Энергосберегающий электропривод вентиляторных механизмов по системе НПЧ-АД с программным формированием напряжения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, доктор технических наук Сарваров, Анвар Сабулханович

• Сарваров, Анвар Сабулханович
• доктор технических наук
• 2002

Оглавление диссертации доктор технических наук Сарваров, Анвар Сабулханович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ МОДЕРНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ВЕНТИЛЯТОРНОГО ТИПА.

1.1. Обзор состояния электроприводов переменного тока на промышленных предприятиях.

1.2. Классификация требований по регулированию частоты вращения электроприводов переменного тока.

1.2.1. Роль «мягкого» пуска в энергосбережении.

1.2.2. Возможности ступенчатого регулирования в электроприводах переменного тока.

1.2.3. Условия применения плавного пуска.

1.3. Оценка эффективности вариантов модернизации электроприводов переменного тока (на примере ОАО «ММК»).

1.4. Классификация и характеристики механизмов с вентиляторной нагрузкой. Требования к электроприводам . 31.4.1. Общие характеристики турбомеханизмов. 3'

1.4.2. Особенности характеристик насосов.

1.4.3. Особенности работы вентиляторов.41.4.4. Особенности работы турбокомпрессоров.

1.4.5. Обобщение требований к электроприводам механизмов с вентиляторной нагрузкой.

1.5. Современные способы и средства улучшения регулировочных возможностей асинхронных двигателей.

1.5.1. Оценка возможности применения системы ТПН-АД в энергосберегающем электроприводе с вентиляторной нагрузкой.

1.5.2. Современные преобразователи частоты для энергосберегающего электропривода.

1.5.3. Перспективы применения АВК и режимов двойного питания АД для целей энергосбережения.

1.6. Обоснование возможности применения системы НПЧ-АД со ступенчатым формированием частоты для энергосберегающего вентиляторного электропривода.

1.7. Постановка задач по созданию энергосберегающего вентиляторного электропривода по системе НПЧ-АД.

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯМИ НПЧ ДЛЯ ПРОГРАММНОГО ФОРМИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ.

2.1. Анализ существующих силовых схем НПЧ и выбор базового варианта низковольтного преобразователя.

2.2. Обоснование принципов управления НПЧ при ступенчатом формировании выходной частоты.

2.3. Основные законы управления ПЧ с АИН и АИТ при искусственной коммутации и анализ возможности их реализации в НПЧ.

2.3.1. Представление законов управления с помощью коммутационных функций и результирующего вектора.

2.3.2. Особенности реализации в НПЧ закона управления с двухфазным питанием АД.

2.4. Разработка алгоритмов управления вентилями при реализации двухфазного питания.

2.4.1. Алгоритмы формирования 3-пульсного напряжения.

2.4.2. Алгоритмы формирования 6-пульсного напряжения.

2.5. Разработка способов управления НПЧ при чередовании интервалов

2-х и 3-фазного питания АД.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ НПЧ-АД С ПРОГРАММНЫМ

ФОРМИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ.

3.1. Анализ основных методов исследования процессов в НПЧ.

3.1.1. Метод гладкой составляющей.

3.1.2. Метод переключающих функций.

3.1.3. Метод универсальных математических моделей.

3.2. Разработка математического описания НПЧ и модели на её основе.

3.2.1. Особенности построения математического описания.

3.2.2. Определение состояния вентилей НПЧ на модели.

3.3. Математическое обобщение алгоритмов программного формирования напряжения.

3.3.1. Представление работы СИФУ переключающими функциями

3.3.2. Представление алгоритмов управления вентилями при программном формировании напряжения НПЧ на основе переключающих функций

3.4. Разработка модели асинхронного двигателя.

3.5. Обоснование задач исследований на модели системы НПЧ-АД с программным формированием напряжения.

3.6. Моделирование процесса пуска.

3.7. Исследование разомкнутой системы НЕЙ-АД в стационарном режиме при формировании различных ступеней частот напряжения.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ СИЛОВЫХ СТРУКТУР НПЧ И СПОСОБОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ

Ф ВЕНТИЛЯТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА.

4.1. Двенадцатипульсный НПЧ с поочередным подключением потенциально не связанных групп.

4.2. Исследование системы 12-пульсный НПЧ-АД.

4.3. Анализ вариантов построения преобразователей для высоковольтных электроприводов вентиляторного типа.

4.4. Разработка каскадного 18-пульсного НПЧ для высоковольтного электропривода.

4.4.1. Система питания и силовая структура преобразователя.

4.4.2. Принцип формирования частоты 25 Гц.

4.4.3 Принцип и алгоритмы формирования частоты 37,5 Гц.

4.5. Моделирование процессов программного формирования напряжения в 18-пульсной схеме НПЧ.

4.6. Исследование системы 18-пульсный НПЧ-АД с вентиляторной характеристикой при формировании частоты 37,5 Гц.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СООТНОШЕНИЙ ДЛЯ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕНИЙ И МИНИМИЗАЦИИ ТОКОВ В СИСТЕМЕ НПЧ-АД

С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ.

5.1. Анализ возможности применения законов частотного управления АД при формировании режимов работы на фиксированных частотах.

5.2. Методы расчета значений минимального тока для заданных моментов на валу АД.

5.3. Определение соотношений по круговой диаграмме из условия установления максимального соБсрдц.

5.4. Расчет экстремальных характеристик АД по круговым диаграммам

5.5. Расчет действующего значения первой гармоники напряжения в базовой схеме НПЧ.

5.5.1. Исходные расчетные соотношения и положения.

5.5.2. Разработка методики расчета.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ НПЧ-АД (^ПРОГРАММНЫМ ФОРМИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ.

6.1. Особенности реализации традиционных способов управления НПЧ

6.2. Особенности НПЧ с раздельным программным управлением.

