Введение к работе
Актуальность работы. Последние 30 лет характеризуются бурным внедрением силовой полупроводниковой техники и микроэлектроники, что позволило создать экономичные высоконадежные системы автоматического регулирования с управляемыми выпрямителями (УВ). Общеизвестные достоинства УВ такие, как высокий к. п. д., надежность, экономичность, электронизация управления с возможностью сопряжения с системами любого иерархического уровня предопределили их широкое распространение в машиностроении, нефтедобыче и др. областях промышленности.
Содержание защищаемой автором диссертации составляют результаты его многочисленных разработок и научных исследований электротехнических систем с УВ в двух направлениях
- в области создания тнристорных электроприводов постоянного тока (ЭП) для
машиностроения (станки с ЧЛУ, промышленные роботы, кузнечно-прессовое оборудование
идр).
- в области создания автоматизированных электротехнических комплексов для
электронагрева и депарафинизацля нефтескважин (УЭЦДС).
В гткедставленной работе приводятся результаты практической реализации разработанных и внедренных в промышленное производство под руководством и при непосредственном участии автора наиболее массовых серий ЭП и промышленных партий комплексов УЭНДС, а также результаты теоретических исследований по актуальным вопросам, возникающим в процессе создания указанных электротехнических систем.
Актуальность выполненной автором работы определяется требованиями научно-технического прогресса в области создания систем со статическим преобразователями для машиностроения и нефтедобычи.
Разработки унифиц. >ованных ЭП для станкостроения выполнялись на оснозании координационных планов ГКНТ, постановлений правительства СССР, координационных планов по стандартизации Госстандарта, а также планов международного сотрудничества по линии Интерэлектро" и рамках рабочей группы As 9 бывших стран СЭВ в 1972-1990 гг. Результаты работ докладывались па конференциях по преобразовательной технике и электроприводу как в стране так и за рубежом.
В послелгіие годы новые разработки проаодятся автором по прямым договорам с заводами-изготовителями ЗП и станков Работы в области автоматизированных электротехнических комплексов для нефтедобычи на базе УВ проводятся по договорам с АО "Татнефть" (Татарстан). Они докладывались и рекомендовались как перспективное направление на Международном симпозиуме по энергосберегающим технологиям в нефтедобыче (г. Санкт-Петербург, 1996 г.); Международном конгрессе по новым технологиям (г. Казань, 1998 г.) и др.
Работа выполнена автором во ВНИИР в содружестве с другими ІШИ, КБ и предприятиями электротехнической промышленности. При выполнении работы автор озирался на труды ведущих отечественных и зарубежных ученых в области систем автоматического уприяеякя (САУ), преобразовательной тежіікн, электропривода,
мияусзлехтроюжі її эягхтрсгкххохапт. Это преавдг всего работы отечестгеикьк ученых Булгакова А.А., Сг.ежшовского OB, Шигеїлло В. П., Пс-здеееа А.Д., Ильинского Н.Ф., Кссалсва О. И., Булатова О.Г., Боровикова М.А., Хзаговз СВ., Чзроно;а В.Я., а также Mpy5a«Kvt учених Вьїрегтеїа Н.А., Фслсайда О., Кеслерз С, Шенф&ида, Хабигера Э. и
-Vі-
Сггдуег отмстить большом яхлад, скссениыЙ в разработку рйссмагрнг-лзмых проблем
хвдлсктегзми ученых ВІЇШШгктрстумдд, БШ1И?, 8ЭИ. ВНШЭМ, МЭИ, ЧТУ, ЭгШМС,
ЛЭТИ, ТагНЛГЩ и др., а тайке ссдудашн ззруссяшими фирмами "Siemens" (ФРІ"),
Telcmccwique (Франция) и др. Строимый r.scnaa со зиклрение указанных серий з
сромїніїлснкость г.-лесжі ;і2Од«-!йгст05іїгєяи: ЧебихсарскнГ; злектрсьппгратньы тдзол
(ЧЗАЗ), Сарлясклн ііа?і '"3-"С!-т^№5крлмэт,мь". Прйкопіезскі:Гі завод "Электромашина",
Мосїоїс&кй зезрд "Прогрко-эг.сшрэ", Хїрькоїскіїй завез "Электромашина",
Александрийский з.тектрамЕКіиіічесаш здай (АЗМ'З), Пржгаадьсшй электротехнический
завод (ПЭТЗ). ..''.
