Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Элементы и устройства системы управления водогрейным котлом .. 12
1.1 Промышленные объекты управления 12
1.2 Общие сведения о промышленных системах регулирования 14
1.2.1 Котел как объект регулирования 15
1.3 Автоматические системы регулирования 22
1.3.1 АСР расхода общего воздуха 22
1.3.2 АСР разрежения в топке котла 27
1.4 Программно-технический комплекс 32
1.4.1 Выбор средств управления 33
1.4.2 Требования к промышленным системам регулирования 36
1.4.3 Технический уровень ПТК 37
1.5 Концепция ПТК 42
1.5.1 Функциональные возможности 43
1.6 Состав Программно-технического комплекса 46
1.7 Архитектура ПТК " 51
1.7.1 Логическая структура 51
1.7.2 Физическая структура 53
1.7.3 Информационная структура 55
Выводы по главе 1 58
Глава 2. Математическое описание системы управления 60
2.1 Типовые динамические звенья систем управления 61
2.2 Математическое представление объекта регулирования 77
2.3 Определение динамических характеристик объекта 82
2.4 Понятие о качестве АСУ 84
2.5 Автоматические регуляторы 86
2.6 Определение настроек регулятора 89
Выводы по главе 2 91
Глава 3. Система управления параметром разрежения водогрейного котла с использованием направляющих аппаратов тягодутьевых механизмов 93
3.1 Разработка системы управления газо-воздушным трактом водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования параметра разрежения в топке котла 93
3.2 Исследование объекта с воздействием на направляющие аппараты системы управления 97
3.3 Моделирование системы управления с направляющими аппаратами... 104
Выводы по главе 3 109
Глава 4. Применение Частотно-регулируемого привода в системе управления водогрейного котла 111
4.1 Состав ЧРП 111
4.2 Методы управления ЧРП 118
4.3 Преобразователи частоты 121
4.4. Применение ЧРП в системах управления 125
4.5 Исследование и разработка системы управления газо-воздушным трактом водогрейного котла с применением ЧРП 128
4.6 Моделирование системы управления с частотным регулированием 139
Выводы по главе 4 145
Глава 5. Сравнение систем регулирования параметра разрежения водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты и частотно-регулируемый привод тягодутьевых механизмов 146
5.1 Система регулирования водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты 146
5.2 Система регулирования водогрейного котла с воздействием наЧРП 157
5.3 Сравнительная оценка точности элементов системы управления с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования и ЧРП тягодутьевых механизмов 167
Выводы по главе 5 174
Основные выводы 178
Список литературы 181
- Общие сведения о промышленных системах регулирования
- Математическое представление объекта регулирования
- Исследование объекта с воздействием на направляющие аппараты системы управления
- Преобразователи частоты
Введение к работе
Экономический подъем России требует постоянного роста производства электрической и тепловой энергии, повышения ее качества.
Концентрация усилий и ресурсов на проведении модернизации объектов генерации позволяет решить задачу энергодефицита. Важнейшим инструментом повышения эффективности производства является модернизация АСУ ТП на базе современных микропроцессорных программно-технических комплексов (ПТК). Реальный опыт эксплуатации таких систем на объектах энергетики и ряда отраслей промышленности подтверждает кардинальное снижение сверхнормативных простоев оборудования, предотвращение аварийных ситуаций по вине оперативного персонала, повышение ресурса оборудования, прямую экономию энергоресурсов.
Модернизация нацелена, как правило, на создание новых АСУТП, которые должны обеспечить непрерывный контроль и эффективное управление технологическим оборудованием. Специфика современных АСУТП главным образом связана с тем, что они являются распределенными системами и их основными компонентами являются программно-технические комплексы (ПТК) сетевой организации.