6.3. Разработка универсального контроллера для программного управления

6.4. Краткое описание экспериментальной установки.

6.5. Задачи исследований и методика обработки экспериментальных данных.

6.6. Анализ результатов экспериментальных исследований.

6.7. Промышленная реализация и перспективы создания обьектноориентированных электроприводов по системе НПЧ-АД.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Энергосберегающий электропривод вентиляторных механизмов по системе НПЧ-АД с программным формированием напряжения»

Известно, что до 50% потребления электроэнергии в стране приходится на массовый нерегулируемый электропривод на базе асинхронного короткозамкнутого электродвигателя [1]. Механизмы с вентиляторной нагрузкой занимают особое положение по потреблению электроэнергии. На их долю приходится около 20ч-25% всей вырабатываемой электроэнергии. Подавляющее большинство этих механизмов продолжают оставаться нерегулируемыми. В современной экономической ситуации практически единственным условием выживания для многих предприятий является ускоренное решение проблем энергоресурсосбережения и рационального электропотребления. Для эффективного решения этих проблем необходим переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому.

Наиболее остро проблемы энергоресурсосбережения проявляются в энергоёмких производствах, особенно на металлургических предприятиях. Электрослужбы большинства таких предприятий, в том числе и крупнейшего в России ОАО "ММК" (г. Магнитогорск) в поисках резервов экономии электроэнергии обратили серьёзное внимание на комплекс электроприводов вспомогательных механизмов. Среди них особое место занимают механизмы с вентиляторной нагрузкой (вентиляторы, насосы, компрессоры, воздуходувки, дымососы и др.). Электроприводы этих механизмов выполнены на двигателях переменного тока и являются нерегулируемыми, что исключает какие-либо возможности снижения электропотребления при снятии технологических нагрузок. Следует также принять во внимание, что тяжелые условия нерегулируемого пуска вынуждают оставлять в работе вентиляторы и насосы во время плановых остановок и простоев технологических агрегатов. В частности расчеты, проведенные по листопрокатному цеху № 4 ОАО "ММК" (стан "2500" горячей прокатки) показывают, что доля постоянных непроизводительных составляющих электропотребления в общих затратах электроэнергии довольно значительна. Её величина достигает 20% от электропотребления стана при проектной загрузке по производительности. Отсутствие возможности какого-либо регулирования скорости механизмов вентиляторного типа не позволяет обеспечить режим рационального электропотребления и ресурсосбережения (расход воды, пара, воздуха) при снижении технологических нагрузок. В связи с этим, на металлургических предприятиях назрела острая необходимость в реконструкции электроприводов переменного тока.

В результате реконструкции нерегулируемых электроприводов переменного тока предполагается создание необходимых, с учётом потребностей производства, регулировочных возможностей для каждого конкретного механизма или класса механизмов. В основе концепции перехода к регулируемому электроприводу переменного тока в условиях действующего производства ОАО «ММК» лежит создание для них таких регулировочных возможностей, которые при минимальных капитальных затратах дают ощутимые результаты по экономии электроэнергии и других ресурсов. Если принять во внимание, что рассматриваемые электроприводы изначально были спроектированы как нерегулируемые, то к таким электроприводам обычно не предъявляют жесткие требования по качеству регулирования и они не нуждаются в создании тормозных режимов. Рассматриваемые электроприводы требуют обычно создания ограниченных регулировочных возможностей. Для них достаточно обеспечить два уровня возможностей по регулированию. На первом уровне обеспечивается возможность реализации управляемого пуска ("мягкий пуск") с ограничением пусковых токов и динамических моментов,, что позволяет производить отключение вспомогательных механизмов на период вынужденных и плановых простоев. На втором уровне дополнительно к первому создаётся возможность реализации ряда ступеней пониженной частоты вращения (ступенчатое регулирование скорости).

Возможность перевода электропривода на пониженные частоты вращения позволяет реализовать экономичные режимы эксплуатации при снижении технологических нагрузок и расширяет его регулировочные свойства. Потребность в таком регулировании неизбежно появляются в условиях действующего производства. Традиционные системы регулируемого асинхронного электропривода с короткозамкнутым двигателем "тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель" (ТПН-АД) и "тиристорный преобразователь частоты - асинхронный двигатель" (ТПЧ-АД) ориентированы для плавного пуска двигателя (ТПЧ-АД) и для создания хороших регулировочных возможностей с реализацией тормозных режимов.

В настоящее время на отечественном рынке электротехнической продукции широко представлены современные преобразователи частоты корпорации ТРИОЛ (Россия, Украина, Белоруссия) и ряда зарубежных фирм. Эти преобразователи имеют высокую стоимость за счёт заложенного в них широкого спектра возможностей, в большинстве из которых, рассматриваемые электроприводы не нуждаются. Наряду с высокой стоимостью этих преобразователей, существуют и другие препятствия, ограничивающие их массовое применение. К ним относятся условия окружающей среды в металлургическом производстве, ограничения, обусловленные проблемой "длинного кабеля" в электроприводах с JGBT- инверторами и не изученность влияния ШИМ на срок службы изоляции электрических машин.

Для получения регулировочных возможностей второго уровня ("мягкий" пуск и ступенчатое регулирование частоты вращения) необходимы весьма простые объектно-ориентированные преобразователи. Проблема создания таких преобразователей приобретает в настоящее время всё большую актуальность, что подтверждается растущей потребностью металлургического производства в повышении регулировочных возможностей вспомогательных механизмов. В этом направлении в течение последних десятилетий проводились работы по теории и практике квазичастотного управления на базе ТНП-АД.