Ц&-?.» г:реястгак:ї;:ого .докіксі "їдяетса краткое изложение основных результатов работу ситара о пергчиелмных выше агпр-зденнях.
Р'<у*і«,гя йвзяїиз внгл ~:юинсй автором работы состоит в следующее'
1. Предложены аозые структуры ззи&щтык екстем с УВ д.тя ЭП, защищенные авторехкмн CBsoertr і.сгїзма и патентами, а имгкно'.
1,1 . САУ с УВ v а:;;гйтеяем ftocrcv.uaro тзка с линеаризацией характеристик а режиме пргрьашегсго токл (рпт) и перглегмгей величиной эллтрнческого люфта, изменяющегося в ф/нкцин сгоригги дгигзгеая, В резуяяалс екгтеш обеспечивает высокое оь.стро-ейстзие, сеыихзуяоачнэоегь її надзздтссть работы тшемэткхн механизма. Это достигается за счет лкнгп.ріпаіши системы в рпт п иешачешн чрезмершго сканирования токь. аілзмаающего дополнительный іїзгрез дзигзтеда (і удары" а' кянемапже, кмеюшке место вследствие Ніллч.а» ''шуыоз" в с:талета>щ;і»!ератора по мгрз узеюмсиия скорости двигателя.
1.2. Одноконтурна.» ланяаризопікная САУ с УВ с двухступенчатым параллельным
токоогрзилчением, отяичагощмгя тем, что с целью, обеспечения более качественного
токоагрзмкчешія в систе,*.*,г организовано кза коїггура регулирования тока: і:ерзь;.і - 'баз
обратной связи г.о току оссспеч.і&аег упреждающее токоягратменне за счет положительной
обратной связи по ї.и и нелинейных звеньев в устройстве линеаризации, » горой хо».тур
обеспечивает токосгрзнзчение с згдаржанноГі. обратной связью по току. Ко,луг
текоогрдшчения выполнен таким образом, что корректирующие'звенья его « регулятора
скорости не оказывают взаимного негативного влияния.
Показано, что данная структура с ПИД-регудяторсм скорости обладает более высоким быстродействием, чем система подчикенйого регулирования,
-
САУ с УВ с оптимизацией по минимуму динамической ошибки в режиме "сброса" нагрузки, что обеспечивается перестройкой структуры 'регулирования при помощи устройства нелинейной хоррекции
-
САУ с УВ и цифровым фильтром в канале, датчика тока, коммутация которого осуществляется импульсами управления тиристоров. УВ. В результате в системе обеспечивается устойчивое функционирование,^ рпт несмотря на исчезновение информации
по току в бестоковые интервалы (особенно в САУ с П-регулятором тока, а также в однофазных ЭП) Цифровой фильтр выполняется в двух вариантах: на базе пнкоеото детектора и на основе интегратора.
1.5. САУ с УВ с многофункциональным использованием сглаживающего реактора. Это
обеспечивает использование реактора, кроме фильтра в скловсй цели, также з
информационной части системы - в качестве датчиков тока и эдс даигагеля.
1.6. Рациональная линеаризованная структура САУ двухзонных ЭП с переменным
электрическим "люфтом", параллельным регулятор0** эдс и общими каналами
фазосмещення для управления якорным преобразователем и тиристорним возбудителем.
Структура обеспечизает простоту, высокую надежность и качество регулирования.
2 Предложена динамическая модель системы УВ-Д в рпт, учитывающая яисхретво-нелинейные свойства преобразователя, исследованы дикэлшческис свойства и оптимизация систем УВ-Д. Разработаны методики расчета устойчивости и оптимизации систем, в том числе из услезия получения процессов конечной длительности.