Современные системы управления сложными объектами промышленной технологии строятся по иерархическому принципу. Это значит, что система управления такими объектами расчленяется на ряд систем, стоящие на разных уровнях подчинения. Система более высокого ранга, ориентируясь на общий (глобальный) критерий управления, выдает команды на включение или отключение отдельных локальных объектов, а также осуществляет выбор частных критериев управления этими объектами. Локальные системы управления осуществляют поддержание заданных оптимальных режимов, как в пусковых, так и в нормальных эксплуатационных условиях.
В связи со сложностью и многокомпонентностью программно-технической структуры АСУТП существует проблема эффективности реализации функции автоматического регулирования в составе всей системы. Задача автоматического регулирования является одной из многих функций, выполняемых ПТК, и должна рассматриваться в определенной взаимосвязи с ними. Кроме этого, имеется ряд дополнительных параметров и факторов, связанных с сетевой архитектурой ПТК и полевого оборудования, влияющих на динамические свойства алгоритмов регулирования в контроллерах ПТК.
В современных программно-технических комплексах ключевую роль в реализации управляющих функций, как правило, играет фирменное алгоритмическое обеспечение контроллеров, которое состоит из фиксированного набора типовых программных блоков (типовых алгоритмов), выполняющих преобразование сигналов в цифровой форме. При этом применение, для реализации цифровой системы регулирования, тех или иных аппаратных средств оказывает влияние на функционирование всей системы автоматического регулирования. Например, современная быстродействующая алгоритмическая схема управления частотно-регулируемым приводом для установленного ранее исполнительного механизма, оказывается не способной изменить время выполнения программы управления и регулирования, так как упирается в быстродействие самого механизма, что влияет на динамические свойства всего объекта управления в целом.
Таким образом, для правильного выбора и эффективного использования современных средств автоматического регулирования, необходимо знать не только ее технические параметры, принципы действия, но и учитывать реальные динамические характеристики управляющих средств контроля и измерения.
Исследуемый в качестве объекта, водогрейный котлоагрегат, в конечном счёте, является энергетической установкой, в процессе эксплуатации которой с высокой динамикой изменяются связанные между собой технологические параметры. Основная задача АСУ заключается в оптимизации технологических параметров системы, а так же поддержание их с заданной точностью.
Целью работы является разработка элементов управления водогрейного котла с использованием частотно-регулируемого привода и направляющих аппаратов тягодутьевых механизмов системы автоматического регулирования. Для достижения поставленной цели необходимо:
1.) исследовать объект управления на примере водогрейного котла;
2.) разработать функциональную и структурные схемы системы управления газо-воздушным трактом водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования параметра разрежения в топке котла;
3.) разработать модель системы управления разрежением в топке водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования;
4.) исследовать качество процесса регулирования параметра разрежения с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования и сравнить с экспериментальными данными;
5.) разработать функциональную и структурные схемы системы управления газо-воздушным трактом водогрейного котла с применением частотно-регулируемого привода для системы регулирования параметра разрежения водогрейного котла;
6.) разработать модель системы управления разрежением в топке водогрейного котла с применением частотно-регулируемого привода и сравнить результаты с экспериментальными данными.
7.) исследовать систему управления разрежением в топке водогрейного котла с применением частотно-регулируемого привода для управления тягодутьевыми механизмами;
8.) выполнить сравнение полученных данных для оценки качества процессов регулирования системы управления параметра разрежения.
9.) реализовать результаты моделирования системы управления водогрейным котлом и элементов управления направляющими аппаратами и частотно-регулируемого привода тягодутьевых механизмов на тепловой станции.
Теоретическая основа исследования. Решение поставленных задач выполнено на основе использования методов теории проектирования систем управления, теории автоматического управления, методов дифференциального и интегрального исчисления, теории случайной функции для оценки точности технологических процессов, статистического метода анализа точности и устойчивости технологических процессов. Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
1.) Предложена математическая модель топки и элементов системы управления водогрейного котла.
