Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение технологического уровня производства сопровождается увеличением потребления электроэнергии на повышенных частотах. В этой сбязи актуальное значенле приобретают задачи улучшения энергетических, массогабарптиых и стоимостных показателей преобразовательных устройств.Для ряда машиностроительных производств характерно наличие больших групп высокоскоростных двигателей и электротехнологических установок индукционного нагрева, электроснабжение которых в настоящее время осуществляется, как правило, ютдизидуатыю, на базе машинных или полупроводниковых преобразователей.
Эффективным способом электропитания таких участков является включе
ние на параллельную работу группы тиристорных преобразователей частоты. Это
приводит к появлению комплексов.тирксторіїшс преобразователей (КТП), кото
рые поззоляют не только ргкппъ задачу увеличения мощности, но и добиться вы
соких значеній энергетических и эксплуатационных показателей путем оператив
ного, в зависимости от величины и характера нагрузки, изменили структуры
комплекса. " . -
Задачам исследования вопросов параллельной работы преобразовательных устройств посвящен целый ряд работ как отечественных, так и зарубежных авторов. Параллельное включение группы тиристорных преобразователей с явным звеном постоянного тока позволяет подойти к созданию КТП не как к простой совокупности агрегатов, а как к адаптивной системе, поддерживающей энергетические показатели ка высоком уровне при любых изменениях в нагрузке. Это может быть достигнуто с помощью стратегии управления КТП, основанной на варьировании, в зависимости от величины и характера нагрузки, кошгчества параллельно работающих тиристорных преобразователей частоты. Подобная организация обеспечивает значение коэффициента загрузки работающих модулей, близким к номиналу в широком диапазоне изменения нагрузки, повышает надежность питания потребителей за счет равномерного распределения времени наработки между. агрегатами, а также за спет образующегося резерва.
Для улучшения массо-габаритных и энергетических показателей КТП предложена стратегия управления, основанная на оперативном изменении функций входящих в состав комплекса силовых модулей. Каждый преобразователь, входящий в комплекс, представляет собой универсальный агрегат, способный работать в любом из трех режимов: режиме генерации активной мощности (режим инвертирования), режиме компенсации реактивной мощности (ражим компенсации) или режиме резерва. Возможность оперативного изменения режима работы агрегатов позволяет исключить из силовой схемы каждого преобразователя звено компенсации избыточной реактивной мощности коммутирующей емкости, а его функцию возложить на агрегаты, переводимые из режима инвертирования в режим компенсации при сбросе нагрузки. Этим достигается сокращение суммарной установ-
ленной моещости силового оборудоваиия.Управлеіше переводом модулей из одного режима в другой должно обеспечивать коммутационную устойчивость комплекса в целом и исключить режимы перегрузки по току в отдельных модулях КТП. Процесс регулирования выходного напряжения КТП с целью его стабилизации, существенно отличается от подобного регулирования в тиристорных преобразователях, построенных по традиционному принципу. Это связано с появлением в контуре регулирования возмущающих воздействий, возникающих при перестройке структуры КТП.
Таким образом, создание подобных комплексов невозможно без проведения специатшых исследований процессов в силовых целях преобразовательных устройств.
Цель работы: Разработка, исследование и создание комплекса тиристорных преобразователей на базе параллельных инверторов тока с перестраиваемой структурой.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:
-
обеспечение параллельной работы тиристорных инверторных мостов при фазовых сдвигах между импульсами управления мостами и различных напряжениях на их входах; .
-
определение условий совместной работы тиристорных мостов в режимах инвертирования и компенсации;
-
обеспечение равномерной загрузки между модулями, работающими в одинаковых режимах; .
-
определение оптимальных способов н алгоритмов перевода модулей из одного режима в другой;
-
определение оптимальных законов регулирования выходного напряжения и загрузки модулей в условиях изменения их режимов работы и параметров нагрузки. .
Методы исследования.
Для анализа процессов в силовых цепях КТП в диссертационной работе использовались метод основной гармоники и математическое моделирование на основе метода одного интервала в сочетании с блочным принципом построения моделей. Метод основной гармоники используется па начальном этапе иселгдозашії для расчета установленной мощности венгально-реакторного оборудования и рас чета установившихся режимов работы тиристорных мостов. Метод математического моделирования используется для исследования динамических процессов связанных с переводом модулей из одного режима в другой и исследования зако нов управления и регулирования з КТП. Исследования с использованием матема тических моделей проведены численными методами с помощью ЭВМ.
Научная по війна.
Научную новизну диссертационной работы составляют теоретические і экспериментальные исследозашія, в результате которых:
-
разработаны варианты математических моделей КТП, позволяющие исследовать установившиеся процессы генерации активной и циркуляции реактивной мощности в силовых цепях КТП и динамические процессы, связанные с изменением режимов работы тиристорньгх мостов и параметров нагрузки;
-
исследованы и описаны особенности параллельной работы инверторных мостов в условиях фазового сдвига между импульсами управления и различными величинами напряжений на их входах;
-
исследованы переходные процессы, возникающие при переводе тиристорних мостов из режима инвертирования в режим компенсации и обратно и предложены методики расчета их динамических характеристик;
-
предложена структура и оптимальные законы управления КТП на базе параллельных инверторов тока.
Практическая ценность диссертационной работы.
Предложенный подход к построению преобразователей частоты позволяет снизить установленную мощность вентильно-реакторного оборудования и обеспечивает возможность улучшения их энергетических и эксплуатационных показателей. Разработанные математические модели, и моделирующие программы позволяют проводить инженерные расчеты параметров силовой схемы и могут использоваться для нахождения оптимальных законов управления и регулирования при создании промышленных образцов КТП с перестраиваемой структурой.
Внедрение результатов работы.
Результаты работы использованы в Институте проблем точной механики и управлення РАН (г.Саратов) для создания систем электроснабжения на повышенных частотах с высокой управляемостью. Разработан и внедрен опытный образец КТП с перестраиваемой структурой, включающий четыре преобразовательных модуля мощностью по 4 кВА каждый на выходную частоту 400 Гц. Установка внедрена в институте проблем точной механики и управления РАН и используется в автоматизированной системе испытания и диагностики высокоскоростных асинхронных электродвигателей.
Апробация работы.
Основные теоретические положения и практические результаты диссертационной работы обсуждались и докладывались на Всесоюзной научной конференции "Методы синтеза и планирования развития структур крупномасштабных систем", Саратов,! 986г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Распределенные информационно-управляющие системы", Саратов, 1988г.; международной научно-технической конференции "Силовая электроника в решении проблем ресурсе- и энергосбережения", Крым, г.Алушта, 1996г.; международной конференции "Проблемы и перспективы прецизионной механики н управления в машиностроении", Саратов,!997г.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, получено 4 авгор-
ских свидетельства.
Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, закліочешю и списка литературы. Основная часть содержит 90 страниц машинописного текста, 82 рисунка, размешенных на 43 листах и 1 таблицы. Список использованных источников содержит 97 наименований.
