кроме того, при колебаниях момента или 
скорости электропривода поисковая система регулирования 
оказывается неработоспособной.
Оптимизация энергопотребления частотно-управляемых 
асинхронных электроприводов. В частотно-управляемых 
асинхронных электроприводах можно использовать те же способы 
минимизации потерь, что и для электроприводов с двигателями 
постоянного тока независимого возбуждения. Однако с 
практической точки зрения реализация этих способов оказывается 
более сложной, так как формирование потока в асинхронной 
машине требует применения специальных датчиков либо сложных 
алгоритмов управления. 
Если не учитывается насыщение магнитопровода, то
, (31)
т. е. регулирование потока предполагает необходимость 
поддержания требуемого соотношения 
. В соответствии с 
этим - поток 
определяется моментом 
на валу АД из
, (32)
где 
угол, между 
 и
, который при малых 
значениях скольжения равен, примерно л/2, т. е.
. (33)
После подстановки получаем, что

---

. (34)
Ток ротора
. (35)
С 
учетом 
этих 
соотношений 
строится 
система 
электропривода, которая должна содержать асинхронный 
двигатель, преобразователь частоты, датчики тока и напряжения 
статора, регулятор напряжения и вычислительное устройство.
В нем по мгновенным значениям 
и 
вычисляется ток 
, затем с учетом частоты 
определяется поток 
. 
Значение напряжения 
, необходимое для создания этого 
потока, рассчитывается следующим образом:
, (36)
где