2.) Разработана функциональная модель объекта управления водогрейным котлом с использованием направляющих аппаратов тягодутьевых механизмов системы регулирования параметра разрежения;
3.) Разработана функциональная модель объекта управления водогрейным котлом с использованием частотно-регулируемого привода тягодутьевых механизмов системы регулирования параметра разрежения;
4.) Проведен анализ качества процесса регулирования параметра разрежения с использованием направляющих аппаратов и частотно-регулируемого привода тягодутьевых механизмов системы на основе статистического метода;
5.) Разработан программно-технический комплекс для работы теплостанции с использованием цифрового управления частотно-регулируемым приводом.
6.) Разработана информационная структура программно-технического комплекса для организации информационного обмена между операторскими станциями управления и контроллерами котла. Практическая значимость работы заключается в следующем:
1.) Разработаны функциональная и структурные схемы программно-технического комплекса АСУ водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования параметра разрежения;
2.) Разработаны функциональная и структурные схемы программно-технического комплекса АСУ водогрейного котла с воздействием на частотно-регулируемый привод по цифровому каналу управления системы регулирования параметра разрежения;
3.) Результаты, полученные в ходе настоящей диссертационной работы, могут быть использованы при разработке программно-технических комплексов для систем управления водогрейных котлов.
4.) Результаты исследований диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры «Управление и информатика в технических системах» МИЭМ в дисциплине "Теория автоматического управления". На защиту выносится:
1.) Структурная схема объекта - водогрейного котла с системой регулирования параметров с использованием направляющих аппаратов и частотно-регулируемого привода тягодутьевых механизмов;
2.) Математическое описание объекта - топки котла, элементов системы регулирования параметров системы - направляющих аппаратов и частотно-регулируемого привода;
3.) Функциональная и структурные схемы, ориентированные на поддержание параметра разрежения в топке водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования газо-воздушного тракта;
4.) Функциональная и структурные схемы, ориентированные на поддержания параметра разрежения в топке водогрейного котла с воздействием на частотно-регулируемый привод тягодутьевых механизмов системы регулирования газо-воздушного тракта.
5.) Структурная и информационная схемы программно-технического комплекса системы управления водогрейным котлом. Реализация результатов диссертационной работы:
В качестве практического применения системы управления тягодутьевыми механизмами поддержания параметра разрежения в топке водогрейного котла, приведен пример реализации системы управления с современным программно-техническим комплексом с использованием частотно-регулируемого привода на районо тепловой станции г.Москвы. Апробация работы:
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:
на научно-технических конференциях аспирантов и молодых специалистов (Москва, МГИЭМ , 2005-2008);
- на научно-технической конференции "РАО ЕЭС России" (Москва, ФГУП НИИ Теплоприбор , 2005г);
- на научно-методическом семинаре по промышленным системам управления "Автоматизация технологических процессов в энергетике" (г. Шатура, 2008г);
Общие сведения о промышленных системах регулирования
Производственные процессы характеризуются множеством регулируемых величин: температурой, давлением, расходом, концентрацией и т. д., которые называются параметрами процесса. Чтобы технологическое оборудование работало в требуемом режиме, то есть с высоким КПД, с заданной производительностью, давало продукцию необходимого качества и работало надежно, необходимо поддерживать величины характеризующие процесс в большинстве случаев постоянными [1]. Эта важнейшая задача возложена на промышленные системы автоматического регулирования и стабилизации технологических процессов. Промышленные системы регулирования занимают второй уровень современных иерархических систем управления технологическими процессами. Их главная задача состоит в том, чтобы стабилизировать технологические параметры на заданном уровне. Этим занимаются системы автоматической стабилизации. В этих системах сигнал задания остается постоянным в течении длительного времени работы. Другой, не менее важной задачей, является задача программного управления технологическим агрегатом, что обеспечивает переход на новые режимы работы. Решение этой проблемы осуществляется с помощью той же системы автоматической стабилизации, задание которой изменяется от программного задатчика. В современных технологических комплексах имеются сотни и тысячи контуров регулирования от качества работы которых, во многом зависит качество выдаваемой продукции. Поэтому для большинства промышленных систем автоматического регулирования (САР) необходима достаточно высокая точность их работы (+1-1,5%) [1,2,8]. При этом главное назначение системы стабилизации - это компенсация внешних возмущающих воздействий, действующих на объект управления.
