Введение к работе
Актуальность темы. Современный этап развития мировой экономики характеризуется значительным повышением потребления энергоресурсов. Для того, чтобы снизить потребление, необходимо создание высокотехнологичных, автоматизированных систем управления (АСУ) технологическими процессами (ТП). Создание таких АСУ невозможно без применения в них регулируемых электроприводов (ЭП) на основе асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Необходимо отметить, что реализовать возможность применения регулируемого ЭП такого типа удалось лишь с появлением силовых полупроводниковых приборов (СПП): сначала - тиристоров, а позднее - транзисторов (IGBT) и силовых модулей на их основе, рассчитанных на токи до нескольких килоампер, напряжением до нескольких киловольт и имеющих частоту коммутации от нескольких герц и до сотен килогерц.
Опираясь на опыт работы производителей компонентов силовой электроники, можно сделать вывод, что имеются технологические ограничения, влияющие на надежность ЭП с IGBT, а именно -невозможность полностью исключить аварийные режимы работы, при которых вероятен выход из строя как отдельных ключей, так и транзисторных модулей, что негативно влияет в целом на надежность ЭП.
Ярким примером АСУ, использующих ЭП с IGBT, являются автоматизированные системы управления насосными станциями водоснабжения и водоочистки городов, в которых управление асинхронными электродвигателями является частью технологического процесса наряду с контролем целого комплекса технологических параметров.
Однако такие АСУ должны обладать высокой надежностью для того, чтобы снизить потребляемую электроэнергию, уменьшить эксплуатационные расходы и увеличить сроки службы электрооборудования.
Данная работа посвящена повышению надежности работы электрооборудования автоматизированных систем управления насосных станций.
Целью работы является разработка методов повышения надежности аппаратных средств автоматизированных систем управления насосными станциями.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
проанализировать современное состояние отечественных и зарубежных разработок в области автоматизации технологического оборудования насосных станций, выявить причины отказов насосных станций и найти способы повышения их надежности;
разработать структуру и математические модели АСУ насосной станции на основе оборудования с повышенной надежностью и исследовать с их помощью поведение системы в статике и динамике,
чтобы использовать полученные результаты для разработки алгоритмов работы АСУ;
разработать алгоритмы работы АСУ насосной станцией на основе оборудования с повышенной надежностью;
разработать методику расчета электрооборудования насосной станции с повышенной надежностью.
Методы исследований. При проведении исследований применялись следующие методы - классические методы анализа систем автоматического регулирования, современные методы имитационного и структурного моделирования, программы автоматизированного расчета потерь мощности и температуры перегрева силовых транзисторов, а также методы экспериментальных исследований на макете насосной станции.
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложен способ повышения надежности аппаратных средств АСУ насосных станций на основе структурной перестройки системы;
разработаны математические модели системы управления для электрооборудования насосной станции с повышенной надежностью;
проведены исследования работы новой схемы оборудования с повышенной надежностью;
разработаны алгоритмы работы автоматизированной системы управления электроприводом насосной станции для структурной перестройки системы с целью повышения ее надежности.
Практическая ценность состоит в том, что:
предложена новая схема устройства плавного пуска для группы асинхронных электродвигателей насосной станции повышающая надежность силовой части в два раза;
разработана методика и алгоритм расчета преобразовательных устройств насосных станций с повышенной надежностью оборудования.
Положения, выносимые на защиту:
математические модели системы управления группой асинхронных электродвигателей насосной станции с повышенной надежностью;
алгоритмы управления устройством плавного пуска для группы асинхронных электродвигателей насосной станции с повышенной надежностью;
методика расчета электротехнического оборудования устройства плавного пуска для группы асинхронных электродвигателей насосной станции с повышенной надежностью.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы использованы ООО «ФЕСТО-РФ» (филиал в г. Иркутске) при проектировании автоматизированной системы управления канализационной насосной станции в г. Ленске, группой компаний «ЭЛЕКТРОМАРКЕТ» (г. Иркутск) при проектировании автоматизированной системы управления насосной станцией 2-го подъема в г. Братске, а также используются в учебном процессе кафедры электропривода и электрического транспорта (ЭЭТ) Иркутского государственного технического университета (ИрГТУ).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: Всероссийских научно-практических конференциях с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергоресурсов в условиях Сибири» (г. Иркутск, 2007, 2008,
2009, 2010, 2011 гг.), Всероссийской конференции «Проблемы земной цивилизации» (г. Иркутск, 2007), Всероссийской научно-технической конференции «Оптимизация режимов работы электротехнических систем» (г. Красноярск, 2008 г.), Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР - 2009» (г. Томск, 2009 г.), XIV Байкальской Всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в науке и управлении» (г. Иркутск, 2009 г.), а также семинарах кафедры ЭЭТ ИрГТУ (2007-2011 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, а также получен 1 патент на изобретение. В трудах с соавторами автору принадлежит 50% результатов. Результаты, представляющие научную новизну, получены автором лично.
Объем и структура диссертации:
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Объем работы включает в себя 154 страницы основного текста, 9 таблиц и 85 рисунков. Библиографический список включает 104 наименования.
