Электротехнический комплекс для стабилизации и регулирования параметров электроэнергии мощных однофазных электроприемников тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Голиков, Василий Андреевич

• Голиков, Василий Андреевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Голиков, Василий Андреевич

Введение

Глава 1. Принципы построения электротехнического комплекса для стабилизации и регулирования параметров электроэнергии

1.1. Общие замечания

1.2. Обзор существующих схем питания для симметрирования нагрузки и компенсации реактивной мощности

1.3. Принципиальная схема и устройство нового электротехнического комплекса

1.4. Экономия конденсаторной мощности и повышение срока службы конденсаторов

1.5. Экономия активных материалов на изготовление трансформаторного оборудования

1.6. Повышение надежности и снижение эксплуатационных затрат

1.7. Экономия электроэнергии 30 Выводы

Глава 2. Математическое моделирование электромагнитных процессов в стационарных и динамических режимах

2.1. Общие замечания

2.2. Поиск возможных полнофазных и неполнофазных режимов работы ТМСК

2.21. Полнофазные режимы работы ВТ тиристорного модуля

2.2 2: Неполнофазные режимы работы вспомогательного транс форматора ТМСК

2.3. Электромагнитная совместимость электротехнического комплекса с питающей сетью и нагрузкой

2.4. Математическая модель для исследования статических режимов работы ТМСК

2.4.1. Аналитические выражения для определения токов в элементах регулирующего органа 41.

2.4.2. Расчет мощности реактивных элементов

2,4.3. Вывод формул для определения симметрокомпенсируюицих коэффициентов

2.5. Математическая модель для исследования динамических режимов работы ТМСК

2.5.1. Основные положения, принятые при составлении математической модели

2.5.2. Физический смысл коэффициентов матриц

2.6. Программный комплекс для исследования на ПЭВМ электромагнитных процессов 67 Выводы

Глава 3; Электромагнитные процессы в регулирующем органе электротехнического комплекса

3.1. Общие замечания

3.2. Подмножество отрицательных трехмерных векторов тока нагрузки на примере печей индукционного нагрева

3.3. Подмножество симметро-компенсирующих коэффициентов электротехнического комплекса в трехмерном пространстве

3.4. Электромагнитные процессы во регулирующем органе симметро-компенсирующего устройства 85 Выводы

Глава 4. Инженерная методика расчета основных элементов оборудования электротехнического комплекса

4.1. Общие замечания

4.2. Расчет оптимальной структуры реактивных элементов и коэффициента трансформации вспомогательного трансформатора

4.2.1. Первый этап оптимизации

4.2.2. Второй этап оптимизации

4.3. Расчет оптимальной структуры полупроводниковой части

4.4. Методика и порядок расчета трансформаторного оборудования электротехнического комплекса

4.4.1. Обмотка НН (фаза А, фаза В)

4.4.2, Обмотка ВН на крайних стержнях магнитопровода

4.4.3. Обмотка НН на среднем стержне магнитопровода (фаза С) 117 4.4.4 Обмотка ВН на среднем стержне трансформатора

4.5. Система микропроцессорного управления электротехнического комплекса

4.5.1. Задачи микропроцессорной системы управления

4.5.2. Алгоритм работы микропроцессорной системы по выбору режима работы тиристорного модуля для симметрирования нагрузки и компенсации реактивной мощности

4.5.3. Реализация микропроцессорной системы на базе микроконтроллера фирмы «Motorola» М68НС

4.5.4. Разработка и отладка встраиваемых систем на базе 16/32 разрядных микроконтроллеров

4.6. Экономическая эффективность использования разработанного электротехнического комплекса в схеме питания печи индукционного нагрева ИЧТ-31/

4.6.1. Определение потерь активной мощности в существующей схеме питания индукционной тигельной печи ИЧТ31/

4.6.2. Определение потерь активной мощности в предложенной схеме питания индукционной тигельной печи

4.6.3. Сравнение затрат на изготовление новой схемы питания с затратами в старой схеме

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электротехнический комплекс для стабилизации и регулирования параметров электроэнергии мощных однофазных электроприемников»

Актуальность проблемы. Условия рыночной экономики требуют новых, высокоэффективных и экономичных технологий, направленных на улучшение качества продукции, повышение ее конкурентоспособности, сокращения затрат на изготовление промышленных установок. В области электроэнергетики это - улучшение качества электроэнергии и ее экономия, снижение материалоемкости энергетики.

В металлургической промышленности для плавки металла все большее распространение получают такие мощные электротехнологические потребители электроэнергии, как однофазные установки электрошлакового перегрева, индукционные, руднотермические и дуговые сталеплавильные печи с большой несимметрией и значительным потреблением реактивной мощности при питании от трехфазных сетей.

Современные электротехнологические однофазные электроприемники представляют собой сложные комплексные агрегаты, при проектировании которых решается большой круг задач из различных областей техники. Под такими агрегатами понимаются, например, индукционные тигельные печи промышленной частоты (ИТП).

Индукционный нагрев считается одним из экологически чистых способов производства металла. Функционирование ИТП характеризуется значительным потреблением электрической энергии и на изготовление схем питания их требуются большие затраты активных материалов (трансформаторная сталь, проводниковая медь или алюминий и конденсаторные батареи (КБ)). По этой причине схемы питания ИТП необходимо развивать и совершенствовать. Вместе с тем, при индукционном нагреве необходимо обеспечивать интенсивный регулирующий эффект в широких пределах, как по напряжению на зажимах индуктора, так и по генерируемой реактивной мощности. Кроме того, дополнительно необходимо решать задачу симметрирования тока нагрузки ИТП, являющейся однофазной нагрузкой, по фазам трехфазной питающей сети.

