Разработка высоковольтного электропривода с вентиляторной нагрузкой по системе 18-пульсный НПЧ-АД

• Автор: Криницын, Станислав Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 166 с. : ил.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ МОДЕРНИЗАЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1.1. Общая оценка состояния электроприводов турбомеханизмов и требований к ним в промышленности

1.2. Анализ вариантов модернизации

1.3. Современное состояние и тенденции развития технических средств

для частотного регулирования

1.3.1. Элементная база современных высоковольтных частотнорегулируемых электроприводов

1.3.2. Обзор существующих преобразователей частоты на тиристорах

1.3.3. Современные преобразователи частоты для энергосберегающего электропривода

1.4. Проблемы, связанные с эксплуатацией высоковольтных преобразователей частоты на полностью управляемых ключах

1.4.1. Отрицательное влияние коммутационных перенапряжений

1.4.2. Электромагнитная совместимость преобразователей частоты и приводных асинхронных двигателей
1.5. Оценка перспектив применения многоскоростных АД для задач энергосбережения в вентиляторных механизмах
1.6. Технико-экономическое обоснование выбора системы НПЧ-АД для ступенчатого регулирования и постановка задачи по созданию объектно-ориентированного преобразователя частоты
Выводы
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ПРОГРАММНОГО ФОРМИРОВАНИЯ СТУПЕНЕЙ ЧАСТОТЫ НАПРЯЖЕНИЯ В СИСТЕМЕ 18-ПУЛЬСНЫЙ НПЧ-АД И ИХ ОПИСАНИЕ
2.1. Принципы построения алгоритмов программного формирования напряжения в НПЧ
2.2. Разработка алгоритмов формирования ступеней пониженной частоты напряжения на базе 18-пульсного НПЧ
2.3. Разработка алгоритма формирования высоковольтного напряжения
2.4. Представление алгоритмов программного формирования напряжения
на основе переключающих функций
2.5. Использование топологии схемы и матрицы коммутаций для описания алгоритмов НПЧ-АД
Выводы
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ 18-ПУЛЬСНОГО НПЧ С РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ НАГРУЗОК В РЕЖИМЕ ПРОГРАММНОГО ФОРМИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ‘
3.1. Описание модели системы с 18-пульсным НПЧ
3.2. Моделирование работы 18-пульсного НПЧ на R-нагрузку
3.3. Моделирование 18-пульсного НПЧ HaRL- нагрузку
3.4. Исследование на модели системы 18-пульсный НПЧ-АД
3.4.1. Формирование режимов работы НПЧ-АД на пониженных частотах
3.4.2. Особенности формирования частоты 37,5 Гц при работе АД
3.5. Оценка влияния системы 18-пульсный НПЧ-АД на питающую сеть
Выводы
Глава 4. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СИСТЕМЫ 18-ПУЛЬСНОГО НПЧ-АД С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
4.1. Анализ условий минимизации потерь в АД
4.2. Расчет минимума тока статора в системе НПЧ-АД
4.3. Исследования замкнутой системы НПЧ-АД при программном формировании напряжения на частоте 37,5 Гц
4.4. Описание экспериментальной установки НПЧ-АД с программным формированием напряжения
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
В настоящее время, подавляющее большинство высоковольтных электроприводов переменного тока с нагрузкой вентиляторного типа (вентиляторы, насосы, компрессоры, воздуходувки, дымососы и др.) продолжают оставаться нерегулируемыми. В условиях постоянного роста цен на электроэнергию на предприятиях обострилась проблема энерго-, ресурсосбережения и появилась необходимость в их модернизации. Общеизвестно, что превышение электропотребления в механизмах данного типа составляет во многих случаях 30-40%. На энергоёмких производствах, в том числе и на ОАО ММК (г. Магнитогорск) уделяется значительное внимание решению проблем энергосбережения и рационального потребления энергоносителей.
В целом, установленная мощность электроприводов механизмов вентиляторного типа в ОАО «ММК» составляет около 200 МВт, в том числе 160 МВт приходится на высоковольтные двигатели переменного тока с напряжением 3, 6 кВ и выше. Таким образом, значительная доля электропотребления приходится на высоковольтный электропривод турбомеханизмов, который в своем большинстве продолжает оставаться нерегулируемым.
Существует широкий круг высоковольтных вентиляторных механизмов, для которых по сезонным условиям необходимо обеспечить несколько или даже одну дополнительную ступень частоты вращения. К таким механизмам следует в первую очередь отнести вентиляторы машинных залов прокатных цехов, производительность которых в зимнее время избыточна. Расчеты, проведенные для электропривода вентилятора машзала ЛПЦ-4 мощностью 630 кВт, показали, что при понижении в зимнее время (на период 120-160 суток) частоты вращения на 25% достигается заметное снижение электропотребления. При существующих ценах на электроэнергию ожидаемая экономия в денежном выражении составит свыше 800 тыс. рублей. Для этого достаточно в зимний период времени реализовать питание двигателя от ступенчатого преобразователя частоты с частотой выходного напряжения, например 37,5 Гц.

вентиляторного привода в энергосбережении при переходе на пониженные частоты вращения, мощноть снижается при этом в куб раз.
Исходные данные вентилятора: мощность двигателя Рдв=630 кВт, п=750 об/мин, и=3,15 кВ, 1„=Т50 А, коэффициент загрузки двигателя К3=0,85, стоимость электрической энергии 0,96 руб/кВтчас,
Кснр=1-0,753=0,578-коэффициент снижения потребляемой мощности, Траб=120*24=2880 часа в год,
Стоимость от экономии электроэнергии в год С,=Рдв*Кз*Траб*Кс„р*14л=630*0,85*2880*0,578*0,96руб-855758,1 руб.
Существующие образцы современных высоковольтных преобразователей ориентированы на плавное регулирование выходной частоты и имеют два варианта исполнения: с трансформаторами и без них. Трансформаторный вариант имеет структуру типа «понижающий трансформатор - двухзвенный преобразователь частоты - повышающий трансформатор».
Таблица 1
Сравнительная оценка цены многоскоростного двигателя
Название Тип устройства Цена, руб.
Двухскоростной двигатель 2АОД-630/315-8/10 979200
Переделка двигателя в четырехскоростной 142374,4
Масляный выключатель, 4 шт. ВМПЭ-10-63 0-20 128000
Другие расходы 60000
Общая стоимость 1309574,4
Второй тип высоковольтного варианта выполнен путем последовательного соединения определенного количества вентилей.
Количество последовательно соединенных вентилей в силовом блоке определяется классом вентиля по напряжению и выходным напряжением преобразователя. Существуют также и многоуровневые ПЧ, состоящие из вентилей напряжением до 3 кВ.