Eficienţa energetică - caracteristică principală a produselor dezvoltate de ICPE ACTEL S.A. (XXXVII)

În numărul precedent am prezentat strategia de inovare a societăţii ICPE ACTEL, corelată cu acti­vitatea continuă de evidenţiere a creşterii eficienţei energetice a produselor dezvoltate şi a modelelor de inovare implementate de societate. S-au evidenţiat, în primul rând, reevaluarea tehnică a soluţiilor dezvoltate pe parcursul existenţei societăţii şi, nu în ultimul rând, reevaluarea capabilităţii tehnice a produselor existente şi dezvoltarea de produse noi, inovative.

1.      Introducere

În teoria sistemelor automate, condițiile tehnice impuse în general echipamentelor de acționare electrică, în concordanță cu temele tehnice care stau la baza proiectării acestora, sunt strâns legate de indicii de calitate a reglării automate a proce­selor pe care le generează.

În acest episod intenționăm să stabilim o relație de tip funcție între indicii de calitate a reglării auto­mate și performanțele sistemelor din punctul de vedere al eficienței energetice. În definirea acestor indici se au în vedere atât teoria clasică a sistemelor automate de reglare, cât și cerințele proceselor tehnologice pe care le deservesc, procese din ce în ce mai complexe, definite de modele matematice sofisticate, în general, neliniare și cu o evoluție în timp imprevizibilă.

2.      Indicii de calitate a reglării sistemelor automate industriale

 Principalii indicatori de calitate a unei reglări automate, componentă a unui proces tehnologic industrial, sunt:

2.1. Precizia reglării, care se definește ca abatere maximă staționară a mărimii de ieșire reale față de cea dorită, prescrisă.

În figura 1 este exemplificată această abatere pentru un proces tehnologic oarecare din categoria celor rapide ca evoluție și variație în domeniul timp

2.2.Constanţa reglării, ce se definește ca ra-port între valoarea Δmax și valoarea staționară de durată yo:

 Din fig. 1 se observă că valoarea Δmax și mai ales raportul Δmax/yo influențează foarte mult, din punctul de vedere al eficienței energetice, procesele tehnologice pe care le caracterizează. Cu cât aceste valori vor fi mai mici, cu atât mai mult vom vorbi de procese mai eficiente energetic.

2.3.Durata regimului tranzitoriu, definit ca diferența de timp dintre momentul de start al pro­cesului tehnologic și timpul în care se atinge prima dată valoarea staționară dorită.

 Intuitiv, se poate spune că un proces tehnologic este un proces mai eficient din punct de vedere energetic cu cât D este mai mică.

2.4.Coeficientul de suprareglare este raportul dintre abaterea medie tranzitorie Δi și valoarea staționară a mărimii yo

Și din acest punct de vedere se poate spune că o eficiență energetică sporită presupune valori minime pentru valorile σi.

2.5.Suprafaţa reglării, care se definește ca produsul dintre timpul final al abaterii tranzitorii tf și abaterea tranzitorie maximă Δmax.

 Se poate deduce din formula 4 că vom avea un proces tehnologic mai eficient ori de câte ori produ­sul A va fi mai mic.

2.6.Gradul de amortizare, ce definește diminuarea în timp a componentei tranzitorii y(t) și se exprimă prin raportul a două amplitudini succesive și de același semn sau, altfel spus, prin numărul de oscilații după care mărimea y(t), se înscrie definitiv în intervalul yo±δy. și în acest caz se poate spune că între eficiența energetică a unui proces tehnic și gradul de amortizare este o legătură directă.

3.      Legătura dintre indicii de calitate a reglării şi eficienţa energetică a proceselor tehnologice deservite

 Abordarea problemei de optimizare a proce­selor tehnologice industriale trebuie corelată cu acordarea optimală a regulatoarelor din schema de reglare automată a oricărui sistem fizic și, mai ales, industrial. Înțelegerea acestei legături o vom exemplifica printr-o analiză firească a legăturii dintre indicii de calitate a reglării automate și caracteristicile de frecvență ale sistemului automat guvernat.