В современных экономических условиях, несмотря на новые достижения в теории и практике полупроводниковой преобразовательной техники, весьма актуальной остаётся проблема разработки высоконадёжных и не дорогостоящих электроприводов переменного тока со следующими функциональными возможностями: "мягкий" пуск АД и ступенчатое регулирование частоты вращения.

С учётом выше изложенного, в данной работе поставлена цель создания основы теории и разработки энергосберегающего электропривода по системе непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель (НПЧ-АД) со ступенчатым формированием частоты при естественной коммутации вентилей для механизмов с вентиляторной нагрузкой. Достижение поставленной цели потребовало:

- теоретического обоснования и развития научного направления, связанного с оптимизацией по энергетическим критериям ступенчато регулируемых асинхронных электроприводов вентиляторных механизмов;

- обоснования для широкого круга вентиляторных механизмов применения электроприводов по схеме НПЧ-АД с программным формированием напряжения;

- разработки моделей указанной группы электроприводов для решения задач оптимизации стационарных режимов, синтеза алгоритмов работы управляющих устройств и анализа динамики системы электропривода;

- исследования режимов работы, определения электромеханических соотношений и энергетических показателей;

- разработки рациональных структур систем НПЧ-АД и способов управления;

- разработки на основе проведенных исследований асинхронных электроприводов для механизмов с вентиляторной нагрузкой, обладающих новыми возможностями и повышенными технико-экономическими показателями;

- создания экспериментальных макетов и опытных образцов, исследования рабочих режимов, проверки и использования результатов исследования в ходе внедрения.

Содержание работы изложено в шести главах.

В первой главе выполнен анализ состояния электроприводов переменного тока производственных механизмов, в том числе вентиляторного типа в условиях ОАО «ММК», на основе которого проведена оценка требований к данным механизмам на различных участках производства и обоснована концепция энергосбережения в них. Рассмотрена классификация механизмов вентиляторного типа и приведены основные расчетные соотношения для них. Проанализированы основные пути модернизации. В результате установлено, что для создания различных ступеней частоты вращения достаточно применить систему НПЧ-АД с формированием на их основе напряжений с фиксированными значениями частоты, которые определены из условия формирования симметричных трехфазных напряжений. Обоснованы и сформулированы основные задачи по созданию простых обьектно-ориентированных средств ступенчатого регулирования.

Во второй главе проведен анализ известных силовых структур НПЧ с позиции формирования на их основе ступеней фиксированной частоты напряжения, а также исследована возможность применения известных коммутационных функций, реализованных в двухзвенных преобразователях частоты с искусственной коммутацией вентилей и проведен их гармонический анализ. Разработаны и обоснованы новые принципы, способы и алгоритмы программного формирования напряжения с различными ступенями частоты. Для режима работы АД с чередованием интервалов двух- и трехфазного питания определены условия, при которых достигается надежная работа НПЧ без системы контроля проводящего состояния вентилей. Показана возможность применения для описания алгоритмов программного формирования напряжения фиксированных положений вращающего результирующего вектора напряжения и переключающих функций, определяющих их положение.

В третьей главе рассмотрены вопросы моделирования систем НПЧ-АД. Предложено в общем виде математическое описание процессов в системе НПЧ-нагрузка. Разработана развернутая структурная схема АД на основе дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные и электромеханические процессы в двигателе. Особое внимание уделено разработке процедур определения проводящего состояния вентилей преобразователя и проверке работоспособности компьютерных моделей системы НПЧ-активная и активно-индуктивная нагрузка, модели двигателя и модели системы НПЧ-АД. Проведены исследования на модели процессов программного формирования напряжения с различными ступенями частоты и сопоставление результатов моделирования с экспериментальными осциллограммами токов и напряжений. Установлено практическое сходство расчетных и экспериментальных осциллограмм по многим показателям оценки. Исследовано влияние фазового угла сдвига между первыми гармониками напряжения и тока статора на характер протекания коммутационных процессов в системе электропривода. Проведено также моделирование режимов пуска АД в системе с НПЧ и режимов работы при формировании несимметричных напряжений с частотой 30 и 37 Гц.

В четвертой главе рассмотрены вопросы создания новых силовых структур и алгоритмов управления НПЧ, применение которых, позволяет заметно расширить диапазон выходных частот преобразователя, улучшить форму тока и открывает перспективы создания НПЧ для высоковольтных электроприводов с вентиляторной нагрузкой. Проведено моделирование процессов программного формирования напряжения в 12- и 18- пульсной схемах НПЧ на основных ступенях частоты, установлена реализуемость предложенных алгоритмов управления вентилями, а также проведена оценка гармонического состава тока и напряжения в системе НПЧ-АД с вентиляторной нагрузкой. Определены рабочий диапазон изменения угла управления и установлена возможность реализации прямого пуска на различные ступени частоты вращения АД с фазовым регулированием напряжения.

Пятая глава посвящена разработке инженерных методик расчета параметров электромеханического преобразования энергии в частотно-регулируемом электроприводе, обеспечивающих минимизацию тока и потерь в двигателе. Из круговых диаграмм получена совокупность соотношений для определения максимального коэффициента мощности АД и расчета экстремальных характеристик тока двигателя при вентиляторном характере нагрузки на различных ступенях частоты напряжения. Определена рациональная область изменения угла нагрузки, в которой достигается устойчивая работа системы НПЧ-АД с минимизацией тока статора. Предложена методика расчета первой гармоники напряжения в функции угла управления, позволяющая рассчитать углы управления преобразователем для предварительной его настройки.

Шестая глава посвящена вопросам создания опытно-промышленного образца преобразователя с микропроцессорной системой программного формирования напряжения, подготовки базы для проведения экспериментальных исследований и обработке полученных данных. Разработан образец преобразователя с программным формированием напряжения на основе микроконтроллера и проведены исследования работы системы 6-пульсный НПЧ-АД при формировании ступеней с симметричным и несимметричным напряжением. Представлены также результаты промышленной реализации работы на действующем вентиляторе двигателя окалиноломателя стана «2500» горячей прокатки в ЛПЦ-4 ОАО «ММК» и решения технических советов предприятия о создании образцов данного типа преобразователя на опытном заводе.