Существующие схемы питания индукционных печей построены на базе элементов контактной электротехники. В таких схемах контакты применяются как для широкодиапазонного регулирования напряжения с помощью электропечных трансформаторов с механическими устройствами для переключения под нагрузкой (РПН), так и для регулирования реактивной мощности путем секционирования КБ на основе использования вакуумных выключателей.

В силу очевидных недостатков устройств контактной электротехники -электроизнос контактов, низкое быстродействие - принципиально неизбежен перерасход: активных материалов на изготовление схемы питания печи (необходимость использования для симметрирования однофазной нагрузки по фазам сети мощного однофазного реактора); конденсаторных батарей, установленная мощность которых завышается в 2-2,5 раза; электроэнергии на тонну выплавляемого металла; в общем случае, даже при правильно организованном технологическом процессе плавки, затраты на электроэнергию в себестоимости жидкого металла остаются значительными и могут достигать в некоторых случаях 30-процентного уровня.

Традиционно, плавка металла в индукционных тигельных печах производится с использованием «болота», остающегося после слива очередной порции металла. Дозагрузка печи в процессе плавки приводит к дополнительным выбросам пыли и жидких частиц металла в окружающую среду, в результате чего наблюдается резкое ухудшение экологической обстановки на производстве и рост профессиональных заболеваний обслуживающего персонала и повышенный травматизм.

Цель работы. Целью диссертационной работы является решение комплекса вопросов, связанных с заменой устаревших элементов схем питания ИТП промышленной частоты, построенных на базе устройств контактной электротехники, на новые схемы питания индукционных тигельных печей, которые выполнены на принципиально новой технической основе, использующей в своем составе тиристорные модули силовой электроники.

Для достижения поставленной цели автор решает следующие задачи: • анализ существующих схемных решений устройств для симметрирования нагрузки и компенсации реактивной мощности (СНКРМ) в схемах питания мощных однофазных ИТП промышленной частоты и разработка новых бесконтактных устройств на базе тиристорных модулей силовой электроники для СНКРМ (ТМСК);

• разработка математической модели ТМСК для исследования электромагнитных процессов в стационарных и переходных режимах работы;

• математическое моделирование и теоретическое исследование симметро-компенсирующих возможностей ТМСК при его работе в полнофазных и не-полнофазных режимах;

• поиск необходимых режимов работы ТМСК в течение всего процесса индукционного нагрева;

• разработка оптимальных алгоритмов переключения и определение зон естественной коммутации тиристорных ключей (ТК), обеспечивающих надежную работу исполнительного органа ТМСК;

• разработка инженерной методики расчета элементов исполнительного органа ТМСК в схеме питания ИТП;

• экономическое сравнение вариантов существующей схемы с предлагаемой схемой питания.

Методы исследования. Исследование стационарных режимов работы ТМСК проводилось с помощью теории линейных электрических цепей с использованием метода наложения, а электромагнитных и коммутационных процессов в переходных режимах работы тиристорного модуля выполнено на основе общего метода режимных расчетов нелинейных электромеханических устройств. При построении математической модели использовалась матричная форма записи систем уравнений. На основе математической модели выполнен расчет с использованием метода переменной структуры системы дифференциальных уравнений, что существенно сокращает порядок матриц в различных режимах работы устройства. Аппроксимация нелинейных зависимостей выполнена в соответствии с теорией сплайн-функций. Оптимизационные расчеты параметров схемы питания ИТП выполнены с использованием метода покоординатного спуска.

Практическая ценность. Практическая ценность диссертационной работы заключается в разработке и создании новой схемы питания индукционных тигельных печей промышленной частоты, в которой исключены механические контакты и устройства с низкой долговечностью; они заменены элементами силовой электроники, представляющими собой трансформаторно-тиристорные модули. Это позволяет:

• исключить из схемы питания мощный однофазный симметрирующий реактор с низким к.п.д. и большими потерями активной мощности, и, следовательно, уменьшить расход активных материалов и потребление электроэнергии;

• внедрить микропроцессорную систему управления и полностью автоматизировать процесс плавки;

• расширить функциональные возможности схемы путем реализации новых критериев оптимального управления схемой питания ИТП;

• увеличить производительность ИТП в полтора-два раза;

• сократить на 30% потребление электроэнергии на каждую тонну выплавленного металла;

• в несколько раз увеличить долговечность и надежность работы схемы, так как бесконтактные элементы не подвержены механическому и электрическому износам;

• в два раза сократить материальные ресурсы на изготовление новой схемы питания (трансформаторная сталь, проводниковая медь, конденсаторные батареи);

Научная новизна. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований автором:

• разработан принцип регулирования коэффициентов мощности и несимметрии в схемах питания ИТП, согласно которому функции СНКРМ совмещают в одну за счет использования векторного управления различными режимами работы трансформаторно-тиристорных модулей и нерегулируемых КБ);

• выполнено теоретическое обоснование исключения из схем питания мощных однофазных электроприемников с большим потреблением реактивной мощности симметрирующих реакторов, отказа от секционирования КБ; компенсация реактивной мощности и симметрирование нагрузки осуществляется путем регулирования напряжения на зажимах КБ как по величине, так и по фазе;

