Введение к работе
I АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Развитие электрификации агропромышленного комплекса (АПК) является одним из решающих направлений по ускорению научно-технического прогресса и повышению производительности труда в сельском хозяйстве. При этом существенное внимание уделяется совершенствованию имеющихся и созданию новых
ресурсосберегающих электротехнологий. і
Усиливающимся требованиям по экономии энергоресурсов, материалов и трудозатрат в значительной мере удовлетворяют технологические электроустановки (ГЭУ), оснащенные силовыми полупроводниковыми преобразователями напряжения (ППН). Отличительной особенностью ППН от других типов силовых полупроводниковых преобразователей является неизменность частоты основной (первой) гармоники выходного напряжения. При этом выходное напряжение мотет быть постоянным, переменным, постоянно-переменным (реверсивным) и регулироваться по значению.
Наличие в составе ТЭУ управляемого ППН, который осуисствлкот предварительное преобразование электрической энергии источника к виду, при котором достигается наибольшая эффективность всего технологического процесса, позволяет,, кроме того, достичь более высокого уровня управления ТЭУ, а, следовательно, и всем электрифицированным технологическим процессом, что при относительно низкой стоимости, простоте и высокой надежности ППН создает:необходимые предпосылки для эффективной реализации в сельскохозяйственном производства ресурсосберсзгаюцих элоктротехнологий.
Вместе с тем, теоретические положения , методы расчета и оценка эффективности применения ППН в ТЭУ агропромшленного комплекса, в силу развития данного направления лишь в последние годы, являются еще малочисленными, разрозненными и порой противоречивыми. С другой стороны, возростающие технологические требования к современным ТЭУ и нарастающие тенденции по применению ППН в ТЭУ сельскохозяйственного производства вызывают необходимость обобщенного рассмотрения данной темы на основе единого подхода. Кроме того, следует обосновать, а в ряде случаев и разработать рациональные структуры ППН применительно к ТЭУ сельскохозяйственного назначения; установить общие закономерности управления ППН и составе ТЭУ, особенно при использовании замкнутых автоматических систем управления технологическими процессами (АСУ ТП); создать унифицированные методы расчета'ос-
новных характеристик и показателей ТЭУ с ППН для конкретных технологических процессов. Остаются в целом неразрешенными вопросы рационального выбора и автоматической защиты силовых полупроводниковых ключей ППН, работающих в составе сельскохозяйственных ТЭУ. Отсутствует обобщенный анализ и сопоставление аппаратных и программных способов управления ППН ТЭУ и элементной базы устройств их реализующих. Недостаточен опыт и соответствующая оценка практического применения ТЭУ с ППН в различных технологических процессах агропромышленного комплекса.
Поэтому комплексное решение вопросов, связанных с электрификацией технологических процессов АПК на основе силовых ППН, является актуальной научно-технической проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Актуальность работы, выполняемой с 1971 года, подтверждается и тем, что она постоянно включалась в координационные планы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ряда министерств, ведомств и организаций, а по принципиально новым ре-^йениям получено 23 авторских свидетельства на изобретения.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Целью работы является разработка рациональных типовых структур и создание унифицированного класса управляемых ППН для электрифицированных сельскохозяйственных установок; установление общих закономерностей и реализация средств управления ППН в составе ТЭУ АПК; разработка теоретических положений и создание унифицированных методов выбора и расчета характеристик и показателей сельскохозяйственных ТЭУ с ППН; внедрение разработанных типов ППН ТЭУ в конкретные' технологические процессы с оценкой их эффективности и доведение всего цикла работ до промышленного освоения.
В соответствии с поставленной целью при выполнении работы решались следующие основные задачи:
определить и разработать рациональные типовые структуры ППН для сельскохозяйственных ТЭУ и дать теоретические основы выбора и проектирования ТЭУ с ППНГ используемых в сельскохозяйственном производстве;
установить общие закономерности управления и предложить пути их практической реализации в ТЭУ с ППН сельскохозяйственного назначения;
предложить и осуществить на практике новые принципы вы-полненеия автоматических систем управления ТЭУ с ППН;
осуществить разработку теоретических положений и методов"
расчета основных характеристик и показателей сельскохозяйственных ТЭУ С ППН;
. - рассмотреть и предложить способы практической реализации эффективной автоматической защиты ППН сельскохсзяйственнх ТЭУ от аварийных режимов работы;
выполнить разработку, изготовление и практическое внедрение новых типов ППН ТЭУ в конкретные технологические процессы и осуществить оценку их эффективности;
разработать первичную техдокоментацию для освоения и промышленного выпуска новых эффективных типов ППН для ТЭУ ЛПК.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Изложенный в диссертации комплекс выполнен
ных теоретико-экспериментальных исследований сельскохозяйствен
ных ТЭУ с ППН на основе обобщенного подхода позволил упорядо
чить и создать принципиально новые структуры энергетической и
информационной частей преобразователей и систем аппаратного и
программного управления ими, осуществить выбор принципов и за
конов управления различными ТЭУ с ППН сельскохозяйственного
назначения, создать для них соответствующие математические мо
дели и расчетные методики, произвести анализ режимов и отработ
ку рациональных структур. Это позволило развить и обобщить тео
рию ТЭУ с ППН, используемых й сельскохозяйственном пронз- '
водстве, и разработать научные основы их выбора и проектирог.а- ;
ния; создать на основе оригинальных технических решений, сущес
твенная новизна и полезность большинства из которых защищены'
авторскими свидетельствами на изобретения, принципиально новые
эффективные средства как самих преобразователей, так и ТЭУ, в
составе 'которых они работают и предложить методы их расчета;
выявить электрифицированные технологические процессы АПК, в ко
торых применение ТЭУ с ППН является наиболее целесообразным и
обеспечить необходимые предпосылки для их выпуска и внедрения
для целого ряда производств. і
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. В результате проведенных исследований ' ' осуществлено комплексное решение крупной научно-технической проблемы создания для АПК массовых и высокоэффективных ТЭУ с ППН, позволяющих' существенно уменьшить материальные, энергетические и трудовые затраты на производство единицы продукции. С
і использованием ППН созданы новые электротехнологии. Совокупность теоретических и практических результатов диссертационной ' работы создаст объективные предпосылки для широкого и эффективного применения ППН в составе самых различных ТЭУ АПК, что ^име- "
і
і і
ет важное народнохозяйственное значение.