На защиту выносятся следующие основные положения: 1. Принципы программного формирования напряжения в системе НПЧ-АД при которых производят 2-х фазное питание, а также осуществляют режимы при чередовании интервалов 2-х и 3-х фазного питания двигателя с постоянным углом управления на каждом интервале пульсации, что позволяет упростить алгоритмы и систему управления вентилями за счет исключения контроля проводящего состояния их при смене полярности полуволн тока.

2. Силовые схемы непосредственных преобразователей частоты для низковольтного и высоковольтного асинхронного электропривода, способ формирования высоковольтного напряжения на двигателе в энергосберегающих режимах вентиляторных механизмов.

3. Математические модели различных систем НПЧ-АД с программным формированием напряжения, учитывающие алгоритмы управления вентилями при создании различных ступеней выходной частоты в 6-, 12- и 18-пульсном преобразователе, позволяющие исследовать процессы электромеханического преобразования энергии в АД при пуске и в стационарном режиме.

4. Математическое описание способов формирования напряжения НПЧ на основе переключающих функций, позволяющее обобщить алгоритмы управления и упростить их аппаратно-программную реализацию.

5. Обобщение методик расчета параметров электромеханического преобразования энергии в АД на основе круговых диаграмм путем введения параметра косвенного угла нагрузки, позволяющее при упрощении расчетов добиться определения условий минимизации тока статора на различных ступенях частоты вращения.

6. Методики расчета действующих значений первых гармоник напряжения на двигателе в функции угла управления при реализации различных алгоритмов формирования напряжения.

7. Результаты теоретических и экспериментальных исследований на опытно-промышленной установке и компьютерной модели, подтверждающие возможность программной реализации энергосберегающих режимов на различных ступенях частоты вращения вентиляторных электроприводов по системе НПЧ-АД и позволяющие для каждой рабочей частоты осуществить оптимизацию режима работы по минимуму тока статора в разомкнутой системе электропривода.

Полученные результаты создают предпосылку для разработки и изготовления промышленных образцов непосредственных преобразователей частоты с программным формированием напряжения, ориентированных на применение в энергосберегающих электроприводах вентиляторного типа. Расчетные формулы, полученные из круговых диаграмм, могут быть использованы для формирования напряжения в зависимости от частоты с целью минимизации потребляемого тока в других типах преобразователей частоты.

По результатам диссертационной работы опубликовано 48 работ, в том числе монография, а также получено 2 авторских свидетельства и 4 патента на изобретение. Основные результаты докладывались на научно-технических конференциях и семинарах различного уровня. Результаты по законченной диссертационной работе доложены и обсуждены на заседании кафедры АЭП МЭИ (ТУ) 25 декабря 2001 года (протокол № 10). Получен положительный отзыв на диссертацию и рекомендация к защите по специальности 05.09.03.-электротехнические комплексы и системы.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Сарваров, Анвар Сабулханович

ВЫВОДЫ

1. Создана опытно-промышленная установка системы НПЧ-АД с программным формированием напряжения, на базе которой, установлена практическая реализуемость предложенных алгоритмов формирования основных ступеней частот 0,25; 0,5 и 0,75fi и проведены экспериментальные исследования, подтверждающие такую возможность.

2. Экспериментальные исследования подтвердили работоспособность разомкнутой системы НПЧ-АД в режиме программного формирования напряжения и позволили определить условия, при которых достигается устойчивая работа системы электропривода.

3. По результатам экспериментов определено влияние коэффициента мощности на коммутационные процессы в НПЧ и их значения, при которых возникает колебательный процесс в системе НПЧ-АД.

4. Экспериментально установлено существование экстремальных характеристик для тока двигателя, что позволяет осуществлять настройку преобразователя, обеспечивающую работу в длительном режиме на фиксированных частотах с минимальными токами.

5. Установлена практическая реализуемость длительных режимов работы при программном формировании в 6-пульсной схеме НПЧ несимметричного напряжения с частотой 37,5 Гц.

313

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе решена важная научно-техническая проблема, посвященная разработке научных основ создания энергосберегающего электропривода вентиляторных механизмов по системе НПЧ-АД с программным формированием напряжения, обеспечивающего ступенчатое регулирование частоты вращения с применением более простых и дешевых объектно-ориентированных средств управления на базе отечественных тиристоров. В работе рассмотрен комплекс вопросов, посвященных обоснованию принципов, способов и алгоритмов управления НПЧ и рассмотрению новых вариантов построения силовых схем. Разработаны и научно обоснованы технические решения, направленные на создание перспективных систем энергосберегающего электропривода, внедрение которых вносит значительный вклад в создание новых средств регулирования на отечественной элементной базе.

Получены следующие основные результаты:

1. На основе анализа состояния электроприводов переменного тока в промышленности, и оценки требований, предъявляемых к электроприводам вентиляторного типа в условиях ОАО «ММК», обоснована с позиции энергосбережения целесообразность ступенчатого регулирования частоты вращения электроприводов вентиляторного типа.

2. Предложены принципы программного формирования напряжения в системе НПЧ-АД, на основе которых, с учетом особенностей характеристик вентиляторных электроприводов, решается задача существенного упрощения системы и алгоритмов управления вентилями за счет исключения узлов контроля проводящего состояния вентилей при смене полярности полуволн тока и узлов формирования многофазных сигналов управления.