 În figura 2 este prezentată schema bloc a unui sistem de reglare automată cu următoarele notații:

- Ux1 (s) – mărimea treaptă de intrare;

- Ux (s) – mărimea de ieșire;

- Yc (s) – funcția de transfer a sistemului.

 Răspunsul în frecvență al unui sistem de reglare deschis este:

Υc (jω) = M (ω) e jϕ(ω) (5) și se poate reprezenta grafic prin cele două carac­teristici de frecvență cunoscute:

• Caracteristica modul - frecvență: M(ω)= f(ω)
• Caracteristica fază - frecvență: ϕ(ω)= f(ω)

 FIGURA 3. Caracteristicile de frecvenţă ale unui sistem automat

Ambele caracteristici prezentate în figura 3 permit o apreciere a oricărui sistem de reglare automată.

Din teorie se cunoaște că zona sfârșitului proce­sului tranzitoriu al unui sistem automat la un sem­nal treaptă, inclusiv regimul staționar, este determi­nată de zona frecvențelor joase a caracteristicilor de frecvență, iar începutul regimului tranzitoriu este determinat de zona frecvențelor ridicate.

Procesul tranzitoriu propriu-zis, pentru care s-au definit indicii de calitate din capitolul 2, este determinat exclusiv de zona centrală a frecvențelor din jurul pulsației de tăiere ωt.

Pentru a avea o margine de fază suficientă în jurul valorii ωt trebuie să alegem indicii de calitate a reglării astfel încât sistemul automat să fie stabil.

Cum în teoria sistemelor automate se lucrează cu două mărimi caracteristice, care conturează orice sistem proiectat pentru o eficiență maximă ridicată, stabilitatea și viteza de răspuns a acestuia, rezultă că pulsația de tăiere ωt reprezintă elementul cheie în proiectarea optimă a oricărui sistem, în sensul că un lanț de elemente inerțiale și cu timpi morți, deci ineficient energetic, poate fi înlocuit cu un singur element inerțial, cu o constantă de timp egală cu suma constantelor de timp ale elementelor componente, cu condiția ca această constantă să fie cel mult egală cu jumătate din inversul pulsației de tăiere ωt.

De aceea, în practica curentă se lucrează cu optimizarea oricărei instalații de reglare prin urmărirea atingerii indicilor de calitate staționari și dinamici a reglării optime pentru procesul tehno­logic respectiv.

4.      Tipuri de reglare automată

În general, în echipamentele electrice dezvoltate de ICPE ACTEL în domeniul acționărilor electrice folosind motoare electrice, pe lângă reglarea unui parametru principal (turație, tensiune, curent, cuplu etc), se procedează și la limitarea unuia sau a mai multor parametri auxiliari pentru protecția elemen­tului acționat, dar mai ales pentru optimizarea procesului tehnologic în care este utilizat acesta.

 FIGURA 4. Reglarea convergentă a cuplului şi a turaţiei unui motor electric

Principalele procedee prin care se pune în prac­tică teoria reglării automate a unuia dintre elemente și urmărirea și limitarea altora sunt redate în cele ce urmează.

4.1. Reglarea convergentă constă într-un procedeu de comutare în circuitul de intrare al regulatorului, trecerea de la reglarea parametrului principal la limitarea parametrului auxiliar.

În figura 4 este prezentată reglarea conver­gentă a cuplului și a turației unui motor electric.

 4.2. Reglarea paralelă constă în asocierea fiecărei mărimi reglate a câte unui regulator, ieșirile celor n regulatoare fiind puse să lucreze în paralel.

Schema de principiu a acestui sistem de reglare este prezentată în figura 5.

4.3. Reglarea în cascadă se realizează prin legarea în cascadă a celor n regulatoare ce urmăresc mărimea principală și mărimile auxiliare.

În fig. 6 este prezentată schema bloc de princi­piu pentru o astfel de reglare.

5. Concluzii

Orice acțiune de eficientizare a unui proces tehnologic în care este implicat un sistem de reglare automată trebuie să se răsfrângă și asupra principiilor reglării automate ale sistemelor electrice. Tehnica de calcul de astăzi permite o abordare profesionistă a optimizării buclelor de reglare a parametrilor sistemelor industriale, fără de care nu se poate discuta și de problema randamentelor globale ridicate.