Тип, мощность и количество котельного оборудования зависит от мощности теплостанций. На рассматриваемой РТС установлены котлы типов КВГМ 100 и 120 Гкал/час. Состав насосного и вентиляторного оборудования зависит от типа котлов. Котлы КВГМ снабжены общим дутьевым вентилятором и дымососом. Структурно общими и необходимыми для любой станций являются сетевые насосы, насосы рециркуляции, подпитки обратной сетевой магистрали и исходной воды. Мощность единичных электроприводов насосов определяется установленной тепловой мощностью теплостанций, а количество одинаковых по назначению еще и задачами резервирования. На рисунке 1, схематично показана технологическая линия крупной районной тепловой станции, состоящей из двух очередей, каждая из которых включает два котла типа КВГМ. Сетевые насосы СН-1 - СН-7 являются общими для всех очередей и включаются в работу в зависимости от режима теплосети. Насосы рециркуляции РН1 - РН2, РНЗ-РН4 (основной и резервный) являются общими для всей теплосети.
Водогрейный котел (ВК) используются для подогрева сетевой воды до требуемого по диспетчерскому графику уровня - 75-ь150С [1,6]. Автоматическое регулирование ВК заключается в поддержании заданного вручную (в соответствии с диспетчерским графиком) значения температуры сетевой воды и обеспечении экономичности процесса горения путем поддержания соотношения "топливо - воздух" и разрежения в топке (ВК) [8].
Котел как объект регулирования представляет собой сложную динамическую систему с взаимосвязанными входными и выходными параметрами. Все параметры можно поделить на внешние и внутренние [1,2].
Назначением котла как энергетического агрегата является генерация заданного количества тепла и требуемых параметров, в соответствии с чем, основными внешними регулируемыми параметрами котла являются расход Fne(M3/4ac), давление РПе(кг/см2) и температура Тпе(с0).
Температура является переменной величиной и определяется нагрузкой потребителя. В соответствии с графиком температура поддерживается постоянной в пределах допустимых отклонений, а давление может поддерживаться постоянным или изменяться, в процессе работы.
Математическое представление объекта регулирования
Основным математическим аппаратом, позволяющим исследовать ДС, являются дифференциальные уравнения (ДУ), аргументом в которых служит время. В основе дифференциальных уравнений, описывающих ДС, лежат уравнения сохранения вещества и энергии для нестационарного режима, уравнения материального и теплового баланса [2, 5,17].
Для многих регулируемых объектов отклонение параметра, вызванное нарушением материального или энергетического баланса, в свою очередь оказывает влияние на приток или расход в сторону уменьшения возникшего небаланса, т.е. в сторону восстановления нового установившегося состояния. Способность объекта приходить после возмущения в новое установившееся состояние без вмешательства регулятора называется свойством самовыравнивания (саморегулирования) объекта [33]. У объектов с самовыравниванием каждому положению регулирующего органа соответствует свое установившееся значение регулируемого параметра. Объекты, обладающие свойством самовыравнивания, называются статическими объектами. 2.3 Определение динамических характеристик объекта.
Для оценки свойств регулируемых объектов в большинстве случаев служат динамические характеристики, полученные экспериментальным путем. На пример к таким характеристикам относятся разгонные характеристики объекта[2,14,19,33].
Разгонные характеристики объекта можно снимать в тех случаях, когда по производственным условиям имеется возможность нанести значительное возмущение на объект и оставить его действовать время, достаточное для того, чтобы закончился переходный процесс, т.е. чтобы стабилизировался регулируемый параметр.
Для расчета параметров динамической настройки автоматической системы регулирования, необходимо определить характеристики объекта управления: условное запаздывание объекта; постоянную времени объекта; коэффициент передачи объекта.