• на основе разработанной математической модели исследованы электромагнитные процессы в регулирующем органе схемы питания и предложены алгоритмы перевода ТМСК в различные режимы работы без возникновения экстратоков и перенапряжений на элементах регулирующего органа;

• развит метод расчета процесса индукционного нагрева в ИТП и на основании него получены графические зависимости изменения напряжения на зажимах индуктора печи, тока в его контуре, потребления реактивной мощности, производительности печи в зависимости от активной мощности, подводимой к индуктору печи, числа витков индуктора и среднего диаметра отдельных кусков шихты.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований и разработанная инженерная методика расчета использованы при проектировании опытно-промышленного образца ТМСК в схеме питания мощной ИТП промышленной частоты типа ИЧТ -31/7, используемой для плавки металла в кузнечно-литейном производстве ОАО «ГАЗ».

В диссертационной работе автор защищает:

• новые быстродействующие трехфазные тиристорные модули для симметрирования нагрузки и компенсации реактивной мощности в схемах питания тигельных индукционных печей промышленной частоты с модульным принципом построения исполнительного органа и унифицированной системой программно-логического управления;

• целесообразность использования трехфазного вспомогательного трансформатора (ВТ) в составе установки, позволяющего создать надежные устройства с большим количеством стационарных режимов работы;

10

• математическую модель электромагнитных процессов в стационарных режимов и нестационарных режимах работы ТМСК;

• способ организации коммутационного процесса в исполнительном органе модуля;

• методику инженерного проектирования и оптимального выбора структуры реактивных элементов, вспомогательного трансформатора, полупроводниковой структуры, микропроцессорной системы управления.

Апробация работы. Основные теоретические положения и результаты диссертационной работы были доложены на ежегодных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы электроэнергетики» (г. Нижний Новгород, 1996-1998 г.г.); 3-ей Всероссийской научно-технической конференции «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем» (г. Чебоксары, 1999 г.); 5-Ьй наумно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г.Москва, 1999 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 работ и получен Патент России.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Голиков, Василий Андреевич

Выводы

1. Предложена методика расчета процесса индукционного нагрева в ИТП промышленной частоты на основе математической модели, учитывающей дискретизация процесса плавки с временным интервалом в несколько минут.

2. Получены аналитические выражения для определения изменяющегося по ходу процесса плавки отрицательного трехмерного вектора числовых данных нагрузки.

3. Для каждого временного момента плавки предложена методика и аналитические выражения для определения подмножества положительных трехмерных векторов симметро-компенсирующих коэффициентов регулирующего органа бесконтактной СКУ.

4. Разработаны многоэтапные алгоритмы перевода вспомогательного трансформатора СКУ в различные стационарные режимы работы с естественной коммутацией тиристорных ключей и без возникновения экстратоков и перенапряжений на них.

ГЛАВА 4.

Инженерная методика расчета основных элементов оборудования электротехнического комплекса

4.1. Общие замечания

Важным вопросом, решаемым при создании системы симметро-компенсации, является достижение высокого уровня автоматизации. В настоящее время это характеризуется быстрым развитием вычислительной техники, робототехники и гибких автоматизированных производств, обеспечивающих высокую производительность /5/. Реализация преимуществ автоматических СКУ с микропроцессорным управлением обеспечивает значительный технико-экономический эффект /21/. В постоянном запоминающем устройстве микроЭВМ хранится числовая информация, характеризующая каждый режим работы ТМСК. Периодически проводятся измерения и расчеты параметров электроэнергии в трехфазной схеме питания ИТП: значений коэффициентов мощности и несимметрии нагрузки. При изменении режима работы сети происходит автоматическое изменение режима работы ТМСК таким образом, чтобы наиболее полно компенсировать реактивную мощность и симметрировать нагрузку.

Для изготовления таких СКУ и широкого их внедрения требуется большое количество тиристорных ключей, которые являются дорогостоящими приборами. Отсюда задачей первостепенной важности для снижения стоимости ТМСК является оптимизация регулирующего органа схемы питания ИТП. В процессе оптимизации возможно сокращение количества тиристорных ключей. Основные направления оптимизации:

1. Существенное влияние на стоимость схемы оказывают конденсаторные батареи, предназначенные для компенсации реактивной мощности. Оптимизация параметров КБ позволит снизить стоимость установки.

2. Оптимизация вспомогательного трансформатора, входящего в состав ТМСК, также дает выигрыш в плане затрат на изготовление СКУ.

Ошибки при расчете сопротивлений структуры реактивных элементов могут привести к неоправданному завышению капитальных затрат на установку при незначительном выигрыше по степени точности симметрирования нагрузки и компенсации реактивной мощности.

В связи с вышеизложенным, на основе выполненных исследований по оптимизации регулирующего органа, в данной главе приводится методика инженерного расчета и выбора его основных элементов:

- конденсаторных батарей;

- вспомогательного трансформатора;

- тиристорных ключей.

Методика расчета приведена на примере использования электротехнического комплекса для СНКРМ индукционных тигельных печей ИЧТ-31/7.

4.2. Расчет оптимальной структуры реактивных элементов и коэффициента трансформации вспомогательного трансформатора

От мощности КБ и ВТ установки в значительной степени зависят капитальные затраты на её изготовление. Вследствие этого, проектирование и расчет ТМСК в схеме питания тигельной индукционной печи требует решения следующих вопросов:

- выбора оптимальной структуры реактивных элементов ТМСК;

- определения коэффициента трансформации вспомогательного трансформатора ТМСК и его габаритной мощности.