3. Проведены сравшгтельные исследования быстродействия различных систем ЭП с ПИД-регуляторами скорости, а также трехконтуриой структуры подчииеннсіп регулирования Исследованы динамические свойства систе'4 с обратной связью по эдс, в том числе для ЭП с многофункциональным использованием сглаживающего реактора. Разрабопча .методика расчета значений частот среза для указанных структур. Показано, что гремконтурн.ы структура примерно в 2,5 раза хуже по быстродействию, чем дзухконтурная, а быстродействие з одноконтурной системе с ПИД-РС пркмеоно. в 1,5 раза вьяяе, чем в ibvx контур ной
* Предложен новый способ оггтиміізашш системы УВ-Д в режиме "сброса" нагрузки, і_\кліоч.іющіійся в том. что при появлении динамическое ошибки УВ переводятся в инверторный режим, что обеспечивает форсированный спад тока дъигателя и снижение перерегулирования по скорости.. Исследованы минимально возможные динамические отклонения скорости з этом режиме при различных типах УВ. Разработана методика расчета, получены аналитические зависимости и номограммы..
5 Проведено исследование параллельной работы УВ в системах ЭП и предложены рацис-чалсныс структуры сопряжения преобразователей. Разработана инженерная методика расчета з,~. ;ктромагннтных процессоа и дисбаланса токов между преобразователями.
6. Предложен принцип построения к исследованы рацкоиалъньм структуры управления
электротехнического комплекса УЭНДС с применением УВ а режиме преобразователя
частоты, считывающие особенности нагрузки и специфику детрафинизаіпш
НеЗПеСКВажИНЬ!
7, Проведено исследование и предложен метод оптимизации переходных процессов в
контуре тока УЭНДС с учетом дискретно-нелинейных свойств УВ и способа упразленля.
Определены услг>в;ія получения оптимальної диаграммы тока.
Практическая ценность результатов научных работ автора состоит в разработке и промышленном освоении многочисленных массовых серий тиристориых преобразователей и ЭП на их оскозе. а также электротехнических комплексов УЭНДС для машиностроения и нефтедобычи. Кроме того разработаны и внедрены в промышленности стандарты
ГОСТ25777-83 и ГОСТ27803-91. Последний в. настоящее время является основным воршяягным документом в России, регламентирующим унификацию и основные іагакчеекие требования ЭП со статическими преобразователями для ыствдлсюбрзбатывающего и др. оборудования мощностью до 320 кВт.
Созданное под руководством автора и при его непосредственном участии эдгстротехвиягсгое оборудование по техническим решениям не уступает, а в некоторых случаях и превосходит лучшие образцы аналогичного класса оборудования ведущих зарубежных фври [Baunmfirr, ФРГ; Kiokner Mullcr, ФРГ; Produktion Technologies, США].
Реалязэщкя результатов работы
Серии, тнрястсрных устройств и ЭП на их основе нашли широкое внедрение на заводах-изготовнтевях электротехнической проиышягннохтй, продукция которых применяется в мазшностроеннк, нефтедобыче и др. При этом разработано S поколений указанных выше изделий, что составляет более 20 кассовых серии устройств со статическими преобразогатеяями (см. табл.1), которые были освоены семью заводами-изготовителями. Обет" и объем выпуигошь^ заводами установок составляет более 500 тыс. штук.
Указанные серии являются самыми массовыми в отечественной электротехнической промышленности, которые на протяжении нескольких десятилетий широко внедрялись в машиностроительном комплексе и др. областях как в нашей стране, так и в оборудовании, поставляемом на экспорт (станки, станы прокатки труб, установки непрерывной разливки стали и др.) Данные серии широко применялись в выпускаемых станках станкозаводов: ИСПО О. Иванозо), КСПО (г. Самара), Коломенский станкостроительный завод, МЗКРС (г. Москва), Красный Пролетарий (г Москва), УЗТС (г. Ульяновск), Минское станкостроительное объединение, ГЗ-ФС (г. Нижний Новгород) и др Серии ЭП массово используются на отечественных автозаводах ГАЗ, ВАЗ, АЗЛК, УАЗ, КАМАЗ
Автор непосредственно участвовал в практическом внедрении тирисгорных ЭП на Мдгнптогорскои к Орсхо-Хгяиловсхом металлургических комбинатах, на металлургическом комбинате "Дунаиввшмю" (Венгрия), на атомном центре в г. Буэнос-Айрес (Аргентина), на многих станкосгротпезышх заводах гг. Иваново, Ульяновска, Москвы, Коломны, КНсзгсроях, Витебска, Краматорска, а также на ВАЗ'е и КАМАЗ'е.