Полученные динамические характеристики объекта, необходимы для правильной настройки регуляторов. В каждом конкретном случае свойства регулятора должны соответствовать свойствам регулируемого объекта и тем требованиям к качеству регулирования, которые определяются особенностями данного технологического процесса. 2.4 Понятие о качестве АСУ.
К системам управления предъявляются три основных требования: по точности в установивпшхся режимах, по устойчивости и по качеству переходных процессов. Устойчивость, т.е. затухание переходных процессов, является необходимым, но не достаточным условием практической пригодности системы. Необходимо, чтобы система обладала еще рядом качественных показателей, о которых можно судить по характеру протекания переходных процессов. Эти показатели отражают быстродействие и запас устойчивости систем [2,5,13,19].
Быстродействие системы определяется по длительности переходного процесса (процесса регулирования) tp. Временем регулирования tp называется время, в течение которого, начиная с момента приложения воздействия на систему, отклонения значений регулируемой величины от ее установившегося значения не будут превышать некоторого наперед заданного значения (допустимой ошибки A): h(t)-hycT A. Величина hycr в частном случае равна нулю.
Одним из показателей качества может служить колебательность -количество полных колебаний за это время. Нормальным считается І4-2 колебания за время регулирования tp. По окончании переходного процесса установившееся значения hyCT может быть не равно заданному значению регулируемого параметра нз. В этом случае определяется значение установившейся ошибки Лпу(Л.. Степенью затухания \j/ называется отношение разности двух соседних амплитуд одного знака кривой переходного процесса к большей из них:
Автоматические регуляторы классифицируются по назначению, принципу действия, конструктивным особенностям, виду используемой энергии, характеру изменения регулирующего воздействия и т.п. По принципу действия они подразделяются на регуляторы прямого и непрямого -действия [2,7,16]. Регуляторы прямого действия не используют внешнюю энергию для процессов управления, а используют энергию самого объекта управления (регулируемой среды). Примером таких регуляторов являются регуляторы давления. В автоматических регуляторах непрямого действия для его работы требуется внешний источник энергии.
По роду действия регуляторы делятся на непрерывные и дискретные [2,7,16]. Дискретные регуляторы, в свою очередь, подразделяются на релейные, цифровые и импульсные. По виду используемой энергии они подразделяются на электрические (электронные), пневматические, гидравлические, механические и комбинированные. Выбор регулятора по виду используемой энергии определяется характером объекта регулирования и особенностями автоматической системы. По закону регулирования они делятся на двух- и трехпозиционные регуляторы, типовые регуляторы (интегральные, пропорциональны, пропорционально-дифференциальные, пропорционально-интегральные, и пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы - сокращенно И, П, ПД, ПИ и ПИД - регуляторы), регуляторы с переменной структурой, адаптивные (самонастраивающиеся) и оптимальные регуляторы [2,5]. Двухпозиционные регуляторы нашли широкое распространение, благодаря своей простоте и малой стоимости. По назначению регуляторы подразделяются на специализированные (например, регуляторы уровня, давления, температуры и т.д.) и универсальные с нормированными входными и выходными сигналами и пригодные для управления различными параметрами.
По виду выполняемых функций регуляторы подразделяются на регуляторы автоматической стабилизации, программные, корректирующие, регуляторы соотношения параметров и другие. Основная задача системы регулирования состоит в выборе такого типа регулятора, который при минимальной стоимости и максимальной надежности обеспечивал бы заданное качество регулирования. Разработчиком могут быть выбраны релейные, непрерывные или дискретные (цифровые) типы регуляторов. Для того, чтобы выбрать тип регулятора и определить его настройки необходимо знать: 1. Статические и динамические характеристики объекта управления. 2. Требования к качеству процесса регулирования. 3. Показатели качества регулирования для серийных регуляторов. 4. Характер возмущений действующих на процесс регулирования.
Выбор типа регулятора обычно начинается с простейших двухпозиционных регуляторов и может заканчиваться самонастраивающимися микропроцессорными регуляторами. Заметим, что по требованиям технологического регламента многие объекты не допускают применения релейного управляющего воздействия.