Оптимизация структуры реактивных элементов и коэффициента трансформации ВТ выполняется за два этапа.

На первом этапе, исходя из построенных векторных диаграмм, вычисляются предварительные (начальные) значения реактивной мощности КБ и коэффициента трансформации ВТ.

На втором этапе оптимизации разрабатывается целевая функция, параметрами которой являются сопротивления конденсаторных батарей (Хс2 и ХсЗ) и коэффициент трансформации ВТ (к). Используя метод покоординатного спуска /16/, эти параметры в дальнейшем уточняются. 4.2.1. Первый этап оптимизации.

На первом этапе оптимизации необходимо определить оптимизируемые параметры в первом приближении в соответствии со схемотехническим исполнением силовой части регулирующего органа и основными параметрами в схеме питания ИТП (активная мощность, подводимая к индуктору, генерируемая реактивная мощность, диапазон изменения напряжения на зажимах индуктора). Одним из накладываемых ограничений является исключение реактора в схеме симметрирования ИТП. Стоит отметить, что реактор не позволяет симметрировать нагрузку при изменении величины активной мощности на зажимах индуктора и потери активной мощности в нем соизмеримы с потерями в индукторе печи. Рассмотрим первый этап оптимизации на примере плавки в индукционной тигельной печи с активной мощностью, подводимой к индуктору, равной 4500 кВт; индуктор ИТП имеет 23 рабочих витка, а средний диаметр загружаемой шихты составляет 0,12 м.

На рис.4.1 приведена кривая изменения напряжения в процессе плавки.

На рис.4.2 приведена кривая изменения реактивной мощности для того же рассматриваемого случая индукционного нагрева за все время плавки.

Из анализа графических зависимостей, приведенных на рис.4.1 и рис.4.2, можно установить два режима, соответствующих началу процесса индукционного нагрева, когда в тигель печи загружается холодная ферромагнитная шихта и концу плавки, когда в тигле находится расплав с температурой 1500°С: и1=2380 В; Р1=4500 кВт; соэср^ОДЭ - начало плавки; и2=2200 В; Р2=4500 кВт; созф2=0,12 - окончание плавки.

Следует отметить, что моделирование процесса индукционного нагрева ведется при выбранном диаметре единичного диаметра шихты, равном 0,12 м. Покажем справедливость выбора этой величины на данном уровне. Критерием правильности выбора диаметра шихты является диапазон изменения напряжения в процессе плавки. Чем ниже дисперсия напряжения, тем, очевидно, меньше расход активных материалов на изготовление СКУ в схеме питания индукционной тигельной печи. Для анализа дисперсии напряжения в методику расчета, приведенную в третьей главе диссертационной работы п.3.2, подставим диапазон изменения диаметра шихты с12 от 0,04 м до 0,2 м. Графическая зависимость дисперсии изменения напряжения в процессе плавки (Д11) от диаметра единичного цилиндра шихты приведена на рис.4.3.

Кривая изменения напряжения в процессе плавки

Рис.4.1

Кривая изменения реактивной мощности в процессе плавки (Р=4500 кВт, \л/=23 витка, с!г=0,12 м)

Рис.4.2

А и, в

2800

2400 2000 1600 1200 800

400 0 4

4 6 8 10 12 14 16 18 20 02-мм Рис.4.3. Изменение дисперсии напряжения в течение плавки от диаметра шихты

Из рис.4.3 видно, что минимальная дисперсия напряжения, а следовательно, и затраты активных материалов на трансформаторное оборудование, будет при диаметре шихты, равном 0,12 м.

Определяем реактивную мощность, которую должна обеспечить конденсаторная батарея в первом и втором рассматриваемых режимах работы:

Р,

21=иг1гзт(р1

СОЯ (р1 д/7 - соб 2(р1 « 8000кеар;

22 = • д/7- соя2 (р2 » 36000 квар.

4.1)

4.2)

С08(р 2

Для первого режима необходимо напряжение на конденсаторной батарее, по сравнению с напряжением на зажимах индуктора, уменьшать, а для второго режима - увеличивать. Поэтому, согласно принципиальной схеме (рис. 1.4), запишем формулы для определения коэффициента трансформации к ВТ:

Тс

О = (и2+к-Ц2)2 2 Хс

4.3)

4.4) где Хс - реактивное сопротивление КБ, Ом.

Решая эти два уравнения относительно коэффициента трансформации ВТ к, получаем формулу для его определения:

Согласно исходным данным, коэффициент трансформации ВТ ТМСК к = 0,385.

Сопротивление Хс КБ можно определить, согласно следующему равенству:

Хс = (Ц2+к-и2)2 ^(и.-к.и,)2 а а

Сопротивление конденсаторной батареи Хс = 0,25 Ом. Для распределения мощности КБ между емкостями С2 и СЗ (рис.1.4) в целях обеспечения максимального, симметрирующего нагрузку, эффекта, построим векторную диаграмму для одного из режимов ТМСК (например, режима «вольтоотбавка 3», включены ТК 1,3,5,8,10,12) на момент окончания плавки. Ток по индуктору печи составит 16200 А (по данным таблицы 3.1).

