автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Тиристорный комплекс повышенной частоты для питания групповой двигательной нагрузки

ХАРЬКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛШИ ПОИГГЕХШИЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ В.И.ЛЕНИНА

На п^вйх рук'описи

Тоиашевский Юрий Болеслаиойич

Т1!РИСТ0?1Ш<1 КОМПЛЕКС ПОВЫШЕННОЙ ШЯОТН ¿М ПИТАНИЯ ГРУППбВОЛ ДВИГАТЕЛЬНОЙ ИАГРУЗЮГ

05.09.12 - полупроводниковые прообразовывай эгемрооНврг^Г"

Автореферат диссертации на соийкение ученей отоггси:г кандидата технических нау1$'

Харьков - 10?2

Работа выполнена в Саратовской ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте

- профессор кафедри электротехники и электрооборудования Кантер И.И.

- доктор технических наук, с.н.с. Глибицкий U.U.

- кандидат технических наук, с.н.с. Щербак Я.В.

~ Институт электродинамики АН Украина (г. Киев)

Защита состоится "¿5" gripP/fl IS92 г. в К 50 на заседали специализированного совета К G68.39.06 при Харьковском политехническом институте имени В.И. Ленина (310002, г. Харьков, ГСП, ул. Фрунзе, 21).

С диссертацией можно ознаксыиться в библиотеке Харьковского политехнического института имени В.II. Ленина.

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

Автореферат разослан „20- марта 1992 г,

Учены!1 секретарь специализированного совета Л Гончаров С.П.

г,' ', и л -'.'ртьцИ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение технологического уровня производства связано с созданием и внедрением в производство приннипи*-алъно новой техники и материалов, прогрессивных технологий, что сопровождается увеличение)) потребления электроэнергии л преобразованном виде. В зтой связи ваг-ное течение приобретают задачи улуч-аения ¡энергетических, показателей преобразовательных устройств и создания эффективных комплексов па их основе, предназначенных для работы в системах ¡электроснабжения промииленних предприятий на повышенных частотах, так как- их реаение з конечном итоге связано с повышением о]фектиЕности производства.

0с!!ое!Ц.'м гидом трехфазной цеховой нагрузки, питающейся от источников пешиеппой частоты, является двигательная нагрузка, мок-трэспабдение которой г> ностоязсе время осуцествляется, как правило, индивидуально па базе млсинных или вытесняющих их полупровод- ( ннкопых преобразователей, для ряда иопинострозтояьнвх производств характерно наличие больших групп высокоскоростных ас: 'хронних дви-гаюлс.1. Примером могут слукщь двигатели главного движения Еьугр'л-<зл;!|овалы1«х станков в подшипниковой ярсчиэкениссти*

'¡ектипкич спссобсм построения систем питания группокоЯ .двигательной нагрузки (ГЛН) является создание обчей сегл повышенной частоты на базе•тиристорных преобразователей частоты (ТПЧ) с нпн:;н звеном постоянного тока и инвертором- тока в выходном ззеф. Использование в"инверторной части-отдельного иреобрагозат(^йя схем со структурной избыточностью мощности конденсаторной батареи (КБ) позволяет обеспечить коммутацииннуп устойчивость инвертора з режиме короткого замыкания (113) з нагрузке и добиться, зисокого жчидтва кривой выходного напряжения при конденсаторное суммировании й^ходной мощности. Повышение з оптимальных пределах единичной мощгссти отдельного Т174 и включение их на параллельнуп работу-позволяет оо^ эдазать гибкие тиристорнне комплексы; дапцие возможность Не только высвободить производственные плосади, уменьаить затраты на обслуживание и ремонты, земетно снизить уровни аумз на рабо!ИХ нестал,,, но и существенно унучанть з эргетические и гксплуате«иэнтав характеристики цеховых сете? электроснабжения. В нветояпеё'яреяя еуй-марная потребная мсичость отдельного предприятия, з^яуск-цэаегт подшипники, составляет 5С0-10С0 кВт в диалчзенв частот ЗСС-ШХ) .Гц.

Нэ основании изло<;еччрго слел"ет, что разработка и яссл^дэгя-няе ТПЧ и комплексов на их осноэе для питания ГДй является акту ел I-

ноя задачей, решение которой способствует пониманию эффективности машиностроительного производства.

Целью работы является разработка и исследование ТП4 па базе инверторов тока со структурной избыточности модности КБ и комплекса на основе их/параллельного, включения, питающего ГДН.

Методика исследования, проведенных в диссертации, основана но использовании метода одного интервала в сочетании с блочным моделированием и метода основной гармоники на отапе предварительного выбора .элементов преобразователя. .

