Eficienţa energetică - caracteristică principală a produselor dezvoltate de ICPE ACTEL (episodul XVIII)

Eficienta Energetica

de Ion Potarniche

Episodul XVII şi-a propus, într-un număr al revistei dedicat manifestărilor TIB 2012, să evidenţieze preocupările colectivului de specialişti ai societăţii ICPE ACTEL în domeniul echipamentelor conexe producerii energiei electrice cu generatoare sincrone antrenate de turbine cu abur sau de tip hidro. Cu această ocazie s-au prezentat aptitudinile echipamentelor de excitaţie statică dezvoltate şi produse de societate prin prisma performanţelor strâns legate  de obţinerea de eficienţă energetică în exploatarea sa. 

 

Introducere

În acest episod voi aborda un subiect cu caracter gene­ral pentru toate echipamentele produse de ICPE ACTEL, strâns legat de tehnica reglării automate utilizate în aceste aplicaţii, prin evidenţierea aspectelor legate de obţinerea unei eficienţe energetice maxime pentru exploatarea lor.

Proiectarea şi realizarea unui sistem de reglare automată presupune rezolvarea unor probleme legate de alegerea şi dimensionarea elementelor componente, precum şi interconectarea lor logică, pentru a asigura performanţele impuse sistemului de acţionare.

Dacă în aprecierea performanţelor sistemului de reglare automată unul din criterii este şi obţinerea unui randament maxim al produsului care-l integrează, putem spune că eforturile specialiştilor sunt în măsură să răspundă preocupărilor noastre de a obţine eficienţă energetică maximă în toate activităţile de dezvoltare de produse pentru industrie, respectiv pentru piaţa industrială.

 

1. Obiectivele proiectării unui sistem de reglare automată

Obţinerea unei eficienţe energetice maxime este strâns legată de obiectivele proiectării oricărui sistem de reglare automată.

  • Un prim obiectiv este definirea tipului proce­sului, a condiţiilor tehnologice de funcţionare a acestuia  şi, în mod deosebit, a restricţiilor impuse sistemului în funcţionare.
  • Un al doilea obiectiv este definirea mijloacelor şi a metodelor disponibile pentru realizarea sistemului propus şi găsirea unor soluţii optime pentru implementarea acestora.
  • Un al treilea obiectiv este legat de cunoaşterea cât mai exactă a procesului supus automatizării, a modelului său matematic şi, în mod deosebit, a cunoaşterii evoluţiei în timp a mărimilor de intrare, de ieşire şi a perturbaţiilor care acţionează asupra procesului şi a locului unde acestea acţionează.

Metodele de identificare analitică şi experimentală dezvoltate astăzi permit determinarea cu precizie foarte mare a modelelor matematice ale oricărui proces supus automatizării.

Restricţiile funcţionale proprii fiecărui proces pot fi, de asemenea, precizate cu multă acurateţe astfel încât utilizarea unor structuri complexe de calcul electronic pot asigura identificarea, urmărirea şi elaborarea continuă a algoritmului de reglare.

 

2. Criterii de performanţă pentru un sistem de reglare automată

În principal, criteriile de performanţă pentru orice sistem automat de reglare sunt diferite şi bine definite pentru cele două tipuri de regimuri în care un sistem lucrează:

  • regimul staţionar,
  • regimul tranzitoriu în funcţionare.

Pentru ambele regimuri, însă, se definesc câteva criterii fără de care nu putem caracteriza eforturile de optimizare a unui sistem, şi anume:

  • stabilitatea sistemului;
  • precizia în regim staţionar Σst;
  • răspuns tranzitoriu definit de: suprareglajul s; răspunsul tranzitoriu tt; factorul de amortizare b; timpul de creştere tc; timpul de întârziere ti ;
  • banda de frecvenţă D;
  • pulsaţia de rezonanţă wr.

Cele mai multe criterii utilizate la alegerea şi acordarea regulatoarelor automate, respectiv la proiectarea sistemelor de reglare automată, pot avea diferite expresii matematice în  funcţie de performanţele ce se impun.

Într-unul din numerele anterioare am caracterizat funcţionarea sistemelor de acţionare electrică pornind de la o echivalenţă cu un convertor de ordinul 2, prin următoarele regimuri:

  • periodic (oscilant) amortizat;
  • aperiodic critic;
  • aperiodic supraamortizat.

Pentru un răspuns aperiodic, la o intrare treaptă unitară (fig. 1), optimizarea energetică a oricărui proces şi o comportare cât mai bună a sistemului urmăreşte ca aria haşurată să fie cât mai mică.

                                   (1)

                   (2)

Dacă notăm A(t) = Σ rezultă că

 = minim                              (3)

reprezintă condiţia de optimizare a răspunsului unui sistem de reglare automată.

Este evident faptul că relaţia (3) poate fi utilizată drept criteriu integral de performanţă numai dacă:

Σst= lim t->0Σ(t) = 0                             (4)

Pentru un răspuns oscilant, dată fiind apariţia atât a unor abateri pozitive cât şi negative (fig. 2) faţă de comportarea staţionară a răspunsului, nu poate fi folosită relaţia (3)  drept indice de performanţă datorită faptului că diversele arii intervin cu semne diferite şi integrala poate avea o valoare redusă chiar dacă regimul tranzitoriu este departe de ceea ce se doreşte:

Pentru asemenea răspunsuri se foloseşte un criteriu integral care să elimine semnele diferite ale ariilor menţionate:

 

                         (5)

sau

                           (6)

Minimizarea integralei (6) asigură limitarea erorii într-o anumită gamă şi a ariilor delimitate de curba Σ 2(t), deci limitează atât suprareglajul scât şi durata procesului tranzitoriu.

Un indice sintetic de calitate, care asigură o limitare mai eficientă a suprareglajului s, este dat de relaţia:

     (7)

unde T este perioada regimului oscilant.

În cazul în care prin proiectare se urmăreşte nu numai obţinerea anumitor calităţi ale regimului tranzitoriu, ci şi minimizarea unor indici de dimensiune a energiei sau costurilor, în cadrul criteriilor integrale de performanţă, pe lângă eroare şi derivatele acesteia, intervin şi alte mărimi (ex.: mărimea de comandă) ridicate la puterea a doua.

Utilizarea criteriilor integrale pentru proiectarea optimă a unui sistem de reglare automată presupune proiectarea regulatorului în condiţii de optimizare a parametrilor de acord, care satisfac cel mai bine criteriul adoptat.

Este adevărat că alegerea şi acordarea elementelor de automatizare se poate face prin mai multe metode analitice sau metode având la bază încercări succesive, dar utilizarea bazelor de calcul ale calculatoarelor de azi permite metode clasice în domeniul timp şi frecvenţă sau în domeniul complex, rezolvabile cu mare uşurinţă.

 

3. Concluzii

Având în vedere scopul urmărit pentru dezvoltarea unui sistem de reglare automată prin ochiul expertului - eficienţă energetică - consider că specialiştii ICPE ACTEL au o expertiză ridicată în alegerea oricărui algoritm de reglare, precum şi în alegerea optimă a elementelor de execuţie şi a traductoarelor pentru o structură convenţională de proces tehnologic optim. (va urma)


 Ion Potârniche este dr. ing., Director General ICPE ACTEL



Accept cookie

Acest site web utilizează module cookie în scopuri funcţionale, de confort şi statistică.

Dacă sunteţi de acord cu această utilizare a modulelor cookie, faceţi clic pe "Da, sunt de acord". Termeni si conditii

Nu sunt de acord Accept doar cookie functional Da, sunt de acord