Введение к работе
з
Актуальность работы. Вопросы использования энергосберегающих технологий в отечественной энергетике последнее время становятся все актуальнее и начинают рассматриваться на всех уровнях
Говоря об энергосбережении в области электропривода, возникает вопрос применения преобразователей частоты Регулирование скорости вращения двигателя в соответствии с требованием поддержания определенного уровня технологического параметра позволяет обеспечить экономию электроэнергии от 20 до 50 %
Помимо прямой экономии средств за счет снижения потребляемой электроэнергии, применение частотного регулирования позволяет получить дополнительные эффекты, а именно
снижение ударных нагрузок при пусках,
технологические эффекты за счет плавного регулирования скорости
Применение преобразователей частоты для низковольтных двигателей (класса напряжений до 380 В) имеет массовый характер и их широко предлагают как зарубежные, так и отечественные предприятия
Развитие частотно-регулируемого электропривода т.н среднего класса напряжений 6, 10 кВ долгое время сдерживалось очень высокими ценами на мощные полупроводниковые приборы (запираемые тиристоры GTO и их усовершенствованные модификации GCT, IGCT, SGCT, и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT) и стало возможным относительно недавно. Это относится к ситуации не только в нашей стране, но и в мире.
Актуальным вопросом является разработка преобразователя частоты, который бы обеспечил плавный (без механических толчков) пуск синхронного электродвигателя класса напряжения 6, ЮкВ, начиная с нулевой частоты вращения и сделал бы возможным совместную работу синхронного электродвигателя с питающими его инверторами в режимах, близких к оптимальным
Цель работы. Разработка преобразователя частоты для синхронных двигателей класса напряжений 6, ЮкВ, формирующего необходимый пусковой момент, начиная с нулевой скорости двигателя, тем самым обеспечивая полный пусковой момент, не сопровождающийся механическими толчками, начиная с нулевой скорости.
Достижение цели исследования потребовало решения следующих научно-исследовательских и практических задач
Проведение аналитического обзора современных схемных решений преобразователей частоты и выявление наиболее перспективных разработок
Разработка функциональных схем преобразователя частоты, позволяющего производить частотный пуск синхронного двигателя (СД), осуществлять плавное регулирование частоты вращения СД, обеспечивать стационарный режим точной синхронизации частоты и фазы напряжения на СД с частотой и фазой напряжения сети, давать воз-можность рекуперативного торможения СД с любой частоты вращения с заданным темпом
Разработка функциональной схемы системы управления для преобразователя частоты
Разработка компьютерной и физической моделей для определения параметров элементов схем, а также для исследования режимов работы преобразователя
5. Аналитическое и экспериментальное исследования разработанного преобразозателя частоты при пуске синхронного двигателя с целью проверки полученных решений
Методы исследования. Для решения поставленных задач были использованы методы математического анализа, методы теории электрических цепей, методы теории автоматического управления, методы цифрового моделирования и численного анализа
Обоснованность и достоверность результатов. Справедливость теоретических положений подтверждается результатами компьютерного и физического моделирования, а также результатами экспериментальных данных, полученных на действующем преобразователе частоты
Научная новизна. На защиту выносятся следующие результаты
Впервые предложена принципиально отличающаяся схемотехническая реализация дополнительных источников напряжения
Разработана функциональная схема системы управления для преобразователя частоты
» Разработаны компьютерная и физическая модели электропривода, позво ляющие оценить технические характеристики преобразователя
Впервые реализована схема преобразователя, позволяющая
> уменьшить углы коммутации тиристоров инвертора тока,
обеспечить форму тока фазных обмоток двигателя максимально приближенной к синусоиде;
обеспечить разгон электродвигателя с требуемым (полным) пусковым моментом, начиная с нулевой скорости, без губительных для механизмов двигателя толчков благодаря формированию вспомогательными источниками запирающего тиристоры напряжения (имитация противо-ЭДС двигателя)
Получены более высокие по сравнению с прототипом энергетические показатели электропривода, а именно, увеличение полезной мощности привода за счет возможности подачи дополнительного напряжения во время протекания фазного тока, т е до начала этапа выключения тиристора Выигрыш в полезной мощности электропривода достигается более значительным по сравнению с прототипом уменьшением угла сдвига первой гармоники тока относительно напряжения Появляется возможность работы с нулевым углом сдвига, а также в специальных задачах с отстающим током
Разработанный преобразователь частоты внедрен в эксплуатацию
Практическая ценность. Результатом выполненной работы стала разработка схемотехнических решений и методов управления для создания преобразователей частоты Результаты могут быть использованы при разработке различных типов преобразователей для синхронных и асинхронных машин, а также для модернизации существующих преобразователей, находящихся на эксплуатации
Реализация работы. Полученные результаты использованы в работах, проводимых совместно «НТЦ Электротехники и транспорта» с ОАО «Электровыпрямитель» Результатом работы явилась разработка и установка на объекте (ОАО «Ульяновскцемент») пускового преобразователя частоты ВПЧС-2000-6,3/6,0-50-УХЛ4, предназначенного для поочередного пуска синхронных электродвигателей типа СДМ32-22-41-60-УХЛ4 привода шаровых мельниц в количестве 7 штук и плавного, без бросков тока, перевода питания электродвигателя на промышленную сеть путем точной синхронизации и фазировки выходного напряжения преобразователя и сети
Апробация. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ХІЇ и ХПІ международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов (Москва, 2006г, 2007г), на XI Международной конференции электромеханики, электротехнологии, электротехнических материалов и компонентов (Крым, Алушта, 2006г ), на II Всероссийской научно-технической конференций с международным участием (Тольятти. 2007г ), а также на заседании кафедры Электрического Транспорта в 2008г
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 7 печатных работах, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глаз, выводов списка литературы и приложения Объем работы составляет 122 стр основного текста и содержит 67 рисунков, 2 таблицы, 27 наименований списка литературы