3. Разработаны новые способы формирования напряжения с различными ступенями фиксированных частот в системе НПЧ-АД, в основе которых лежит реализация коммутационных функций двухфазного питания АД и режимов, при котором, осуществляют чередование интервалов двух- и трехфазного питания двигателя с постоянным углом управления на каждом интервале пульсации.

4. Разработаны системы и алгоритмы программного управления вентилями НПЧ с различной пульсностью выходного напряжения, позволяющие формировать длительные режимы работы электропривода при питании симметричными и несимметричными трехфазными напряжениями с различными фиксированными частотами.

5. Предложены новые силовые схемы непосредственных преобразователей частоты низковольтного 12-пульсного и высоковольтного исполнения 18 пульсного НПЧ, а также научно обоснованы способы формирования напряжения на двигателе в энергосберегающих режимах вентиляторных электроприводов.

6. Разработаны математические модели различных систем НПЧ-АД с программным формированием напряжения, в которых реализованы новые алгоритмы управления вентилями при создании различных ступеней выходных частот 6-, 12- и 18-пульсного преобразователя, позволяющие исследовать процессы электромеханического преобразования энергии в АД при пуске и длительных режимах работы.

7. На основе переключающих функций разработано компактное математическое описание способов формирования напряжения НПЧ позволяющее обобщить алгоритмы управления и упростить систему аппаратно-программной их реализации.

8. На основе круговой диаграммы АД, путем введения параметра косвенного угла нагрузки, получены новые аналитические зависимости для расчета токов, напряжений, электромагнитного момента и коэффициента мощности двигателя, позволяющие рассчитывать экстремальные характеристики тока АД при частотном управлении с целью определения параметров настройки системы управления, обеспечивающих минимизацию тока статора.

9. Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили решить крупную научно-техническую задачу — создать теорию отдельного класса энергосберегающих электроприводов по схеме НПЧ-АД с программным формированием напряжения, на базе которой обеспечивается повышение качества проектирования и технического уровня электроприводов вентиляторного типа.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Сарваров, Анвар Сабулханович, 2002 год

1. Ильинский Н.Ф., М.Г. Юньков. Итоги развития и проблемы электропривода // Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова. - М.: Энергоатомиздат, 1990.- С. 4 - 14.

2. Международный научно-технический семинар по проблемам регулируемого электропривода механизмов собственных нужд тепловых электростанций и сетей // Электрические станции.- 2000.- №3.- С.58-60.

3. Браславский И.Я. Возможности энергосбережения при использовании регулируемых асинхронных электроприводов // Электроприводы переменного тока: Тр. XI ой научно-технич. конф. (24 - 26 февраля 1998г.). - Екатеринбург: УГТУ, 1998,- С. 102 - 107.

4. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод турбомеханизмов.- М.: Энергия, 1972.- 240 с.

5. Никифоров Г.В., Заславец Б.И. Энергосбережение на промышленных предприятиях.- Магнитогорск: МГТУ, 2000.- 283 с.

6. Молчанов А.А. Использование преобразователей частоты на природоохранных сооружениях // Привод и управление.- 2000, №3.- С.27-29.

7. Расширение диапазона регулирования в системе 12-пульсный НПЧ-АД для вентиляторных электроприводов / А.С. Сарваров // Труды IV Междунар. конф. Электромеханика и электротехнология МКЭЭ, 2000.- Клязьма, 2000.-С. 210-211.

8. Расширение диапазона частотного регулирования двигателей переменного тока на базе непосредственных преобразователей частоты / А.С. Сарваров // Приводная техника.- 2000.- №3.- С. 22-27.

9. Миронов Л.М. Обоснование областей применения непосредственных преобразователей частоты // Труды III Международной (XIV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу

10. АЭП-2001 (Нижний Новгород 12-14 сентября 2001) / Под ред. С.В. Хватова. Нижний Новгород: «Вектор-ТиС».- С. 222.

11. Смолдырев А.Е. Гидро- и пневмо- транспорт.- М.: Металлургия, 1975.384 с.

12. Дацковский Л.Х., Бирюков А.В., Вайнтруб О.Ш. и др. Частотно-регулируемый синхронный электропривод мощностью 5000 кВт вентиляторной установки. Теория и практика. Труды конференции с международным участием, Крым, 15-20 сентября 1997 г.- С. 190-191.

13. Чиликин М Г., Соколов М.М., Терехов В.М., Шинянский А.В. Основы автоматизированного электропривода.- М.: Энергия, 1974.-568 с.

14. Шубенко В. А., Браславский И.Я., Шрейнер Р.Т. Асинхронный электропривод с тиристорным управлением.-М.: Энергия, 1967.

15. Шубенко В.А., Браславский И.Я. Тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением.- М.: Энергия, 1972.

16. Браславский И.Я. Асинхронный полупроводниковый электропривод с параметрическим управлением. М.: Энергоатомиздат, 1998. - 224 с.

17. Асинхронный электропривод с тиристорными коммутаторами / Л.П. Петров, В.А. Ладензон, М.П. Обуховский , Р.Г. Подзолов.-М.: Энергия, 1970.- 128 с.

18. Петров Л.П., Андрющенко О.А., Капинос В.И. и др. Тиристорные преобразователи напряжения для асинхронного электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1986.- 200 с.

19. Петров Л.П. Управление пуском и торможением асинхронных двигателей. М.: Энергоатомиздат, 1977.- 184 с.

20. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе / М.М. Соколов, Л.П. Петров. Л.Б. Масандилов, В.А. Ладензон. М.: Энергия. 1967.- 198 с.

21. Маурер В.Г. Об управлении асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. И.А. Селиванова, А.С. Карандаева.-Магнитогорск: МГТУ, 1996, Вып.2 .-С. 44-47.