Рассмотрим показатели качества серийных регуляторов. В качестве серийных предполагаются непрерывные регуляторы, реализующие И, П, ПИ и ПИД - законы управления. Теоретически, с усложнением закона регулирования качество работы системы улучшается. Известно, что на динамику регулирования наибольшее влияние оказывает величина отношения запаздывания к постоянной времени объекта т/Т. Эффективность компенсации ступенчатого возмущения регулятором достаточно точно может характеризоваться величиной динамического коэффициента регулирования Rd, а быстродействие - величиной времени регулирования.
Исследование объекта с воздействием на направляющие аппараты системы управления
Одним из важнейших параметров, подлежащих обязательному автоматическому регулированию, является разрежение в топке котла "Ht". Автоматическое регулирование процесса должно обеспечить поддержание в заданных пределах разрежения. Согласно требованиям, предъявляемыми на станции, для оптимального технологического процесса значение разрежения устанавливается равным 12 мм.вод.ст.
Значительное превышение или наоборот занижение установленных норм влечет за собой снижение КПД, увеличение выбросов, химический недожог топлива. Для определения динамических свойств объектов воспользуемся методом экспериментального определения динамических характеристик объектов, так как, по сравнению с аналитическими методами, они наиболее достоверны и более доступны. Основными причинами изменения разрежения является: изменение расхода подаваемого воздуха на объект (топку котла), изменение подачи топлива участвующего в процессе горения, изменение удаления газов из топки. Поддержание постоянного разрежения осуществляется путем изменения расхода подаваемого воздуха и изменение отвода продуктов сгорания из топки котла, воздействуя тем самым на регулирующие органы (РО) направляющих аппаратов (НА) дутьевого вентилятора и дымососа.
Регулирующие органы бывают: пассивные - дросселирование потока; активные - изменение производительности нагнетателя. Примером пассивных РО, могут служить шибера, регулирующие клапана. К активным РО относятся нагнетатель (насос, компенсатор), направляющие аппараты.
Используя теоретические и практические знания об объекте, можно предположить, как поведет себя объект в динамике. Схема для проведения эксперимента приведена на рисунке 41. При проведении эксперимента необходимо снять переходные характеристики объекта - по изменению параметра разрежения Ht при возмущении расходом уходящих газов (в дальнейшем - основной канал). В настоящее время для контроля изменения Ht установлены датчики «Метран» для измерения разрежения с диапазоном измерения +20 мм.вод.ст. Датчики соединяются с микропроцессорным контроллером с помощью модулей УСО, которые установлены непосредственно вблизи от объекта.
Сигнал по разрежению в топке котла поступает в контроллер от датчика. Необходимое задание по поддержанию разрежения в топке котла формируется с операторских станций в виде числового задания параметра разрежения. В качестве изменения положения направляющего аппарата используется сигнал о положении направляющего аппарата. Сигнал так же поступает в контроллер. Дымосос вращается с постоянной скоростью, скорость изменения потока уходящих газов регулируется исполнительным механизмом (ИМ) за счет изменения положения направляющего аппарата. По виду используемой энергии исполнительные механизмы бывают: 1) пневматические; 2) гидравлические; 3) электрические.
В пневматических (ИМ) используется энергия сжатого воздуха. В гидравлических используется энергия сжатой жидкости. В качестве жидкости используется машинное масло. В электрических - электрическая энергия. В основе электрических исполнительных механизмов (ЭИМ) лежат асинхронные электрические двигатели с постоянным числом оборотов. В качестве ЭИМ, для изменения положения направляющих аппаратов дымососа и вентилятора котла, используется механизм электрический однооборотный (МЭО). Управление МЭО осуществляется за счет подачи на его вход электрических импульсов.