Практическую ценность работы представляют также рекомендации по рациональным структурам ППН ТЭУ и способам управления ими применительно к условиям и особенностям сельскохозяйственного производства; инженерна/в методы расчета характеристик и показателей ТЭУ с ППН; методы выбора и автоматической защиты ППН ТЭУ; принципиально новые технические решения по выполнению ППН ТЭУ, их использованию и управлению, защищенные 23 авторскими свидетельствами на изобретения; апробация новых электротехнологий, ставших доступными в результате разработки принципиально иных видов ППН; опыт проектирования, выпуска, испытаний и производственной эксплуатации макетных и опытных образцов ППН ТЭУ.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Главным практическим итогом реализации результатов диссертационной работы является разработка, внедрение и освоение выпуска ППН ТЭУ различных модификаций промышленными предприятиями "Прожектор" (г.Москва), заводом низковольтной аппаратуры (г.Москва), внедренческими организациями НПО "Релиз" (г.Москва), "Автоматизация и внедрение" .(г.Балашиха), ВСХИЗО (г.Балашиха). Двухканальный ППН-регулятор мощности ТРСМ-2-ВСХИ30 включен в состав комплекта энергосбере-": ' гающего оборудования КЭО-1. . .КЭО-6, совместно разработанного к промышленному выпуску ГИПРОНИСЕЛЬХОЗОМ, ВИЭСХом и ВСХИЗО для автоматического обеспечения требуемого микроклимата животноводческих ферм с утилизацией теплоты удаляемого воздуха.
Реализация результатов работы осуществлялась по мере ее выполнения в период 1971|19УЗ гг. в соответствии с координационными планами научных иопытно-конструкторских работ Министерств сельского хозяйства и электротехнической промышленности, ВИЭСХ, ВНИИЭТО, ВСХИЗО, ПО "Воронежагропромремонт" и ряда других предприятий и организаций АПК, по планам и договорам с которыми выполнялись соответствующие разработки.
На основе полученных научных и практических результатов выпущены и получили практическое внедрение различные модификации ППН для асинхронного электропривода навозоуборочных транспорте-'" ров возвратно-поступательного движения с цифровым преобразователем перемещеиия, для электрифицированных энергосберегающих систем отопления и вентиляции сельскохозяйственных производственных помещений, для регулируемого электропривода питателей кормоперерабатывающих машин, а также для различных специальных электротехнологий. На ряде предприятий АПК на основе
разработанных автоматизированных ППН внедрены энергосберегающие
сушильные электроустановки, комплектные установки отопления и
вентиляции, электроподогрева воды для поения сельскохозяйстве-
ных животных, глльпанотехнологичеокие установки и установки для
типового и ускоренного заряда аккумуляторных батарей и их элек
трической регенерации. Получили практическую реализацию принци-.
пиально новые технические средства автоматизации ППН ТЭУ, вклю
чая микропроцессорные и управляющие микроэвм. !
Суммарный экономический эффект от использования внедренных разработок в, производстве составлял на июнь 1992 г. в действующих на этот период ценах свыше 1,5 млн.руб. в год.
АПРОБАЦИЯ' РАБОТЫ. Основные положения работы в течение 1971-1993 ежегодно 'рассматривались и получили одобрение на научных и научно-практических конференциях, совещяниях и семинарах различных организаций, в том числе, БСХИЗО, ВИЭСХ, ВНИНЭТО, МИИСП, ЧИМЭСХ, БИМСХ, Саратовский ИМСХ, Агропром СССР» Управление "Механизации и электрификации" Росгосагропрома, Воронежское ПО "Агропромремонт" и ряд других организаций.
Отдельные' разработанные образцы ППН ТЭУ экспонировались на различных выставках, включая ВДНХ СССР и зарубежные, из которых две разработки:"Тиристорний источник электропитания для гальванотехнологий" и "Тиристорний регулятор мощности с цифровым управлением для систем микроклимата ТРСМ-2-ВСХИ30" отмечены соответственно в' 1987 г. и 1988 г. "Почетными'дипломами" III и II степени, а автор награжден бронзовой и серебряной медалями ВДНХ СССР.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации изложены в 97 научных работах, в том числе в 3 учебниках, в 23 описаниях к авторским свидетельствам на изобретения и з 22 научных отчетах.
СТРУКТУРА И ОБ'ЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из-298 наименований и приложения, в котором представлены практические разработки (техническая документация, справочные данные, программы для ПЭВМ) и материалы внедрения (акты внедрения, испытаний и приемки-сдачи, расчеты экономического эффекта, справки). Основная часть работы содержит 298 страниц машинописного текста, .98 рисунков и 5 таблиц. Общий объем диссертации составляет 558 с, в том число 30 страниц занимает список использованной литературы и 128 с - приложение.
(і -
Похожие диссертации на Силовые полупроводниковые преобразователи напряжения в электрифицированных сельскохозяйственных установках