Для .-удобства практического использования результаты диссертации представлены в виде графиков и таблиц. Правильность полученных результатов подтверждено экспериментально.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что:

- в классе инверторов тока выделен подкласс инверторов со структурно!'! избыточностью реактивной'мощности КБ и предложена методика ее количественной'оценки, на основе которой разработана комбинированная схема двухмостового инвертора с оптимальными параметрами суммарной батареи конденсаторов и с улучшенным гармоничс-

лим составом выходного напряжения;

- разработана теория новой шшерторной схемы, позволяющая выявить основные со свойства и характеристики в установившихся и аварийных ренинах, а такие при двигателыю:-, характере нагрузки. Предложена и на примере дацпой схемы'реализована методика предварительного расчета установившегося режима двухмостопых бестрансформаторных инверторов тока с многоэлсмеитной структурой КБ;

- предложен подход к построению тирпсторнсго комплекса новы-венной частоты (ТК НЧ) на базе параллельно работающих преобразователей с звеном■постоянного тока и разработанным вариантом инвер-торной части, основанный на варьировании их числа в зависимости от степенй г>чгрузки выходной сети и позволяащий создавать аффективные системы питания ГДН;

- выявлены зависимости распределения топов и напряжений между преобразователями частоты при их параллельной работе в составе ти-ристорного комплекса (ТК) как в статических, так и в динамических режимах, включающих перестройку силовой части комплекса;

- разработаны способы реализации вариантов комплекса с варьи-роранием числа преобразовательных агрегатов, учитывающие временной и коли)сотсониия фактор изменения нагрузки;

- предлоненн варианты построении моделей ТК и ГДН, позволявшие пй^згдить численные эксперименты по исследово"ив основных режимов

работы комплекса, вклвчая аварийные.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в tow,

что:

- о результате проведенных исследования стало возможным проектирование и создание надежных и эффективных тиристорных комплексов посызенной частоты для питания ГДН с инверторной частью на основе параллельной работы инвертора с расщепленной КБ и поолвдова-тельно-параллельного с улучшенным гармоническим ооставон выходного напряжения; (

- дана рекомендация по выбору определявших параметров КБ в' инверторах тока с пестнэлементной ее структурой, являвщйхсй базовыми при создании сетей повышенной частоты;

- предложены новые схемы систем управления группой параллельно работающих преобразователей частоты, позволяющие создавать гиб-кио структуры систем питания, которые могут найти самостоятельное примемсняо в электроприводе постоянного тока.

ТК на базе трех агрегатов .суммарной мопнбетьв 600 кВЛ, об?с-печизапчий питание цеховой двигательной нагрузки, образованной главными привода!»! внутрншлийсвальних станкоз, внедрен на 13-м Государственном Подшипниковом зазоде. Годозой зкянс«ичс0к[1й nt1>e;cT от использования ТК П'Г составляет 'i2,3 тис. рублей.

Материала дисоертааношюП работа испольгзгиш при г"5зр~<5стко и проектировании ТГН, прздгязнзчеигах' зля одиночной з ¡■л-

честве систем питания участков лиутрчалиТюзалмп« стгтков о'диапазоне частот 300*1000 Гц, внедренных на 3-м Государственном Подгип--никовоп заводе. " - . '

Основные положения, дкносиние.на гапчту:-'1 •

1) методика 'количественной отгки структурной'Избнточнсстн рс; активной мояносги КБ в'видоленноя подклассе инверторов тока с вес-тиэлементной ео структурой, на основе которой разработана комбинированная схема двухностовэго инвертора с оптика лмшм'и п4рйм4трй)1й суммарной КБ и с улучшенным гармоническим составом выходного напряжения; • ...... ••

2) теория новой инверторной схемы, позволяйся:гнязн?ъ,ог»?кг~ ные ее свойства и характеристики в устанозивсмхся Tfinepexosw* яимах, вклечая аварчйчие ситуации, а также при двигатеямо» характера нагрузки, содер^а^е.э рззработанкутз не толику пргдзасит'гльног'? расчета установившегося ргхигтз дзухмостозйх бестрапс^орп'аторних инверторов тока о многоэленгг.'т.чэЯ структурой КБ;

3) подход к построений ТК НА на базе параллельно Jrsicrcsi^i

; - • '' Ь

преобразователей со звеном постоянного тока и разработанным вари-» внтом инверторной чести, основанный на варьировании их числа в зависимости от степени загрузки выходной сети и позволяющий создавать эффективные системы питания ГДН;