Определение динамических характеристик объекта регулирования проводят на работающем оборудовании. При этом все защиты и блокировки должны быть включены и обеспечена безопасность проведения экспериментов. Динамические характеристики объектов регулирования представляют в виде передаточных функций, которые получают путем аппроксимации кривых разгона (временных характеристик при ступенчатом однократном возмущении). Передаточные функции объектов регулирования используют для расчета параметров регуляторов.
Возмущение - испытательный сигнал, вносимый путем перемещения регулирующего органа с помощью исполнительного механизма. Время действия испытательного сигнала на объектах с самовыравниванием должно быть больше времени установления нового значения регулируемой величины, а на объектах без самовыравнивания должно быть больше времени для установления постоянной скорости изменения параметра. На объектах без самовыравнивания время действия испытательного сигнала должно быть меньше времени достижения регулируемым параметром предельно допустимых значений. Во время действия испытательного сигнала регулируемый параметр регистрируется. В процессе эксперимента оценивают плавность кривой разгона (уровень помех на ней). Если уровень помех незначительный, то для обработки снимают не менее четырёх кривых разгона, в противном случае их количество доводят до десяти. Схему проведения эксперимента можно представить в виде одноконтурной системы автоматического регулирования. На рисунке 42 представлена одноконтурная схема регулирования. В качестве объекта управления (ОУ) рассматривается топка котла. В качестве сигнала от датчика (Д+НП) рассматриваются сигналы по разрежению в топке и давление воздуха на котел. Задающим устройством (ЗУ) - является сигнал по заданию. Регулятор представляется регулятором типа ПИ и широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).
Преобразователи частоты
Выходная частота в современных преобразователях может изменяться в широком диапазоне и быть как выше, так и ниже частоты питающей сети. Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть преобразователей обычно выполнена на тиристорах или транзисторах, которые работают в режиме электронных ключей. Управляющая часть выполняется на цифровых микропроцессорах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита). Преобразователи частоты, применяемые в регулируемом электроприводе, в зависимости от структуры и принципа работы силовой части, разделяются на два класса: 1 .Преобразователи частоты с явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока. 2.Преобразователи частоты с непосредственной связью (без промежуточного звена постоянного тока). Каждый из существующих классов преобразователей имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют область рационального применения каждого из них. Исторически первыми появились преобразователи с непосредственной связью (рисунок 54), в которых силовая часть представляет собой управляемый выпрямитель и выполнена на не запираемых тиристорах. Система управления поочередно отпирает группы тиристоров и подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети.
Преобразователи с непосредственной связью Использование не запираемых тиристоров требует относительно сложных систем управления, которые увеличивают стоимость преобразователя. Для преобразователей с непосредственной связью свойственно появление «Резанной» синусоиды на выходе преобразователя являющийся источником высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери в электрическом двигателе, перегрев электрической машины, снижение момента, очень сильные помехи в питающей сети. Применение компенсирующих устройств приводит к повышению стоимости, массы, габаритов, понижению к.п.д. системы в целом.
Наряду с перечисленными недостатками преобразователей с непосредственной связью, они имеют определенные достоинства. К ним относятся: практически самый высокий КПД относительно других преобразователей (98,5% и выше), способность работать с большими напряжениями и токами, что делает возможным их использование в мощных высоковольтных приводах, относительная дешевизна, несмотря на увеличение абсолютной стоимости за счет схем управления и дополнительного оборудования. Подобные схемы преобразователей используются в старых приводах и новые конструкции их практически не разрабатываются. Наиболее широкое применение в современных частотно регулируемых приводах находят преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока .
В преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямителе (В), фильтруется фильтром (Ф), сглаживается, а затем вновь преобразуется инвертором (И) в переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды. Двойное преобразование энергии приводит к снижению к.п.д. и к некоторому ухудшению массогабаритных показателей по отношению к преобразователям с непосредственной связью. Для формирования синусоидального переменного напряжения используются автономные инверторы напряжения и автономные инверторы тока.
В качестве электронных ключей в инверторах применяются запираемые тиристоры GTO и их усовершенствованные модификации GCT, IGCT, SGCT, и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT.
