Разработка и исследование системы НПЧ-АД с программным формированием частоты вращения для механизмов вентиляторного типа

• Автор: Усатый, Дмитрий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 162 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ МОДЕРНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
]. 1 Обзор состояния электроприводов переменного тока на примере ОАО“ММК”
1.2. Современные способы и средства улучшения регулировочных возможностей короткозамкнутых асинхронных двигателей
1.3. Особенности ступенчатого формирования напряжения и частоты
в системе НПЧ-АД
1.4.Обоснование целесообразности применения НПЧ со ступенчатым
формированием частоты для вентиляторных электроприводов
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯМИ НПЧ ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО ФОРМИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ
ВРАЩЕНИЯ АД
2.1. Обоснование принципов управления НПЧ при ступенчатом
формировании выходной частоты
2.2 Выбор базовой схемы ЕГПЧ и описание принципов программного формирования напряжения и частоты
2.3. Разработка алгоритмов управления вентилями при 3- пульсном питании АД
2.4 Разработка алгоритмов управления вентилями преобразователя
при шеетипульсном питании
2.5 Обобщение алгоритмов управления вентилями НПЧ
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ НПЧ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
3.1 Особенности реализации традиционных способов управления НПЧ
3.2. Особенности НПЧ с раздельным программным управлением
3.3 Разработка универсального контроллера для программного управления НПЧ
3.4 Краткое описание экспериментальной установки
3.5 Задачи исследований и методика обработки экспериментальных данных
3.6 Анализ результатов экспериментальных исследований
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 4. УСТАНОВЛЕНИЕ СООТНОШЕНИЙ ДЛЯ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕНИЙ И МИНИМИЗАЦИИ ГОКОВ В СИСТЕМЕ НПЧ-АД С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
4.1 Расчет амплитуды первой гармоники напряжения при различных алгоритмах управления вентилями
4.2. Анализ условий снижения потребляемого тока при частотном
управлении АД
4.3 Методы расчета значений минимального тока для заданных моментов
на валу АД
4.4. Расчет минимального тока по круговым диаграммам АД
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Известно, что до 50% потребления электроэнергии в стране приходится на массовый нерегулируемый электропривод на базе асинхронного короткозамкнутого электродвигателя [1]. Механизмы с вентиляторной нагрузкой занимают особое положение по потреблению электроэнергии. На их долю приходится около 20з-25% всей вырабатываемой электроэнергии [2]. Подавляющее большинство этих механизмов продолжают оставаться нерегулируемыми. В современной экономической ситуации практически единственным условием выживания для многих предприятий является ускоренное решение проблем энергоресурсосбережения и рационального электропотребления. Для эффектного решения этих проблем необходим переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому.
Наиболее остро проблемы энергоресурсосбережения проявляются в энергоёмких производствах, особенно на металлургических предприятиях. Электрослужбы большинства таких предприятий, в том числе и крупнейшего в России ОАО “ММК” (г. Магнитогорск) в поисках резервов по энергоресурсосбережению обратили серьёзное внимание на комплекс электроприводов вспомогательных механизмов. Среди них особое место занимают механизмы с вентиляторной нагрузкой (вентиляторы, насосы, компрессоры, воздуходувки, дымососы и др.). Электроприводы этих механизмов выполнены на двигателях переменного тока и являются нерегулируемыми, что исключает какие-либо возможности снижения электропотребления при снятии технологических нагрузок. Следует также принять во внимание, что тяжелые условия нерегулируемого пуска вынуждают оставлять в работе вентиляторы и насосы во время плановых остановок и простоев технологических агрегатов. В частности расчеты, проведенные по листопрокатному цеху № 4 ОАО “ММК” (стан “2500” горячей прокатки) показывают, что доля постоянных непроизводительных составляющих электропотребления в общих затратах электроэнергии довольно значительна,

сложные варианты НПЧ повышенной пульсности имеют 36, 54 или 72 выходных каналов формирования управляющих импульсов. Однако следует заметить, что программная реализация многоканальной системы формирования управляющих сигналов значительно проще, чем традиционная аппаратная. По этой причине, в связи с появлением программируемой элементной базы, открылась перспектива создания систем программного управления НПЧ. При разработке алгоритмов управления НПЧ для электроприводов вентиляторных механизмов предлагается реализовать следующие принципы:
1. Отсутствует необходимость контроля проводящего состояния вентилей при смене полярности полуволн тока и напряжения.
2. Углы управления задаются программно при настройке преобразователя для каждой ступени частоты вращения в соответствии с характеристикой вентиляторного механизма и могут при необходимости корректироваться.
3. Реализуется закон управления с постоянным углом а, что равносильно подаче на вход СИФУ в традиционных системах напряжения управления прямоугольной формы.
4. Режим инвертирования при смене полярности напряжения отсутствует, так как снижение тока до нуля происходит на участках перехода синусоиды в область отрицательных значений, а волна напряжения противоположной полярности формируется с интервалом >72/от, где т - пульсность напряжения преобразователя.
Для вентиляторных приводов, как уже отмечалось ранее, характерна работа с заведомо известной нагрузкой, которая определяется механической характеристикой вентилятора или насоса. При снижении частоты вращения нагрузка на двигателе снижается в квадратичной зависимости, что весьма заметно может сказаться на величине тока статора. Поэтому реализация, выше сформулированных принципов частотного управления в вентиляторных электроприводах может оказаться вполне достаточной при решении задач по энергосбережению.