Контроллеры-оптимизаторы с функцией плавного пуска.
Асинхронные электродвигатели являются наиболее распространенными устройствами для привода промышленных и бытовых машин и механизмов. Основными проблемами, сопровождающими эксплуатацию таких двигателей, являются невозможность согласования создаваемого ими крутящего момента с моментом нагрузки, как во время пуска, так и во время работы, а также высокий пусковой ток.
Во время пуска крутящий момент обычно достигает 150-200%, и ускоряет нагрузку до достижения номинальной скорости вращения за доли секунды, что приводит к повышенному износу и в конечном итоге выходу из строя механической системы привода. В то же самое время пусковой ток может в 7-10 раз превышать номинальный, порождая проблемы со стабильностью питающей сети и приводя к повышенному износу обмоток двигателя.
Когда двигатель работает с пониженной нагрузкой, его КПД снижается вследствие того, что создаваемый обмотками магнитный поток слишком велик по отношению к значению, достаточному для создания крутящего момента, необходимого для преодоления момента нагрузки.
Типичный трехфазный асинхронный электродвигатель, работающий с полной нагрузкой, обладает относительно высоким КПД, достигающим 80-96%. Однако, как показано на рисунке 8, его КПД снижается при уменьшении нагрузки. Снижение КПД особенно заметно, когда нагрузка уменьшается до значений менее 50% от номинальной. Подавляющее большинство электродвигателей работают с нагрузками ниже номинальных, поскольку при проектировании электропривода были выбраны с конструктивным запасом, а так же из-за естественных колебаний нагрузки в условиях различных технологических процессов.
Нагрузка
КПД асинхронного двигателя
При пониженных нагрузках и полном напряжении асинхронные электродвигатели получают избыточный ток намагничивания, расходующийся, в том числе, на перемагничивание созданного им же в предыдущий момент времени избыточного магнитного поля. В отличие от традиционных устройств плавного пуска, использующих амплитудные методы управления, и сохраняющих полную электропроводность по окончании программы разгона, либо шунтирующихся обходными контакторами, подключающими электродвигатель напрямую к питающей сети, контроллер - оптимизатор путем непрерывного контроля нагрузки и изменения напряжения на обмотках электродвигателя по определенному алгоритму, способны экономить часть энергии возбуждения и снижать потери, а также улучшать коэффициент мощности. Крутящий момент, создаваемый двигателем, зависит как от приложенного напряжения, так и от скольжения (показатель «запаздывания» ротора относительно поля статора). Чем меньший момент нагрузки приложен к ротору, тем больше ротор «догоняет» поле статора, и тем в менее экономичный режим переходит двигатель. Если соответствующим образом снизить напряжение питания, подаваемое на двигатель, скольжение вернется к номинальному значению. При этом снизится ток, протекающий через обмотки двигателя, и, следовательно, снизится потребляемая мощность, потери уменьшатся, КПД двигателя возрастет. Описанный процесс на примере механических характеристик двигателя при различных значениях напряжения, приложенного к обмоткам.
Механические характеристики двигателя при различных значениях напряжения питания
Для управления напряжением на обмотках электродвигателя в контроллере используется встречно-параллельно включенные тиристорные пары, позволяющие путем постепенного изменения угла открытия тиристоров плавно увеличивать или уменьшать напряжение на обмотках двигателя.
Тиристорная пара
Обмотки двигателя представляют собой активно-индуктивную нагрузку. Активная составляющая сопротивления зависит только от температуры обмотки. Реактивная (индуктивная) составляющая сопротивления зависит от момента нагрузки, приложенного к ротору двигателя. Его величина тем больше, чем меньший момент нагрузки приложен. Величина реактивного сопротивления влияет на фазовый сдвиг между напряжением и током в цепи.
Фазовый сдвиг между напряжением и током
Измеряя этот фазовый сдвиг, можно однозначно судить о величине нагрузки по отношению к ее номинальному значению. Снижение напряжения пропорционально уменьшению величины нагрузки приводит к уменьшению индуктивной части сопротивления. Уменьшение реактивной составляющей тока снижает потери, равные произведению квадрата тока на активное сопротивление обмоток. Поскольку реактивный ток, как и активный, греет проводники, его уменьшение приводит к снижению активного сопротивления обмоток двигателя и питающих кабелей, что обеспечивает дополнительную экономию активной энергии. Кроме того, уменьшение реактивной составляющей сопротивления снижает отрицательное влияние реактивной нагрузки на питающую сеть, уменьшая реактивную мощность и улучшая, таким образом, коэффициент мощности.
Используя мощный процессор, контроллер способен мгновенно оценить нагрузку на валу двигателя, сравнить ее с номинальным значением, соответствующим образом изменить напряжение, подаваемое на двигатель, обеспечивая тем самым расчетное скольжение двигателя и, как следствие, максимальный КПД. При этом частота вращения двигателя не изменяется. Время реакции контроллера на изменение нагрузки составляет одну сотую долю секунды, что позволяет поддерживать режим максимального КПД даже при быстро изменяющихся нагрузках. Благодаря тому, что контроллер рассчитан на серьезные тепловые режимы, а его программное обеспечение использует высокоэффективные ноу-хау, в отличие от обычных устройств плавного пуска, они способны обеспечить запуск оборудования, характеризующегося тяжелыми пусковыми режимами, «номинал в номинал», а так же не требуют шунтирования обходными контакторами.
В технологических процессах, изменять скорость вращения двигателей в которых невозможно или не обязательно, контроллер - оптимизатор идеально подходит для решения задач плавного запуска оборудования и энергосбережения.
Акт испытаний.
Применение:
Внедрение ОПМ позволяет решить следующие задачи:
- уменьшить потребление активной мощности, при неизменных характеристиках работы потребителя
- существенно снизить расход электроэнергии
- снизить оплату за потребляемую электроэнергию( по учету активной и реактивной энер гии)
- обеспечить подачу электроэнергии по кабелю с меньшим сечением
- избежать глубокой просадки напряжения потребителей на линиях питания , удаленных от ТП
- за счет частичной токовой разгрузки силовых трансформаторов и питающих кабелей подключить дополнительную нагрузку
- экономить углеводородное топливо (дизель, бензин, газ)при производстве электроэнер гии
- устранить перекос фаз
Модели ОПМ:
В настоящее время производится ОПМ мощностью : до 120 А на фазу
Выпускается ОПМ для:
1 индивидуальной нагрузки (насосы, вентиляторы, компрессоры и т.д.)
2 индивидуальной нагрузки с несколькими режимами работы (насосы, вентиляторы, компрессоры и т.д. с несколькими режимами работы)
3 подключения группы потребителей (распределительный щит)
ОПМ подключается последовательно, перед нагрузкой!
Фазные провода подключаются на вход ОПМ, а с выхода провода подключаются к клеммам потребителя. Нулевой провод подключается напрямую к 0 потребителя.
При применении ОПМ на предприятиях , в зависимости от режима работы оборудования (8,12,24 часа в сутки), примерный срок окупаемости составляет 4-12 месяцев.
Пример:
Насос оборотной воды – потребляемая мощность =10 кВт, коэффицент мощности =0,75, режим работы 24 ч. Стоимость 1кВт/ч = 0,83 грн. Для упрощения расчетов реактивную мощность не считаем.
10*0,75 = 7,5 кВт активной мощности
7,5*24*30*0,83 = 4482,0 грн в месяц
При снижении расхода активной энергии на 20% экономия составит
4482*0,2 = 896,4 грн. в месяц.
 | 