Основные технические решения разработанных и внедренных серий защищены авторскими свидетельствами и патентами
Большая работа по укификашш ЭП для станкостроения н робототехники под руководством к при непосредственном участии. автора проводилась по линии "Ннтерэдсктро" в рабочей группе № 9 [20]. При этом с участием автора били разработаны технические требования, техдокументация и стандарты на вентильные ЭП постоянного и переменного тока, ш. основании которых проводились разработки и испытания унифицированных ЭП в СССР н странах СЭВ.
В поетапне годы под руководством и при непосредственном участии автора созданы эданреп ехнояогическае комплексы УЭНДС на базе унифицированных тирисгорных
Таблица 1
Трехфазные гнристорные ЭП
ОДО "Чебоксарский
элекгроагшарагный завод
(ЧЭАЗ)
г. Чебоксары
Задал Эзектрокызюи"
Г. ХзрЫВЯ
(Укркяз)
.
г. Чтаоксзры
устройств ЭПУ 1 и ЭПУШ. При этом в опытном производства ОАО ВШШР изготовлено 14 электросиловых установок, которые внедряются в АО «Татнефть».
На основные технические решения комплекса УЭНДС получен патент и положительные решения о выдаче патентов.
Предложенные УЭНДС имеют высокую эффективность и обеспечивают: увеличение дебита нефтескважины, .. отсутствие загрязнения окружающей среды, низкие эксплуатационные расходы на депарафинизг.цию по сравнению с другими методами, совместимость с эксплутационными режимами, высокую степень электронизации и автоматизации управления.
Основные положения, которые выносятся на защиту
-
Новые технические решения в области замкнутых систем .с УВ к двигателям» постоянного тока для массовых серий ЭП, примененные в машиностроении и др. областях промышленности.
-
Результаты исследований динамики, л оптимизации систем УВ-Д в режиме прерывистого тока с учетом специфики УВ.
-
Сравнительные результаты исследований.динамики одно-, двух- и трехконгурных систем УВ-Д в режиме непрерывного тока с различными типами регуляторов и видами' обратных связей. . , '
.4. Способ минимизации динамической ошибки по скорости в режиме «сброса.» нагрузки в системе УВ-Д, его практическая реализация и методика расчета ошибки при различных типах УВ.
-
Результаты исследования параллельной работы тиристорних преобразоаателей в ЭП, разработка рациональной системы регулирования, и методика расчета электромагнитных процессов при делении токов между.преобразователями.
-
Новый принцип построения электротехнического комплекса УЭНДС на базе УВ для нефтедобычи и результаты исследований динамических свойств контура регулирования тока с учетом способа управления. . .'
-
Практическая реализация работ автора в области создания электротехнических систем с УВ для машиностроения ц нефтедобычи.
Публикация и апробация. Из печатных работ адгора к теме доклада относятся 67, в
том числе Tptf научные монографии; -27 научных статей,, епубдикбвзнных в центральних
журналах и. докладов, 29 авторских'свидетельств .'на изобретения, и патетов, - два
государственных стандарта. . '
Ссылки на работы, имеющие теоретический и методологический или принципиальный характер, приведены в тексте доклада.
Основные положения и практические результаты диссертационной работы автора докладывались на ряде Всесоюзных и Всероссийских конференций по системе вентильного электропривода; на научно-технических совещаниях и конференциях, на Международном симпозиуме, по энергосберегающим технологиям ь нефтедобыче; на Международном конгрессе по новым технологиям
Оборудование, разработанное при непосредственном участии и под руководством тзра, экспонировалось на ВДНХ. Автор награжден одной серебряной и двумя бронзовыми едаяями ВДНХ.