22. Масандилов Л.Б., Крылов Н.В., Кузиков С.В. Электропривод по системе ТПН АД с расширенным диапазоном регулирования // Электроприводы с улучшенными технико-экономическими показателями: сб. науч. тр. №165. - М.: Моск. энерг. ин-т. 1988.- С. 82 - 88.

23. Масандилов Л.Б., Анисимов В.А., Горнов А.О., Крикунчик Г.А. Москаленко В.В. Опыт разработки и применения асинхронных электроприводов с тиристорными преобразователями напряжения // Электротехника.- 2000.- № 2.- С. 32-36.

24. Масандилов Л.Б., Гетман Ю.И. Мелихов В.Л. Особенности квазичастотного управления асинхронного двигателя // Электротехника. — 1994.- № 5-6.-С. 16-20.

25. А.с. 1376212 СССР. МКИ4 Н 02М 5/02 Способ регулирования скорости асинхронного электропривода / Масандилов Л.Б., Рожанковский Ю.В., Крылов Н.В. (СССР).- №3799613/24-07, Заявлено 11.10.84. 0публ.23.02.88. Бюл.№7. С. 240.

26. Петров Л.П., Капинос В.И., Херунцев П.Э. Оптимизация энергопотребления при квазичастотном управлении асинхронными электроприводами // Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Ильинского, М.Г. Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1990.- С. 354 - 359.

27. Презентация АООТ «Завод промавтоматика». Системы автоматического управления вентиляторными агрегатами типа ВЦ-15, ВМД-24А и др. со стартером плавного пуска САУ-ВМ.ПП.

28. Маурер В.Г. Об управлении асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз.сб.науч. тр. / Под ред. И.А. Селиванова, А.С. Карандаева.- Магнитогорск: МГТУ, 1996.- Вып. 1.- С.44-47.

29. М.Г. Чиликин, В.И. Ключев, А.С. Сандлер. Теория автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов. М.: Энергия, 1979.-616 с.

30. Кудрявцев Ф,В„ Ладыгин А.Н. Современные преобразователи частоты в электроприводе //Приводная техника. 1998.- №3. - С. 21 - 28.

31. Simovert Master Drives: Kompaktgerate (Bauformen A-D). Betriebsanleitung, Teil 1. Siemens. 1996.

32. Simovert Master Drives: Vector Control (VC). Betriebsanleitung, Teil 2. Siemens. 1996.

33. Беляев Д.В. Результаты внедрения регулируемых высоковольтных электроприводов переменного тока на территории СНГ // Электроприводы переменного тока: Тр. 12-й научно-технич. конф.(13-16 марта 2001 г.). Екатеринбург: УГТУ, 2001.- С. 210-213.

34. Триол / Каталог продукции и применений 98.

35. Кудрявцев А.В. Развитие частотно-регулируемого асинхронного электропривода на кафедре АЭП МЭИ // Электротехника.- 2000.-№ 2-С.47-50.

36. Drive & control. Продукт и системы для промышленности. Спецвыпуск.

37. Флоренцев С.Н. Состояние и перспективы развития приборов силовой электроники на рубеже столетий // Электротехника.- 1999.- № 4.- С.2-10.

38. Бернштейн А.Я., Гусяцкий Ю.М., Кудрявцев А.В., Сарбатов Р.С. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе / Под ред. Р.С. Сарбатова. М.: Энергия, 1980. - 328 с.

39. Жемеров Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью.- М.: Энергия, 1977.-280 с.

40. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты.-Екатеринбург: УРО РАН, 2000.- 654 с.

41. Вейнгер A.M. Регулируемый синхронный электропривод.- М.: Энергоатомиздат, 1985.-224 с.

42. Онищенко Г.Б. Асинхронный вентильный каскад.-М.: Энергия, 1967.153 с.

43. Онищенко Г.Б., Локтева И.Л. Асинхронные вентильные каскады и машины двойного питания.- М.: Энергия, 1979.- 200 с.

44. Ботвинник М.М., Шакарян Ю.Г. Управляемая машина переменного тока.-М.: Наука, 1969.- 169 с.

45. Асинхронно-вентильные нагружающие устройства / С.В. Хватов, В.Г. Титов, А.А. Поскробко, В.Ф. Цыпкайкин.- М.: Энергоатомиздат, 1986.144 с.

46. Титов В.Г., Хватов С.В. Асинхронный вентильный каскад с повышенными энергетическими показателями.- Горький: Горьковский государственный университет, 1978.- 80 с.

47. Хватов С.В., Титов В.Г. Проектирование и расчет асинхронного вентильного каскада.- Горький: Горьковский государственный университет, 1977.- 91 с.

48. Уваров И.Б., Афанасьев Л.Н. Синхронизация асинхронного двигателя по схеме ДАГ.- М.-Л .: Госэнергоиздат, 1952.-82 с.

49. Бергер А.Я. Методы повышения коэффициента мощности асинхронных электродвигателей и их синхронизация.- М.-Л.: Госэнергоиздат, 1956.-31 с.

50. А.С. № 782062 СССР МКИ Н 02К 17/26. Синхронизированный асинхронный двигатель / Пригода В.П., Авринский Ю.Р. (СССР).-№2711359/24-07. Заявлено 11.01.79. Опубл. 23.11.80. Бюл.№43. С.270.

51. А.с. №955485 СССР МКИ Н 02Р 7/48. Способ синхронизации асинхронного двигателя / Сарваров А.С., Шинянский А.В.(СССР).-№3225650/24-07. Заявл.29.12.80. Опубл. 30.08.82.1. Бюл. №32. С. 279.

52. Сарваров А.С., Шинянский А.В. Синхронизация асинхронного двигателя в схеме АВК.- Тр. /Талли^ск. политехи, ин-та, 1981, № 520.- С. 33-41.