4) конкрег'че способы эксплуатационной реализации вариантов ТК с варьированием'числа преобразовательных агрегатов, учитываа-щие временной и количественный фактор изменения нагрузки;

5) варианты построения моделей ТК и'ГДН, позволявшие проводить численные эксперименты по исследовании основных режимов работы комплекса, включая аварийные.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на:

- У Всесовзной научно-технической конференции "Автоматизация новейвих электротехнологических процессов в машиностроении на основе применения ППЧ с целью экономии материальных,.трудовых и энергетических ресурсов", г. Уфа, 193'* г.;

. - ГУ и У Всесоюзных научно-технических конференциях "Проблемы преобразовательной техники", г. Киев, 1587 г. и 199I г.;

- Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация :..',актротехнологнческих процессов в гибких производственных системах машиностроения на основе полупроводниковых преобразователей частоты", г. Уфа, 1Э87 г.; ~

- Всесоюзной научно-техничес.когичонференции "Энергетическая электроника,.н.а.транспорте",, г. Севастополь,"1990 г.;

- Всесоюзной-научно-технической.конференции "Проблемы энергосбережения в автономной электроэнергетике", г. Севастополь, 1391 г.; '

- ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского политехнического института в 1982 - 1ЭЭ1 годах.

Пуб* сации. По проведенным в диссертации исследованиям опубликовано 20 научных работ, получено 12 авторских свидетельств на изобретения. ■ ■ .....

Структура и объем работы. Диссертация состоит из е едения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть содержит 147 страниц машинописного текста, 76 рисунков, размещенных на 72 листах и 3 таблицы. Список использованных источников имеет 139 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во введении обосновывается актуальность тени исследований, формулируются задачи, решаемые в диссертации, а также выделены положения, выносящиеся на защиту.

В первой главе дается общая характеристика систем питания' ГДН на базе ТПЧ и рассматриваются требования, предъявляема к ним: значительная мощность в единице оборудования (сотни кВА); стабильность напряжения на общих шинах, питающих потребителей, и выходной частоты с заданной точностью при изменении нагрузки и питавшего напряжения; высокие значения основных энергетических характеристик (КПД, коэффициента мощности, качества кривой выходного напряжения и т.д.); возможность работы при перегрузках и КЗ в нагрузке; оперативный ввод и вывод резерва модности при колебаниях нагрузки.

Особенностью ГДН является значительная суммарная мощность при относительно малой мощности каждого двигателя, случайны:! характер пусков, загрузки и отключения станков и, как следствие, си роки Я диапазон изменения во.времени суммарного потребляемого тока и коэффициента мощности. Эффективным путем создания систем питания ГДН является включение на параллельную работу группы ТГН, что приводит К появлении тиристорных комплексов, которые позволяют не только решать задачу увеличения мощности, но и добиваться высоких значении энергетических и экспяуатационных показателей путем оперативного в зависимости от величины и характера нагрузки изменения структуры силовой части комплекса. На основании анализа известных схем ТП i показано, что наиболее гибкой и универсальной схемой преобразования частоты на диапазон выше 50 Гц является ти-ристорный преобразователь шетоты с промежуточным звеном постоянного тока, инверторная часть которого слукит основным "[актором, определяющим характер построения ТК ГН. Среди схем, работающих на разветвленную сеть и устойчивых к КЗ в нагрузке, оптимальным является инвертор тока с мнегоолементной КБ, позволяющий суммировать модность нескольких инверторов с одновременным преобразованием гпектра кривой выходного напряжения оез применения выходного многообмоточного трансформатора.

3 глазе показано, что параллельное включение группы Till позволяет подойти к создании ТК III не г-ж к простой ссвскушостл е.г-perarOii, а как к адаптивной системе, иоддзрливаваел чие )гет;песк»с показатели на flvokov у:>.---н~ при ллоых !»з:«еиен;ых в нлгру jkc . ifci jозиvi !:h,1W3J ;»!.-,•: " SKI'.);; управления 7K отя-.-ietio, иг licii-

более перспективной является основанная на варьировании в зависимости от величины и характера нагрузки количества параллельно работающих ТПЧ [ 14 ] . Функциональная схема ТК ПЧ с указанной стратегией управления предложена на рис. I. Подобная организация обеспечивает значение коэффициента загрузки работавших модуле!!, близким к номинальному в широком диапазоне изменения нагрузки, повивает надежность питания потребителей за счет равномерного распределения времени наработки между агрегатами, а также за счет образующегося резерва. Здесь - сигнал на выходе логического блока (ЛБ), единичный уровень которого соответствует включению преоОра-зователя на параллельную работу в составе ТК ГП, а нулевоя его отключение (переводу в резерв), ( £ ° I, М ).

