Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время вопросы эффективного использования энергоресурсов в целом и электрической энергии в частности, а также повышения энергоэффективности электроприводов выходят на первый план в контексте развития современной мировой экономики. Энергосбережение (рационализация производства, распределения и использования энергии) стало в последние годы одним из актуальных направлений технической политики во всех развитых странах мира. В России формируется нормативная база, направленная на эффективное электропотребление и энергосбережение. Основными документами являются:
- Федеральный закон «Об энергосбережении» №28-ФЗ от 03.04.1996;
- Федеральный закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности…» №261-ФЗ от 23.11.2009;
- Приказ Минэкономразвития России «Об утверждении примерного перечня мероприятий в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности…» №61 от 17.02.2010.
В промышленно развитых странах большая часть производимой электроэнергии (порядка 60%) потребляется электроприводами различного назначения. Совершенствование производственных механизмов и технологических процессов обусловливает развитие автоматизированного электропривода, который должен обеспечивать экономию электроэнергии за счет организации наиболее экономичной работы механизма в установившихся и переходных режимах и уменьшения потерь в самом электроприводе. Именно в области электропривода находятся основные резервы экономии и рационального использования электроэнергии.
Таким образом, задачи разработки, исследования характеристик и режимов работы и внедрения энергосберегающего электропривода для горного оборудования представляются актуальными.
В основу исследований легли работы Абрамовича Б.Н., Браславского И.Я., Вейнгера А.М., Емельянова А.П., Ефимова А.А., Жежеленко И.В., Ильинского Н.Ф., Карасева А.В., Кириллова Р.С., Лазарева Г.Б., Решетняка С.Н., Усольцева А.А., Шрейнера Р.Т., Юнькова М.Г. и др.
Цель работы: повышение энергетической эффективности электроприводов промышленных установок горных предприятий путем обоснования применения систем асинхронного и синхронного привода с преобразователями частоты на основе активного выпрямителя и оценка энергоэффективности электропривода на этапе проектирования.
Для достижения обозначенной цели в работе поставлены и решены следующие основные задачи исследования:
-
Разработка структуры электропривода с использованием преобразователя частоты на основе активного выпрямителя для обеспечения компенсации реактивной мощности и уменьшения коэффициента искажения синусоидальности напряжения.
-
Разработка математических моделей, позволяющих рассчитать статические и динамические характеристики электроприводов на основе асинхронных и синхронных двигателей.
-
Экспериментальные исследования электроприводов с асинхронным и синхронным двигателями и преобразователями частоты на основе активного выпрямителя, сравнение результатов эксперимента с результатами математического моделирования.
-
Разработка методики оценки энергетических характеристик электропривода с преобразователем частоты на основе активного выпрямителя на этапе проектирования.
Идея работы. Применение преобразователя частоты с активным выпрямителем в структуре асинхронного и синхронного электропривода горного оборудования обеспечивает энергосбережение за счет плавных пусковых режимов, повышения и контроля коэффициента мощности (для асинхронного электропривода), хорошей электромагнитной совместимости с питающей электросетью (снижение коэффициента искажения синусоидальности напряжения и поддержание его в пределах, заданных ГОСТом) и возможности работы привода в четырех квадрантах механической характеристики (торможение с рекуперацией энергии в питающую сеть).
Методы исследований. Использованы методы теории электрических цепей, теории обобщенной электрической машины, микропроцессорных систем управления, математического моделирования динамических режимов в электроприводах с полупроводниковыми преобразователями с использованием компьютерного программного обеспечения MATLAB.
Научная новизна работы:
1. Научно обосновано применение активного выпрямителя в качестве энергосберегающего элемента электропривода переменного тока горного оборудования.
2. Разработана методика оценки энергетических характеристик электропривода с преобразователем частоты на основе активного выпрямителя, позволяющая с применением математического моделирования сделать выводы об энергосберегающих качествах электропривода на этапе проектирования.
Защищаемые научные положения:
-
Электропривод переменного тока горных машин с преобразователем частоты на основе активного выпрямителя является индивидуальным комплексным энергосберегающим оборудованием, позволяющим поддерживать коэффициент мощности и коэффициент несинусоидальности напряжения в необходимых пределах и обеспечивать рекуперативное торможение.
-
Математическое моделирование и определение на его основе показателей энергоэффективности регулируемых электроприводов с преобразователями частоты с активным выпрямителем позволяют разработать методику сравнительной оценки вариантов электропривода горного оборудования и параметров системы электроснабжения горного предприятия на этапе проектирования.
Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, основана на удовлетворительной сходимости результатов математического моделирования и экспериментальных исследований.
Практическая ценность работы:
-
Разработаны новые структуры электропривода горного оборудования, включающие в себя асинхронные или синхронные электродвигатели и преобразователи частоты с активным выпрямителем.
-
Разработана математическая модель электропривода и методика оценки его энергетических характеристик, позволяющая сделать выводы об энергоэффективности электропривода на этапе проектирования.
Реализация результатов работы. Рекомендации по структуре и составу оборудования электропривода мельницы полусамоизмельчения (МПСИ) и электропривода системы конвейеров для дробильно-сортировочного тракта, а также методика оценки энергетических характеристик электропривода переданы в ЗАО «ВНИИ Галургии» и СП ЗАО «ИВС», где могут быть использованы при разработке приводов горного оборудования Учалинского ГОК, завода фосфатов в Сирии, Березняковского калийного производственного рудоуправления №4 ОАО «Уралкалий».
Личный вклад автора. Определение и постановка задачи. Исследование структуры электропривода эксплуатирующегося горного оборудования. Теоретическое обоснование энергоэффективности электропривода с преобразователем частоты с активным выпрямителем, разработка структуры электропривода на базе данного электрооборудования. Проведено исследование макетного образца, в составе которого задействован активный выпрямитель.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях: V международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии автоматизации и диспетчеризации промышленных предприятий» (Санкт-Петербург, СПГГИ (ТУ), 2010 г.); II международная научно-практическая конференция «Энергосбережение, электромагнитная совместимость и качество в электрических системах» (Пенза, ПГУ, 2011 г.); XVIII международная научно-техническая конференция «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика» (Одесса, ОГПУ, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ в научных изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 52 рисунка, 6 таблиц и список литературы из 74 наименований. Общий объем диссертации 168 страниц.
Похожие диссертации на Энергосбережение в электроприводе переменного тока с активным выпрямителем для горного оборудования