53. Сарваров А.С. Синхронизация асинхронного двигателя в схеме АВК с целью повышения энергетических показателей.- Тр/ Моск. энерг. ин-та, 1982, вып. 520.-С. 93-95.

54. Сарваров А.С., Шинянский А.В. Улучшение энергетических показателей электропривода подъемника по системе АВК.- Тр./ Моск. энерг. ин-та, 1988, вып.165.- С.88-94.

55. Приводы и их элементы. Рынок продукции: Каталог-справочник /А.Б. Чистяков, Б.М. Парфенов, В.К. Свешников и др.; Под ред. А.Б. Чистякова.-М.: Машиностроение, 1995. -432 с.

56. Хрисанов В.И., Коновалов Ю.Н. Тиристорные преобразователи для асинхронных электроприводов // Электроприводы переменного тока: Тр. XI ой научно-технич. конф. (24 - 26 февраля 1998 г.). - Екатеринбург : УГТУ, 1998.-С. 72-75.

57. Фираго Б.И., Должников С.Ю., Подобедов Е.Г. Электропривод крановых механизмов по системе преобразователь частоты двигатель //

58. Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н.Ф.Ильинского, М.Г.Юнькова.-М.: Энергоатомиздат, 1990.-С. 234-237.

59. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока.-М.: Энергоатомиздат, 1982.-192 с.

60. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 416 с.

61. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями / О.В. Слежановский, JI.X. Дацковский, И.С. Кузнецов и др.- М.: Энергоатомиздат, 1983.- 256 с.

62. Фираго Б.И., Готовский Б.С., Лисс З.А. Тиристорные циклоконверторы.-Минск: Наука и техника, 1973.- 296 с.

63. Шиндес Ю.Л., Ерухимович В.А., Никитин О.Ф. Электроприводы с непосредственными преобразователями частоты // Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- С. 263-266.

64. Ключев В.И., Микитченко А.Я., Сафошин В.В. Модульные тиристорные преобразователи для тяжелых условий эксплуатации // Приводная техника.- 1997.- №3.- С. 33-34.

65. Ключев В.И., Калашников Ю.Т., Микитченко А.Я. Проблемы экскаваторного электропривода и рациональные пути их решения // Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- С. 281-287.

66. Ключев В.И., Микитченко А.Я., Каныгин В.И. Разработка и исследование системы НПЧ-АД для тяжелых условий эксплуатации // Труды Моск. энерг. ин-та.- вып. 675, 1997.- С. 159-166.

67. Микитченко А.Я. Разработка и исследование частотно-управляемого асинхронного электропривода по системе НПЧ-АД для машин предприятий горнодобывающей промышленности: Автореферат докт. дисс.- М.: МЭИ, 1999.- 40 с.

68. Ключев В.И., Миронов JI.M., Резниковский A.M., Фомин С.А. Разработка и исследование экскаваторных электроприводов // Электротехника.- 2000.-№2,- С. 20-25.

69. Жемеров Г.Г. Энергетические соотношения в каскадном преобразователе частоты с непосредственной связью.- Электричество.- 1974.-№ 2.- С. 73-77.

70. Бернштейн И.Я., Хорт М.А. Энергетические характеристики преобразователей частоты при поочередном управлении группами вентилей.- Электричество.- 1975.- №1.- С. 69-73.

71. Нейман Л.Р., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники.- МЛ.: Энергия, 1966.- 522 с.

72. Глазенко Т.А., Гончаренко Р.Б. Полупроводниковые преобразователи частоты.- Л.: Энергия, 1969.- 184 с.

73. Ишханов П.Э., Чуриков A.M. Исследование электромагнитных процессов в асинхронном электродвигателе с преобразователем частоты // Приводная техника.- 1998, №3.- С. 12-16.

74. Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода: Учебник для вузов.- М.:Энергоатомиздат, 1987.- 224с.

75. Бизиков В. А., Обухов С.Г., Чаплыгин Е.Е. Управление непосредственными преобразователями частоты.- М.: Энергоатомиздат, 1985.-128 с.

76. Грабовецкий Г.В. Применение переключающих функций для анализа электромагнитных процессов в силовых цепях вентильных преобразователей частоты // Электричество.- 1973.- № 6.- С. 42-46.

77. Грабовецкий Г.В. Оптимизация закона управления вентильным преобразователем частоты с непосредственной связью.- В кн. Управляемыекремниевые вентили (тиристоры) в электроприводе и автоматике. Ленинградский дом научно-технической пропаганды, 1968.

78. Грабовецкий Г.В. Системы управления тиристорными преобразователями частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией // Электротехника.- 1977.- № 8.- С. 3-5.

79. Сабинин Ю.А., Грузов В.Л. Частотно регулируемые асинхронные электроприводы.-Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. 1985.- 128 с.

80. Разработка микроконтроллера для управления АД со сту-пенчатым преобразователем частоты. / Д.Ю. Усатый, А.С. Сарваров, С.А. Евдокимов. // Перспективные технологии автоматизации: Тез. междунар. электронной науч.-техн. конф.- Вологда: ВоГТУ, 1999. -С. 78.

81. Сарваров А.С., Усатый Д.Ю. Регулировочная характеристика НПЧ при прямоугольном напряжении управления и дискретном формированиичастоты. // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2000. - Вып. 5.- С. 104-114.

82. Жемеров Г.Г. Метод анализа кривой выходного напряжения преобразователя частоты с непосредственной связью // Электричество,-1970.-№8.-С. 71-76.

83. Жемеров Г.Г. Коммутация тока в вентилях преобразователя частоты с непосредственной связью // Электротехника.- 1971 .-№5 .-С. 11-13. .

84. Жемеров Г.Г. Электромагнитные процессы в преобразователях частоты с непосредственной связью при прямоугольной форме напряжения управления.- В кн.: Проблемы электроаппаратостроения и электробурения. Вып.З.-М.: Энергия, 1969.-С. 89-95.

