Выдвинутой на соискание премии Президента Украины для молодых ученых
На соискание ежегодной премии Президента Украины для молодых ученых
Научные основы энергосбережения средствами электропривода
На базе использования методов теории мгновенной мощности
| Калинов Андрей Петрович - | кандидат технических наук, доцент кафедры систем автоматического управления и электропривода Кременчугского национального университета имени Михаила Остроградского |
| Окалины Вита Александровна - | кандидат технических наук, доцент кафедры систем автоматического управления и электропривода Кременчугского национального университета имени Михаила Остроградского |
| РОМАШИХИН Юрий Владимирович - | кандидат технических наук, ассистент кафедры систем автоматического управления и электропривода Кременчугского национального университета имени Михаила Остроградского |
| МАМЧУР Дмитрий Григорьевич - | кандидат технических наук, ассистент кафедры систем автоматического управления и электропривода Кременчугского национального университета имени Михаила Остроградского |
Реферат
КРЕМЕНЧУГ - 201 3
Реферат
Цикла научных трудов Калинова Андрея Петровича, Огарь Виты Александровны, Ромашихина Юрия Владимировича, Мамчура Дмитрия Григорьевича по теме
Научные основы энергосбережения средствами электропривода
на базе использования методов теории мгновенной мощности »,
выдвинутой на соискание премии Президента Украины для молодых ученых
И нтенсы вне использования энергетических ресурсов и скоростей е истощение традиционных форм энергоносителей остро поставило вопрос разработки и внедрения средств энергосбережения, особенно на промышленных предприятиях, как крупнейших потребителях энергии. Эффективное решение данного вопроса возможно при внедрении энергосберегающих технологий средствами электропривода переменного тока, как наиболее массового преобразователя и потребителя энергии в промышленности. При этом основным условием достижения реального результата является всесторонний анализ енергопроцесив в системе электропривода и формирование критериев оценки эффективности ее использования.
На надежность и энергетическую эффективность функционирования систем электропривода влияет ряд факторов.
Во-первых, с лед отметить, что большинство электромеханического оборудования на предприятиях, основным элементом которого являются электрические двигатели (ЭД), в частности асинхронные двигатели (АД), прошли достаточно длительный срок эксплуатации, и за это время неоднократно ремонтировались. Многолетняя эксплуатация, сопровождающееся многократными ремонтами призв в дит к тому, что используют машину, р е ные эксплуатационные показатели которой значительно ниже, чем задекларированные зав в дом-изготовителем. Это приводит к повышенному энергопотреблению, увеличение потерь энергии и ускоренного износа узлов системы электропривода.
Во-вторых, в ажливим вопросом при определении энергоэффективности работы электромеханического оборудования является своевременная диагностика дефектов, ведь работа системы при наличии дефектов приводит к повышению энергопотребления и ускоренного истощение остаточного ресурса. В связи с этим возникает задача оценки потока ч ного технического состояния и энергоэффективности ро боты ЭД. Метод определения энергетических показателей АД на основе мгновенных значений сигналов тока, напряжения и мощности может быть положен в в с новой для расчета оптимального времени замены двигателя на новый с целью обеспечения на и меньший ущерб для предприятия.
В-третьих, н е менее важным вопросом при реализации мероприятий энергосбережения, является определение остаточного ресурса работы оборудования. Своевременное прогнозирование выхода определенных узлов из строя позволит своевременно планировать ремонтные операции и сократить экономические расходы, возникающие в результате внезапных аварий и простоев оборудования.
Эффективное решение указанных задач возможно только при условии адекватного описания энергетических процессов, которые происходят в электромеханической системе, и их всестороннего анализа. Поскольку показателем, который в полной мере описывает енергопроцесы в системе, который достаточно просто измерить и проанализировать, есть сигнал мощности в каждый момент времени, то эффективно решить указанные задачи можно при использовании математического аппарата теории мгновенной мощности.
Вопросы разработки, развития и практического применения методов теории мгновенной мощности для идентификации параметров двигателей переменного тока были решены в работах Калинова А.П. и Ромашихина Ю.В. Вопросы использования методов теории мгновенной мощности для задач диагностики электропривода переменного тока и определения энергоэффективности работы электромеханического оборудования были рассмотрены и решены в работах Мамчура Д.Г. и Калинова А.П. Задачи повышения точности расчета энергетических процессов элементов электропривода переменного тока с учетом свойств магнитной системы на основе использования методов теории мгновенной мощности были решены в работах Огарь В.А. Таким образом, работы указанных авторов посвящены решению совместной общей проблемы реализации мероприятий энергосбережения средствами электропривода на базе использования методов теории мгновенной мощности и логично могут быть объединены в один цикл научных трудов.
Учитывая сказанное, целью научной работы является разработка и внедрение энергоресурсосберегающих технологий средствами электропривода на основе использования математического аппарата теории мгновенной мощности.
Использование математического аппарата теории мгновенной мощности позволяет описывать энергетические процессы в электромеханической системе электропривода учитывая комплекс всех реальных факторов, которые влияют на поведение системы. Это позволяет эффективно решать следующие задачи:
- описывать линейные и нелинейные объекты электромеханической системы;
- точно определять электромагнитные параметры электромеханической системы;
- рассчитывать характеристики электромеханической системы в переходных режимах работы при любой формы сигнала;
- выполнять диагностику неисправностей электромеханической системы с целью предупреждения аварийных ситуаций и планирования своевременных ремонтных операций;
- прогнозировать остаточный ресурс работы элементов электромеханической системы.
