Введение к работе
Актуальность темы. Одним из наиболее эффективных направлений энергосбережения является широкое использование регулируемого электропривода во всех сферах его применения. В мировой практике это направление стало широкомасштабным и вылилось в создание крупной отрасли промышленности по производству преобразователей частоты для регулируемых электроприводов переменного тока. В России, хотя и с некоторым опозданием, использование низковольтных преобразователей частоты для регулируемого электропривода получило достаточно широкое применение; схемные, и аппаратные решения этих преобразователей хорошо отработаны и сотни фирм выпускают их по однотипной топологии.
Иное положение сложилось с высоковольтными (в/в) преобразователями частоты для электропривода. Эффективность использования в/в регулируемых электроприводов большой мощности во всех отраслях промышленности, энергетики, коммунального хозяйства исключительно велика, что доказано мировой практикой. В России создание и широкое использование в/в регулируемых электроприводов идет с большим отставанием.
Разработки и изготовление в/в преобразователей частоты для электропривода ведет ряд российских фирм: ОАО «Электровыпрямитель», ООО «Л-Старт», ЗАО «Энергокомплект», ЗАО «Эрасиб», ВНИИР, ОАО «Новая Эра». ЗАО НТЦ «Приводная техника» и др. Отечественные фирмы выпускают преобразователи частоты малыми партиями по различной топологии.
Несмотря на уже накопленный в мировой практики опыт создания в/в частотно-регулируемых электроприводов, еще не сложились оптимальные технические решения по их построению (топологии), продолжается их поиск, направленный на снижение стоимости этих приводов и лучшую электромагнитную совместимость в/в преобразователей частоты с питающей сетью и питаемыми двигателями переменного тока.
Задача разработки, организации производства и широкого промышленного внедрения в/в регулируемых электроприводов большой мощности имеет важное значение для экономики нашей страны, учитывая, что в мировой практике такие электроприводы производятся по несколько тысяч в год, а отечественными фирмами - по несколько десятков единиц в год.
Для условий нашей страны создание и широкое использование энергосберегающих в/в электроприводов переменного тока требует проведения исследований в ряде аспектов этой проблемы:
Определение количественной потребности в электроприводах рассматриваемого класса с учетом технико-экономической целесообразности их применения для различных видов технологического оборудования.
Сопоставительный анализ различных технических решений по топологии в/в преобразователей частоты с целью выбора перспективных вариантов для организации серийного производства.
Указанные направления исследований определили содержание настоящей работы.
Целью работы является - выбор оптимальной топологии в/в регулируемых электроприводов переменного тока большой мощности для реали-
зации энергосберегающих технологий в различных отраслях народного хозяйства. В соответствии с этим в работе решались следующие задачи:
Прогноз перспективной количественной потребности в в/в регулируемых электроприводах переменного тока для основных отраслей промышленности, энергетики, коммунального и водного хозяйства.
Исследование гармонического состава выходного напряжения (тока) в/в преобразователей частоты как важного фактора, определяющего энергетическую эффективность оборудования.
Разработка методики многокритериального выбора технически оптимального варианта топологии в/в преобразователей частоты с учетом конкретных условий применения.
Сопоставительный анализ различных технических решений по построению (топологии) в/в преобразователей частоты с целью выбора наиболее эффективных для серийного производства.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы следующие методы:
методы статистических исследований энергоемкости и количественной потребности в в/в регулируемых электроприводах;
методы компьютерного моделирования электромагнитных процессов в частотно-регулируемых электроприводах переменного тока;
методы анализа гармонического состава выходных значений напряжения и тока преобразователей частоты;
методы многокритериального эвристического анализа на базе нечеткой логики.
На защиту выносятся следующие положения:
Прогноз количественной потребности в высоковольтных регулируемых электроприводах переменного тока для основных отраслей хозяйства страны на перспективу до 2020 года.
Результаты сопоставительного анализа возможных вариантов топологии высоковольтного частотно-регулируемого электропривода.
Научная новизна:
1. Впервые исследована перспективная потребность основных отраслей хозяйства в мощных энергосберегающих в/в регулируемых электроприводах переменного тока и получен прогноз потребности до 2020г.
2. Выполнено исследование гармонического состава выходного напря
жения и тока высоковольтных инверторов, позволяющее оценивать энер
гетическую эффективность вариантов построения автономных инверторов.
3. Проведен многокритериальный сопоставительный анализ основных
вариантов топологий построения высоковольтных частотно-регулируемых
электроприводов, позволяющий обосновать технические направления соз
дания этого вида электроприводов в нашей стране.
Практическая полезность работы:
разработана методика многокритериального анализа и выбора ра
циональной топологии построения в/в частотно-регулируемых электропри
водов с учетом конкретных требований и областей их применения;
предложены технические решения по построению многоуровневых
преобразователей частоты, существенно повышающие их надежность. Ука
занные разработки защищены двумя патентами РФ.
Обоснованность и достоверность результатов и выводов диссертации обеспечивается широтой привлеченных источников для статистических исследований, использованием адекватных математических моделей и пакетов прикладных программ для исследования электромагнитных процессов, сопоставлением расчетных результатов с экспериментальными.
Результаты работы реализованы при создании промышленных в/в регулируемых электроприводов: сетевого насоса котельной № 4 г.Одинцово, сетевых насосов центральной котельной г.Астрахани, насосов второго подъема Челныводоканал и др.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на VI Международной конференции по автоматизированному электроприводу. г.Тула, сентябрь 2010г., конференции Интерэлектро г.Москва, июнь 2010г.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 печатных работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК, получены 2 патента.
Объем и структура диссертации. Диссертация содержит введение, 5 глав, заключение, список литературы и приложение, изложенных на 182 страницах.