85. Руденко B.C., Жуйков В.Я., Коротеев И.Е. Расчет устройств преобразовательной техники.- К.: Техника, 1980.-135 с.

86. Такеути Т. Теория и применение вентильных цепей для регулирования двигателей. Пер. с англ. JL: Энергия, 1973.-248 с.

87. Исаев И.П., Иньков Ю.М., Маричев М.А. Вероятностные методы расчета полупроводниковых преобразователей.-М.: Энергоатомиздат, 1983.-96 с.

88. Власов Д.Л. Алгоритмы ускоренного моделирования силовой части электропривода // Электроприводы переменного тока: Тр. 12-й научно-технич. конф.(13-16 марта 2001 г.). Екатеринбург: УГТУ, 2001. С. 80-83.

89. Федоров А.Г. Delphi 2.0 для всех. 2-е изд., перераб. и доп. - М.:ТОО фирма "Компьютер Пресс", 1997. - 464 с.

90. Сарваров А.С., Муриков Е.С. Разработка математической модели работы НПЧ на активно-индуктивную нагрузку // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2001 - Вып. 6.-С. 193-200.

91. Сарваров А.С. Обобщение алгоритмов программного формирования выходного напряжения НПЧ на основе переключающих функций. // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. Сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГТУ, 2001. Вып. 6.- С. 4-111.

92. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе / М.М. Соколов, Л.П. Петров, Л.Б. Масандилов, В.А. Ладензон.- М.: Энергия, 1967.- 220 с.

93. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. В 2-х ч. 4.2.-Машины переменного тока. Учебник для студентов высш. учеб. заведений. Изд. 3-е, перераб. Л.: Энергия.- 648 с.

94. Омельченко Е.Я., Харламов А.В. Моделирование на ЭВМ переходных процессов в асинхронном электроприводе // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. Сб. науч. тр.- Магнитогорск: МГТУ, 1998.- вып.5. С. 36-42.

95. Асинхронные электродвигатели единой серии А2 и А02. Каталог-справочник.- М.: Информэлектро, 1969.-186 с.

96. Патент № 2095933 РФ МКП6 Н 02 р 7/42. Способ регулирования скорости асинхронного двигателя / Селиванов И.А., Сарваров А.С., Завьялов Е.А. (РФ).- № 96104007. Заявлено 28.02.96, Опубл. 10.11.97. Бюл. №31. С.521.

97. Патент № 2108593 РФ МПК6 GOIR 33/00. Устройство для измерения индукции переменного магнитного поля/ Селиванов И.С., Завьялов Е.А., Сарваров А.С., Петушков М.Ю., Серебренников А.Г.(РФ).-№95120928/09. Заявл. 13.12.95. Опубл. 10.04.98. Бюл.№10. С.301.

98. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями.- М.: Энергия, 1974.- 328 с.

99. Шрейнер Р.Т., Дмитриенко Ю.А. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами.-Кишинев: Штиинца, 1982. -234 с.

100. Патент № 2150781 РФ МПК6 21/00. Способ регулирования скорости трехфазного двигателя переменного тока/ Сарваров А.С. (РФ).- № 99114881/09.Заявлено12.07.99. Опубл. 10.06.2000. Бюл.№16. С.437.

101. Размадзе Ш.М. Преобразовательные схемы и системы.-М:: Высшая школа, 1967.- 527с.

102. Вейнгер A.M. Некоторые возможности управления электроприводами переменного тока на основе инвертора тока с ШИМ // Электроприводы переменного тока: Тр. 12-й научно-технич. конф.(13-16 марта 2001 г.). Екатеринбург: УГТУ, 2001. -С. 96-99.

103. Высоковольтный энергосберегающий преобразователь частоты ХИТАЧИ с бестрансформаторным выходом HIVECTOL-HVI /All Rights Reserved, Copyrigt. 2000, Hitachi,Ltd.

104. Сарваров А.С. Перспективы разработки нового типа непосредственных преобразователей частоты для мощных вентиляторных электроприводов // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГМА, 2000. Вып.5. С. 10-18.

105. Справочник по преобразовательной технике / И.М. Чиженко, П.Д. Андриенко, А.А. Баран, Ю.Ф. Выдолоб / Под ред. И.М. Чиженко.- К.: Техника, 1978.-447 с.

106. Тиристоры: Справочник / О.П. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев.-М.: Радио и связь, 1990.- 273 с. (Массовая библиотека; Вып. 115).

107. Электрические машины. 4.1: Учебник для вузов/ Д.Э. Брускин., А.Е.Зорохович, B.C. Хвостов.- М.: Высш. школа, 1979.- 288 с.

108. Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах.- Чебоксары: Из-во Чуваш.ун-та, 1998.- 172 с.

109. Сарваров А.С. Установление основных соотношений для настройки системы НПЧ-АД с программным формированием напряжения // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГМА, 2001. Вып.6. С. 63-69.

110. Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод: Справочник,- М.: Энергоатомиздат, 1988.- 344 с.

111. Руденко B.C., Сенько В.П., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники: Учебник для вузов.-2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. Школа, 1980.-424 с.

112. Зиновьев Г.С. Основные соотношения для вентильных преобразователей частоты по огибающей с непосредственной связью (постоянный угол регулирования) // Известия СО АН СССР, 1966.-№2, вып. 1.-С. 122-130.

113. Зиновьев Г.С. Выходное напряжение вентильных преобразователей частоты (постоянный угол регулирования) // Известия СО АН СССР, 1965.-№10, вып.З.-С. 19-27.

114. Бернштейн И.Я. Тиристорные преобразователи частоты без звена постоянного тока.- М.: Энергия, 1968.- 88 с.