Токи по фазам вторичной обмотки трехфазного электропечного трансформатора (1А, 1в, 1с рис.1.4) при условии обеспечения максимального симметрирующего эффекта, должны быть равны друг другу по модулю, а по фазе совпадать с напряжением соответствующей фазы:

1л=1в=1с = г/Г1 =П30 А. (4.7) лР - и ип

Определим симметро-компенсирующие токи, протекающие по КБ в фазах «В» и «С». Ток 12 протекает по КБ2 (Хс2) под действием напряжения иВв-, а ток 13 протекает по КБЗ (ХсЗ) под действием напряжения 11Сс.

Согласно схеме замещения (рис. 1.4), по Первому закону Кирхгофа:

11+12+13=0; 1а=1ИП+(~12-1З);

4.8)

1В - ИП = -1ип + 12 у

1с=1з■

Векторная диаграммма в режиме с условным названием "вольтоотбавка 3"

Детальный учет всего множества режимов работы ТМСК выполнен с разработкой программного комплекса для расчета на ПЭВМ новой схемы питания индукционных печей (рис. 1.4).

Анализ векторной диаграммы (рис.4.4) позволяет сделать вывод, что распределение реактивной мощности между фазами «В» и «С»: h = QL=IcL=14:1. (49)

13 Q3 ХС2

Учитывая, что общее реактивное сопротивление КБ Хс составляет 0,25 Ом (4.6):

- реактивное сопротивление КБ в фазе «В» Хс2=0,268 Ом;

- реактивное сопротивление КБ в фазе «С» Хс3=3,75 Ом.

Приведенные выше данные реактивных структур Хс2 и ХсЗ, а также коэффициент трансформации ВТ ТМСК к=0.385 (4.5) приняты в качестве исходных для второго этапа оптимизации. 4.2.2. Второй этап оптимизации.

На втором этапе оптимизации составляется целевая функция А, уточнение минимального значения которой осуществляется с помощью метода покоординатного спуска /16/.

Суть метода оптимизации параметров регулирующего органа схемы питания ИТП заключается в максимально возможном сближении (по критерию минимума невязки) массива трехмерных положительных векторов, координаты которых представляют собой СКК B(n), C(n), D(n) в каждый конкретный момент времени процесса плавки с соответствующими ему текущими значениями отрицательного трехмерного вектора, координаты которого представляют собой числовые данные нагрузки В, С и D.

Основным критерием оптимизации, фигурирующим в расчетах, является среднеквадратичное отклонение. Это понятие исходит из теории равномерного приближения функций в математическом анализе /16/. Уточняя его, введем соответствующее расстояние А между данной непрерывной функцией f(x) и непрерывным аппроксимирующим обобщенным полиномом Q(x). А называется целевой функцией.

Под целевой функцией понимается:

Л = I

-]• t(fXi)~Q(h))2 ■ п) Ы1

4.10)

Если А мала, то для большинства значений аргумента (х) абсолютная величина также мала.

В рассмотренном случае величина среднеквадратичного отклонения представлена для функций в плоскости, то есть в двух измерениях. В нашем случае (это будет рассмотрено ниже) эта величина будет использоваться для анализа функций, зависящих от трех аргументов, то есть в трехмерном пространстве. Для того чтобы применить ее в данных условиях требуется привести ее к соответствующему виду. Для трехмерного пространства эта величина будет выглядеть следующим образом:

Элементы массива СКК возможных режимов работы регулирующего органа ТМСК В(п), С(п) и D(n) находятся в определенной зависимости от параметров схемы (емкости КБ (С2, С3), коэффициента трансформации ВТ (к), напряжения на зажимах индуктора печи). За счет изменения этих параметров по определенной методике можно добиться максимально возможного сближения коэффициентов В, С, D и B(n), C(n), D(n), что позволяет наиболее полно поддерживать коэффициенты мощности и несимметрии нагрузки на требуемом уровне. Модуль, служащий для вычислений значений критерия оптимизации на каждом шаге в процессе плавки и выбора оптимального маршрута смены режимов работы ТМСК приведен ниже. Последовательность вычислений следующая:

1. Вначале задаются реактивные сопротивления КБ (Хс2 и ХсЗ) и коэффициент трансформации ВТ к, определенные на первом шаге оптимизации (п.4.2.1.), а также индексы массивов j (количество точек плавки) и i (число реализуемых режимов работы ТМСК).

2. На втором этапе на основе аналитических выражений для симметро-компенсирующих токов Iin, Ï2n, 1зп, зависящих от режима работы ТМСК п

4.11)

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Голиков, Василий Андреевич, 1999 год

1. Авакян A.M. О приближении функций двух переменных линейными методами. Укр. Матем. Журнал. 1983, том 35, №4, с. 409.

2. Аншин В.Ш. и др. Трансформаторы для промышленных электропечей. — М.: Энергоиздат, 1982.-296 с.

3. Аугер Вольфранг. AutoCaD 11.0 , Киев, Торгово-издательское буро BHV, 1993.-320 с.

4. Байков А.И., Бычков Е.В. Применение пакета программ КИМП для решения учебно-исследовательских задач имитационного моделирования электроустановок с вентильными преобразователями/ Нижегородский политехнический институт. Нижний Новгород, 1991. - 83 с.

5. Бахвалов Н.С. Численные методы. Том 1. М.: Наука, 1973. 632 с.

6. Бесконтактные тиристорные установки для питания индукционных печей. И.М.Туманов, В.А.Голиков, М.Г.Корженков, М.Н.Слепченков/ Нижний Новгород: Актуальные проблемы электроэнергетики, 1997. с. 47-49.

7. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1984.-721 с.

8. Блах И., Синхгал К. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988. - 560 с.

9. Брайтер П., Крол И. MicrosoftExcel 97. 569 с.

10. Де Бор Карл. Практическое руководство по сплайнам. М.: Радио и связь, 1985.-304 с.

11. Борисов Б.П., Вагин Г.Я., Электроснабжение электротехнологических установок. —Киев: Наукова Думка, 1985.-248 с.

12. Будник B.B. Тиристорно-контактные установки для регулирования напряжения под нагрузкой в сетях с изолированной нейтралью. — Дисс. канд. техн. наук, Горький:-с.211.

13. Будовский А.И. Работа быстродействующих контакторов устройств РПН с вакуумными дугогасительными камерами при отрицательных температурах. -Электротехника, 1976, №5.- с.21-23.

14. Вагин Г.Я. Электротехнологические промышленные установки. Горький: ГПИ, 1981.-100 с.

15. Вагин Г.Я. и др. Установки для регулирования и стабилизации напряжения на промышленных предприятиях. — Горький.: ГПИ, 1989.-87 с.

16. Вайнберг А.М. Индукционные плавильные печи. — М.: Энергия, 1967.-416 с.

17. Василенко В.А. Сплайн-функции: теории, алгоритм. Новосибирск: Наука, 1983. - 210 с.

18. Веников A.A., Карташов И.И., Федченков В.Г. Применение статических источников реактивной мощности в электрических системах // Энергетика и транспорт. 1980 №3. с. 127-132.

19. Гардин А.И. Исследование и прогнозирование расходов электроэнергии по литейным цехам и электротермическим установкам автомобильной промышленности: Автореф. Дисс. канд. техн. Наук. Горький, 1983, 20 с.

20. Голиков В.А., Корженков М.Г., Слепченков М.Н. Микропроцессорная система управления тиристорным модулем. V Научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», том 1,1999, с. 197-198.

21. Головнин M.J1. Экстремумы функций нескольких переменных. Методические указания к расчетно-графической работе. №3, ГПИ им.А.А. Жданова.-Горький, 1980.-25 с.

22. Гребенников А.И. Метод сплайнов и решение некорректных задач теории приближений. М.:МГУ, 1983. - 208 с.

23. Данцис Я.Б., Жилов Г.М. Емкостная компенсация реактивных нагрузок мощных токоприемников промышленных предприятий. Л.: Энергия, 1980. -176 с.

24. Демирчян К.С., Бутырин П.А. Моделирование и машинный расчет электрических цепей. М.: Высшая щкола, 1988. - 335 с.

25. Джамп Д. AutoCAD. М.: Радио и связь, 1992. 336 с.

26. Евдокунин Г.А., Корепанов A.A. Перенапряжения при коммутации цепей вакуумными выключателями и их ограничения. Электричество, 1998, №4, с. 16-20.

27. Жежеленко И.В. и др. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях.—Киев: Техника, 1981.-160 с.

28. Жежеленко И.В. и др. Эффективные режимы работы электротехнологических установок. Киев: Наукова Думка, 1987.-183 с.

29. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах. М.: Энергоиздат, 1981. 1981.

30. Завьялов Ю.С., Корнейчук Н.П. Сплайны в теории приближений. М.:Наука, 1984. 352 с.

31. Испытания мощных трансформаторов и реакторов /Г.В. Алексеенко, А.К. Асирятов, Б.А. Вереней, Е.С. Фрид.- М.: Энергия, 1978.-е. 520. (трансформаторы, вып.32).

32. Индукционные печи для плавки чугуна. Платонов Б.П. и др. —М.: Машиностроение, 1976.-176 с.

33. Индукционная тигельная печь ИЧТ 31/7. Паспортные данные.-. Баку, 1969.

34. Интегральные бесконтактные установки для повышения качества электроэнергии в распределительных электросетях 0,4 35 кВ. Туманов И.М., Будник В.В., Платонов A.A., Апальков И.Ю. // Нижний Новгород: Актуальные проблемы электроэнергетики, 1994. - с. 27-28.

35. Ким А.К. Бесконтактные установки для централизованного регулирования напряжения силовых трансформаторов. — Дисс. канд. техн. наук, Горький:-с. 255.

36. Козаченко В.Ф. Микроконтрллеры. Руководство по применению 16-ти разрядных микроконтроллеров. М.:Эком, 1997.-688 с.

37. Костяков В.Н. Плазменно-индукционная плавка. Киев: Наукова Думка, 1991 .-207 с.

38. Кромель Д., Людовы В. Графический редактор CorelDRAW 7.0, M.: Финансы и статистика, 1998. 350 с.

39. Кулинич В.А. Индуктивно-емкостные управляемые трансформирующие устройства // Электричество. 1981. №12. с.28-33.

40. Мамошин P.P., Зимакова А.Н. Электроснабжение электрофицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1980. -256.

41. Минеев Р.В., Михеев А.П., Рыжнев Ю.Л. Повышение эффективности электроснабжения печей. —М.: Энергоатомиздат, 1986.-208 с.

42. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. Часть 2. Л.: Энергоиздат, 1975. - 752 с.

43. Норель Л., Герман К. Введение в Windows 95. M.: Экспо, 1999. 584 с.

44. Оганян Р.В. Аппроксимация кривой намагничивания квадратичной функцией. / Электричество, 1998, №4. с.16-21.

