Введение к работе
»*'-:. Актуальность темы. Решение проблемы термоядерного синтеза; исследование воздействия многих тел малой массы, синхронно ускоренных между собой; исследование нагрузок типа плазменный фокус при высоких плотностях энергии и напряжениях; системы электропитания устройств импульсной сварки, нагрева заготовок для ковки и проката, электрического спекания порошковых материалов; индукционно-динамические устройства ударного действия для технологических процессов и сейсморазведки являются важнейшими научно-техническими задачами. Для их решения необходимо создание импульсных источников энергии нового поколения и освоения импульсной мощности 10 -Юта при энергозапасе 10 -10 №.
Выбор схемы источника питания зависит от особенностей нагрузки и возможностей получения электроэнергии из сети в пункте размещения установки. Особое внимание в настоящее время уделяется импульсным источникам электропитания с двухступенчатым преобразованием энергии (ИИЭ с ДПЭ). В состав таких 1ШЭ с ДПЭ входят два накопителя - электромеханический, представляющий собой инерционную синхронную машину, и индуктивный. Зарядка электромеханического накопителя в ИИЭ с ДПЭ осуществляется либо от асинхронного привода, либо от тиристорного преобразователя частоты (ТПЧ) со звеном постоянного тока. Зарядка индуктивного накопителя осуществляется'от электромеханического через установленный между ними выпрямитель. Мощность, потребляемая электромеханическим накопителем от сети при его зарядке, не велика и определяется, в основном, потерти на трение в режиме номинальной скорости. В мировой практике мощные импульсные источники питания, использующие накопители с уровнем запасаемой энергии выше нескольких десятков мегаджоулеи, являются уникальными и исчисляются единицами.
Решению задач, связанных с построением ИИЭ с ДПЭ и анализом их режимов, посвящены работы Глебова И.А., Глухих В.А., Кашарского Э.Г., Копылова И.П. и ряда других авторов. Эти задачи требуют рассмотрения широкого круга вопросов и разработки специальных методов теоретического и экспериментального исследования, а также создания опытных инженерных установок, на которых должны быть опробованы и отработаны их основные режимы
п узлы. Постоянно растущие требования, предъявляемые к импульсным источникам питания как со стороны нагрузки, так и со стороны питающей сети, обусловливают необходимость поиска новых путей для их развития и совершенствования.
Настоящая работа выполнена в плане программы научных исследований и опытно-конструкторских работ предприятий ВНЩ ВЭИ и ШИШ АН УССР по проблеме импульсного питания электрофизических нагрузок с высоким энергопотреблением от различных импульсных, источников электромагнитной энергии и создания новых высокоэффективных технологий на их основе.
Цель работы и задачи исследования.
-
Разработка методики расчета и анализа режимов энергетической системы ИИЭ с ДПЭ, состоящей из ТПЧ со звеном постоянного тока, инерционного синхронного агрегата и индуктивного накопителя энергии с многосекционированной переключаемой обмоткой (ИПЭЛО).
-
Исследование особенностей работы энергетического оборудования и систем управления ИИЭ с ДПЭ в рекимах накопления и расхода энергии.
-
Определение путей и способов повышения эффективности работы такого типа установок при их эксплуатации и на стадии проектирования.
-
Разработка и исследование методов и средств эффективного управления рекимами преобразования энергии в установках типа №13 с ДПЭ.
-
Разработка вопросов, связанных с построением ИИЭ с ДПЭ на основе стенда Н-100.
Методы исследований. 1,'атематическое и физическое моделирование. Для анализа электрической системы, состоящей из инерционного синхронно-вентильного агрегата и индуктивного накопителя энергии, использовались: общая теория электрических машин; теория электромагнитных и электромеханических переходных процессов; теория нелинейных дифференциальных уравнений; теория нелинейных шлпульсных систем; теория автоматического управления При составлении программы расчета на ЭВМ электромагнитных и электромеханических переходных процессов работы электромеханического накопителя использовался метод макромоделирования.
Научную новизну представляют: разработанная методика расчета, состоящая из теоретической части, экспериментальной и расчетов на ЭВМ; результаты исследований режимов установок типа ИИЭ с ДПЭ; предложенный способ искусственной коммутации вентилей инвертора и его анализ; разработанные и исследованные устройства автоматики; результаты анализа вопросов, связанных с построением ИИЭ с ДПЭ на основе стенда Н-100.
Практическая ценность и реализация работы.
Полученные в результате выполненных исследований выводы и рекомендации, разработанные методика расчета, новый способ искусственной коммутащш, принципы построения источника, а также методы и средства регулирования могут быть использованы в научно-исследовательской и проектно-конструкторской практике предприятий, занимающихся проблемами импульсного электропитания электрофгтческих нагрузок с высоким энергопотреблением. Полезность подученных результатов состоит и в возможности их применения в ряде смеяных областей, в том числе в вентильном приводе различного рода промышленных установок, в измерительн'й технике и т.д.
Результаты выполненной работы использованы при вводе в эксплуатацию электромеханического накопителя энергии стенда Н-100 в г.Истра и при проектировании -ИИЭ с ДПЭ на его основе, позволяющего формировать импульсы тиса мегаамперного диапазона заданной конфигурации при энергозапасе до 30 ВДя.
На защиту выносятся:
-
Разработанная методика расчета режимов ИИЭ с ДПЭ, основанная на комплексном использовании аналитического, экспериментального и машинного методов анализа.
-
Результаты выполненных исследований режимов работы Т"1Э с .ДПЭ.
-
Новый способ искусственной коммутации вентилей инвертора и его анализ.
-
Разработанные устройства автоматики.
-
Результаты анализа вопросов, связанных с построением ИИЭ с ДПЭ на основе стенда Н-100.
Аггообзітия работы. Основные результаты и отдельные вопросы диссертации докладывались и обсувдались на научных семинарах ЗЭ'Л им.В.Я.Ленина, ЭНШ им.Г.Ь'.Кржижановското; на УП и УШ Всесоюзных кгнференциях по проблеме электропривода переменного тока с полупроводниковыми преобразователями, Свердловск, 1986, 1989г.г.; на Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта", г.Днепропетровск, 1990г.
Публикации. Основные научные результаты, полученные в . диссертации, опубликованы в гчтц печатных работах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения объемом в 137 страниц машинописного текста, 47 рисунков, списка литературы 56 наименований и приложений.