Теоретические основы математического аппарата теории мгновенной мощности и идентификация параметров элементов электромеханических систем переменного тока на основе математического аппарата теории мгновенной мощности
При решении многих инженерных с а дач в различных областях электротехники часто возникает а ют трудности, связанные с анализом электрических цепей, содержащих нелинейные элементы, которые не могут быть описаны с помощью постоянных коэффициентов, а их характеристики являются нелинейными функциями одной или нескольких переменных . При анализе нелинейных цепей с гармоническими составляющими токов и напряжений нельзя прим в ваты принцип наложения, что вызвано взаимод и семьей составляющих напряжений и токов различных частот. Линеаризация нелинейных элементов приводит к снижению точности расчетов, пот а ты важной информации, а иногда и сути самого исслед в ного явления. Поскольку в гармонических составляющих мгновенной постановляет мощности может применяться принцип накладывает н ния, то возможно анализ как линейных, так и нелинейных и них эле к трических кругов. Таким образом, решение задачи создания эффективных методов анализа электрических цепей с использованием составляющих мгновенной мощности, является фундаментом для дальнейших исследований общей проблемы реализации энергосбережения средствами электропривода переменного тока.
Важным вопросом при создании систем энергосбережения средствами электропривода является знание точных параметров схемы замещения элементов электромеханической системы, прежде всего - электрической машины. Актуальность этого вопроса обусловлена тем, что существующие системы управления электроприводом, предназначенные для организации энергосберегающих мероприятий, преимущественно разрабатывались из условия симметричности электромеханической системы и соответствия ее параметров данным завода-изготовителя. Очевидно, что такие системы не могут адекватно реагировать на текущие изменения эксплуатационных параметров оборудования. К тому же, большинство электрических машин на предприятиях страны были введены в эксплуатацию десятки лет назад, и за это время неоднократно проходили ремонтные процедуры. Известно, что при выполнении ремонтных операций, процедур сборки-разборки, изменяются параметры схемы замещения машины, которые обычно становятся несимметричными по фазам. Однако существующие системы управления не учитывают этих факторов. Поэтому на данный момент существует актуальная задача определения точных параметров схем замещения АД с учетом возможной их несимметрии по фазам с целью эффективной настройки систем управления ЭП для повышения эффективности энергосберегающих мероприятий средствами электропривода.
При решении данного вопроса получены следующие научные результаты.
- Получил дальнейшее развитие метод определения электромагнитных параметров асинхронных двигателей на основе уравнений баланса составляющих мгновенной мощности, в котором повышение точности достигается за счет формирования системы идентификационных уравнений отдельно по постоянным, каноническими и неканоническими составляющими мгновенной мощности;
- Получил дальнейшего развития подход к определению электромагнитных параметров асинхронных двигателей с приобретенными дефектами или повреждениями по соответствующим схемам замещения, выбор которых осуществляется на основе анализа токов, напряжений, мгновенной мощности и их гармонического состава, а определение параметров происходит путем решения системы идентификационных уравнений баланса составляющих мгновенной мощности;
- Впервые обоснована возможность использования уравнений баланса составляющих мгновенной мощности при определении электромагнитных параметров, момента инерции, составляющих гармоник скорости и момента асинхронных двигателей, вращающихся путем формирования уравнений баланса составляющих мгновенной мощности по трем фазам и совместного их решения с уравнениями мгновенной мощности механических частей электрических машин.
Решение задачи повышения точности определения параметров элементов электромеханической системы привело к следующим результатам:
- Повышение точности определения электромагнитных параметров асинхронных двигателей с приобретенными дефектами или повреждениями достигается путем определения параметров по определенным схемам замещения, выбор которых осуществляется на основе анализа токов, напряжений и их гармонического состава, а формирование системы идентификационных уравнений выполняется отдельно по постоянным, одночастотными и разночастотных составляющими мгновенной мощности;
- Обоснованно необходимое количество идентификационных уравнений, синтезированных на основе математического аппарата теории мгновенной мощности, для определения электромагнитных параметров асинхронных двигателей с приобретенными дефектами или повреждениями в зависимости от выбранной схемы замещения;
- Доказано, что использование составляющих мгновенной мощности в уравнениях баланса позволяет определять электромагнитные параметры асинхронных двигателей, прошедших ремонт или находились долгое время в эксплуатации, с погрешностью, не превышающей 3 ... 5 %, В отличие от существующих методов;
- Использование уравнений баланса составляющих мгновенной мощности позволяет определять параметры электрической и механической частей асинхронных двигателей с помощью трехфазной модели мгновенных мощностей;
Расчеты нелинейных электрических цепей на основе систем уравнений мгновенных мощностей вызывает такие негативные аспекты, как громоздкость и сложность систем уравнений, а, самое главное, требует большого пром и жку времени. Поэтому, для преодоления этих трудностей, был разра бы лений алгоритм вычисления, который позволяет получать выражения составляющих мгновенной мощности не только для о с тех кругов, но и для контуров, содержащих нелинейные эле н ты.