45. Орлов И.Н. Электротехнический справочник. М.: Энергия, 1980. -421 с.

46. Основы теории цепей / Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил A.B., Страхов C.B. М.:Энергия, 1975. - 752 с.

47. Павлов H.A. Инженерные тепловые расчеты индукционных печей. —М.: Энергия, 1978.-120 с.

48. Петров Т.Н. Электрические машины. ч.1. М.: Энергия, 1974. -240 с.

49. Платонов A.A., Апальков И.Ю. Бесконтактные установки для повышения качества электроэнергии. // Нижний Новгород: Актуальные проблемы электроэнергетики, 1993. с. 24-25.

50. Порудоминский В.В. Устройства переключения трансформаторов под нагрузкой. —М.: Энергия, 1974. 288 с

51. Простяков A.A. Индукционные печи и миксеры для плавки чугуна. — М.:Энергия, 1977.-218 с.

52. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник / Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Недошивин Р.П., М.: Энергоатомиздат, 1985. - 400 с.

53. Слухоцкий А.Е., Рыскин С.Е. Индукторы для индукционного нагрева. Ле-ниниград: Энергия, 1974. 264с.

54. Смит У. Windows 95 для пользователей. М.: Финансы и статистика, 1998.- 420 с.

55. Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В. Кориско-го,- Л.: Энергоатомиздат.-1988. с. 728.

56. Статические компенсаторы для регулирования реактивной мощности. Под ред. Р.М.Матура, пер. с англ. —М.: Энергоатомиздат, 1987.-160 с.

57. Схема электроснабжения электропечей и электролизеров цветных металлов. Туманов И.М., Савченко И.П., Голиков В.А., Матвеев A.A. //Нижний Новгород: Актуальные проблемы электроэнергетики, 1996. с. 62-64.

58. Тиристорные модули силовой электроники для питания печей индукционного нагрева. Туманов И.М., Голиков В.А., Корженков М.Г., Слепченков М.Н. / Нижний Новгород: Электрооборудование промышленных установок. 1998.- с. 70-79.

59. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. —М.: Энергоатомиздат, 1986,528 с.

60. Трансформаторы силовые. Устройства переключения ответвлений обмоток. Общие технические условия. ГОСТ 17500-97.

61. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения. ГОСТ 13109-97.

62. Туманов И.М. Бесконтактные и тиристорно-контактные установки для стабилизации и регулирования параметров качества электроэнергии. -Дисс.док.техн.наук. Том 1. Горький:-1989.-с.511.

63. Туманов И.М. Преобразователи различного функционального назначения в в электросетях 0,4 35 кВ. //Нижний Новгород: Актуальные проблемы электроэнергетики, 1993.-е. 23-24.

64. Туманов И.М., Алтунин Б.Ю. Тиристорные и тиристорно-контактные установки для стабилизации и регулирования параметров электроэнергии. -Нижний Новгород, НГТУ /Учебное пособие/, 1993. 223 с.

65. Туманов И.М., Бычков Е.В. Расчет преобразовательных устройств на ПЭВМ в стационарных и переходных режимах работы с использованием матрично топологических методов: Учеб. пособие / НГТУ - Нижний Новгород, 1993. -111 с.

66. Туманов И.М., Голиков В.А., Матвеев A.A. Установка для широкодиапазонного и мелкоступенчатого регулирования напряжения в трехфазной сети. //Нижний Новгород: Актуальные проблемы электроэнергетики, 1996. с. 72-74.

67. Туманов И.М., Евстигнеева Т.А. Тиристорные установки для повышения качества электроэнергии.— М.:Энергоатомиздат, 1994.-238 с.

68. Туманов И.М., Рогацкий В.Г., Севастьянов В.В. Компенсация реактивной мощности и симметрирование нагрузки тяговых трансформаторов.// Электричество, 1983. №7.-с.20-25.

69. Туманов И.М., Севастьянов В.В. Бесконтактное устройство симметрирования нагрузки и компенсации реактивной мощности тяговых подстан-ций.//Электричество. 1988, №3.-с.39-47.

70. Туманов И.М., Федоров О.В., Лазарев A.A. Опыт промышленной эксплуатации бесконтактных и тиристорно-контактных установок для повышения качества электроэнергии. М.: Высшая школа, 1979. 57 с.

71. Туманов И.М., Щетинин О.В., Корженков М.Г. Тиристорный модуль силовой электроники. //Нижний Новгород: Актуальные проблемы электроэнергетики, 1996. с. 67-70.

72. Туманов И.М. и др. Расчет электромагнитных процессов и анализ алгоритмов работы универсального трехфазного тиристорного модуля. — Электричество. №4, 1996. с.41-47.

73. Туманов И.М. и др. Универсальный трехфазный тиристорный модуль для повышения качества электроэнергии. —Электричество. №2 1996. с.29-35.

74. Универсальный трехфазный тиристорный модуль для централизованного повышения качества электроэнергии / // Нижний Новгород: Актуальные проблемы электроэнергетики, 1993. с. 24-25 II Электричество, 1997. - с. 51-56.

75. Установки для регулирования и стабилизации напряжения на промышленных предприятиях: Учеб.пособие / Вагин Г.Я. Туманов И.М., Евстигнеева Т.А., Богатырев В,В., Гуляев В.Н. ГПИ. Горький, 1989. -87 с.

76. Установки индукционного нагрева. Под ред. А.Е.Слухоцкова. —Ленинград: Энергоиздат, 1981.-328 с.