Главным достоинством тиристорных преобразователей частоты, как и в схеме с непосредственной связью, является способность работать с большими токами и напряжениями, выдерживая при этом продолжительную нагрузку и импульсные воздействия. Они имеют более высокий КПД (до 98%) по отношению к преобразователям на IGBT транзисторах (95 - 98%).
Преобразователи частоты на тиристорах в настоящее время занимают доминирующее положение в высоковольтном приводе в диапазоне мощностей от сотен киловатт и до десятков мегаватт с выходным напряжением 3 - 10 кВ и выше.
SGCT — модификация запираемого тиристора (GTO — Gate Turn-Off thyristof) с интегрированным драйвером. Размещение драйвера вблизи от силового прибора SGCT, определяет низкую индуктивность цепи управления, что обеспечивает более однородное и эффективное управление силовым коммутирующим прибором. В результате новый прибор лучше подходит, чем обычный GTO, для работы с пульсирующими - при включении и выключении тиристора - уровнями напряжения и тока. Прибор SGCT имеет такие же характеристики, как и прибор IGCT (используется на приводах с трехуровневым инвертором напряжения - VSI-3), включая низкую проводимость и небольшие коммутационные потери при переключении, низкую интенсивность отказов, и двустороннее охлаждение для снижения теплового напряжения. Однако, SGCT обладает способностью держать (блокировать) напряжение в прямом и обратном направлениях до 6500 В за счет NPT-структуры (Non- Punchhrough Structure - Не Пробиваемая Структура) с почти симметричным PNP транзистором в подложке, в то время как ток однонаправлен. Прибор IGCT блокирует напряжение только в одном направлении и позволяет протекать току, как в прямом, так и в обратном направлениях; и, следовательно, нуждается в установке встречного диода.
Применение приборов SGCT в PowerFlex 7000 дает существенные преимущества, включая: 1. Упрощение конструкции и уменьшение размера конденсатора почти в 10 раз. 2. Работа при более высокой частоте модуляции (420-540 Нг),и, следовательно, уменьшение размеров пассивных компонентов (реактора звена постоянного тока и конденсаторов фильтра двигателя) на 50 %. 3. Улучшение работы привода. 4. Уменьшение числа компонентов, и, следовательно, увеличение надежности, снижение стоимости и размеров привода. 4.4. Применение ЧРП в системах управления.
Как говорилось в первой главе, водогрейный котел является объектом для нагрева сетевой воды потребителя с заданным режимом работы теплосети. Заданный уровень обеспечивается созданием соответствующих температурных режимов, согласно режимной карте работы котла, при которой сгорает определенное количество топлива. В свою очередь процесс сжигания имеет критические моменты. Химическая сторона горения топлива представляет собой реакцию окисления горючих элементов молекулами кислорода. Для горения используется кислород, находящийся в атмосфере. Воздух в топку подается в определенном соотношении с газом посредством дутьевого вентилятора. Соотношение газ-воздух составляет примерно 1:10.
При недостатке воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание топлива, и несгоревший газ выбрасывается в атмосферу, что ведет к снижению экологических характеристик котельной и нерациональному использованию топлива. Избыточная же подача воздуха в топочную камеру приводит к полному сгоранию топлива. Однако при этом происходит охлаждение топки, что также снижает эффективность агрегат [31,43]. Кроме того, остатки кислорода и азот, присутствующий в воздухе, будут образовывать двуокись азота, что также недопустимо, поскольку это соединение вредно для человека и окружающей среды. Поэтому регулирование подачи воздуха для сжигания топлива необходимо как физически, так и экономически.
Вместе с тем, отсутствие разряжения в топке приводит к обгоранню горелок и нижней части топки, дымовые газы при этом пойдут в помещение цеха, что сделает невозможной работу обслуживающего персонала. Таким образом, создание и поддержание разряжения в топке котла является необходимым условием для поддержания топки под наддувом.