77. Фильц Р.В. Общий метод режимных расчетов нелинейных электромеханических устройств II Преобразовательные устройства в тиристорном электроприводе. Кишинев. Штиница, 1977. - с.52-99.

78. Фишлер А.Я., Урманов P.H. Преобразовательные трансформаторы. —М.: Энергия, 1974.-224 с.

79. Фомин Н.И., Затуловский Л.М. Электрические печи и установки индукционного нагрева. — М.: Металлургия, 1979.-247 с.

80. Фомичев Е.П. Электротехнологические промышленные установки. Киев: Высшая школа, 1979.- 248 с.

81. Чуа Л.О., Лин Пен Мин. Машинный анализ электронных схем: Алгоритмы и вычислительные методы: Пер. с англ. М.: Энергия, 1980. - 640 с.

82. Шидловский А.К., Борисов Б.П. Симметрирование однофазных и двух плечевых электротехнологических установок. — Киев.:Наукова Думка, 1977.-167 с.

83. Шлейдерман Р. Практическое руководство по работе в пакете электронных таблиц MicrosoftExcel 97, М.:Финансы и статистика, 1998. 520 с.

84. Штеймерс И. CorelDRAW 6.0. 250 с.

85. А.с. 1294258 СССР, МКИ HJ3/18. Устройство для симметрирования напряжения и компенсации реактивной мощности в трехфазных се-тях./Туманов И.М. и др.//Открытия и изобретения, 1987. №8. с.25-35.

86. А.с. 1295488 СССР, МКИ Н02М I/08. Устройство для управления последовательно соединенными тиристорами/ Хватов C.B., Туманов И.М., Севастьянов C.B., Коржиманов В.И. Опубл. 07.03.87, Бюл.№9.

87. Патент России №2119229, кл. H 02 M 5/12, G 05 F 1/253, 1998. Способ регулирования напряжения под нагрузкой и устройство для его осуществления. Туманов И.М., Блинов И.В., Ким А.К., Матвеев А.А., Голиков В.А.— Опубл. , Бюл. №.19.

88. The ASEA on load fap - chenger - serving transformers around the world. Backstorm Gunnar. "ASEA" gournal", 1982, 55, №55, c. 107-116 (анг.).

89. Bahrman W.P. et al. Opereting experience with a static VAR generator on the Minessota Power and Light System. ERPI, Int. Symp, 1979. 18-36.

90. Фишлер А .Я., Урманов Р.Н. Преобразовательные трансформаторы. —М.: Энергия, 1974.-224 с.

91. Фомин Н.И., Затуловский J1.M. Электрические печи и установки индукционного нагрева. — М.: Металлургия, 1979.-247 с.

92. Фомичев Е.П. Электротехнологические промышленные установки. Киев: Высшая школа, 1979,-248 с.

93. Чуа Л.О., Лин Пен Мин. Машинный анализ электронных схем: Алгоритмы и вычислительные методы: Пер. с англ. М.: Энергия, 1980. - 640 с.

94. Шидловский А.К., Борисов Б.П. Симметрирование однофазных и двух плечевых электротехнологических установок. — Киев.:Наукова Думка, 1977.-167 с.

95. Шлейдерман Р. Практическое руководство по работе в пакете электронных таблиц MicrosoftExcel 97, М.:Финансы и статистика, 1998. 520 с.

96. Штеймерс И. CorelDRAW 6.0. 250 с.

97. A.c. 1294258 СССР, МКИ HJ3/18. Устройство для симметрирования напряжения и компенсации реактивной мощности в трехфазных се-тях./Туманов И.М. и др.//Открытия и изобретения, 1987. №8. -с.25-35.

98. A.c. 1295488 СССР, МКИ Н02М I/08. Устройство для управления последовательно соединенными тиристорами/ Хватов C.B., Туманов И.М., Севастьянов C.B., Коржиманов В.И. Опубл. 07.03.87, Бюл.№9.

99. Патент России №2119229, кл. H 02 M 5/12, G 05 F 1/253, 1998. Способ регулирования напряжения под нагрузкой и устройство для его осуществления. Туманов И.М., Блинов И.В., Ким А.К., Матвеев A.A., Голиков В.А.— Опубл. , Бюл. №.19.

100. The ASEA on load fap - chenger - serving transformers around the world. Backstorm Gunnar. "ASEA" gournal", 1982, 55, №55, c.107-116 (анг.).

101. Bahrman W.P. et al. Opereting experience with a static VAR generator on the Minessota Power and Light System. ERPI, Int. Symp, 1979. 18-36.158

102. Harumoto J. Et.al. Development and field experience of new static VAR supply and control system using force-commutated inverters. Int. Conf. Thyristor and variable Static Equip. A.C. and D.C. Transmiss., London, 1981, 29-32.

103. Hochsteller, Eigenschaften der regelbaren statischen blindleistungs kompen-satoren. Siemens, 1977. №3.

104. Mathcad 6.0/ Руководство пользователя. M.: Информационно издательский центр «Филин», 1997.-712 с.

105. Рис. П 1.1 №4 Вольтотбавка 31. ТК 1,3,5,8,10,12А1. Uос/ / ВТ\ \Uab/ ! \ \В1. UcA Ubb\\1. С U8C В1. Рис. П 1.47 Вольтодобавка 21. ТК 2,4,6,13,141. В" о С'иСд/Â)1. Uab