Вторая глава посвящена проблеме уменьшения структурной избыточности мощности КБ в двухмостовых инверторах тока (.ИТ) с миого-элементной КБ, обладающих улучшенным гармоническим составом выходного напряжения и устойчивых к КЗ в нагрузке. В классе одномосто-вых ИТ выделен подкласс инверторов со структ. оной избыточностью мощности шеетиэлементной КЬ, основными схемными реаен..ями которого являются последодательно-параллельный, параллельно-последователь-ниЯ и инвертор с расщепленной КБ (РКБ), изображенные на рис. 2а. За и 4а соответственно. Для сравнительного анализа мощности КЬ •з;>едложена методика, основанная на йетоде первой гармоники и связанная с сопоставлением мощности КБ схемных ревений рассматриваемого подкласса 1]£{ + 0сг с мощностью .КБ параллельного ЛТ 0СО , вобранного за базис,так как его КЬ определяет минимум реактивной •мощности, необходимо?1 для обеспечения работоспособности ИТ. Уснов-ными параметрами, определяющими величину мощности аестиэлемснгной КЬ, являю.--я

' . 4-Е/С- , х»СД. а)

где С0 - емкость фазы параллельного инвертора при соединении конденсаторов в треугольник; и - хеличина емкости, равная С^ для последовательно-параллельного. и па-раллельно-последовательного ИТ и .СаС,-Сд/(С,> (V) для инвертора с РКБ. Определено,при• каких значениях X и с} Судет выполниться граничное ус; эие неравенства:

Ос, * и) "

задающего допустимые области изменения оп; ¡деляищих параметров КЬ. В •

На рис, 26, Зб и кй представлены граничные зависимости для соот- -ветствувщих схем рассматриваемого подкласса. Оценена избыточность анализируемых схем по мощности КБ в сравнении с параллельным ИТ. Для последовательно-параллельного, параллельно-последовательного ИТ и инвертора с РКБ относительное превышение, определяемое, по формуле = + Оа-О со I/O со > будет соответственно равно:

,r3(^/d-2B0sa.,ii^d)/x *d-\ ; сз)

дГ(ЗВ:- Зс4/Ы) - | - сч)

(5)

Здесь Sifliß, и В0 - относительные параметры нагрузки. Коэффициент В0 характеризуется отношением полной мощности нагрузки к реактивной мощности КБ параллельного ИТ.

ß базисе определявших параметров КБ для всех схем с шестнало-меитной ее структурой на основании выражений СЗ), (.'О и (5) определены диапазоны абсолютной коммутационной устойчивости.

С целью Получения схемы с минимальной структурной избыточностью ''5, позволяющей реализовать релиы компенсации высвих гармо-vi.'K, было предложено использовать двухмостовув схему на базе параллельной работы инвертора с РКБ и последовательно-параллельного, представленной на рис, 5. Схема для расчета устанои.шсегоея релина показана на рис. 6, где инверторние мосты М( и Мг заменены источниками тока в соответствующих фазах. Анализ осуществлен чм основе допущений метода первой гармоники и модификации метода узловых потенциалов, позволивших получить метод {«счета -окорас-пределения меЗДУ инверторами при заданных напряжениях питания, величины нагрузки и структуре КБ путем реаения системы алгебраше-ских уравнений;

MAIJU Md/К,

где К« = я/( ЗУб) „ К, = 2V5/ Jt ;

- величина сдвига импульсов управления moctj'j и ; ^ll . " комплексные выражения, вхлвчаицие комплексные

проводимости емкостных элементов схемы, а такье приводимость ¡азы нагрузки VH t ( I = I( 2).

При реаенич системы (.6) определяем картину токерал1ре,;еления мри 10

I*

Рис. 5

&

* М»

«ft

)Û1I @al ' à-e

%

4

c*

С,

=c3 фсл

л

Y*

ï» -CZH

^ " 1.1*"

m.

•Рис. 6

заданных параметрах , В> и С03($, . Метод эффективен на

этапе предварительного выбора элементов преобразователя, тик как позволяет произвести оперативный анализ различных режимов работы. Он может быть легко применен для всей гаммы многомостових схим с ■ комбинированно!) КБ при различных ее структурах.

С пс<аг.ы> метода наложении пол*чено условие компенсации >-В И 7-й гармоник в кривой выходного напряжения рассматриваемо« схемы, определявшее величин» сдвига С меяду импульсами управления I и 2-го мостов: 6 ♦ (Е/3>г, Г» О, I, 2, ... , п, .Соот-

ветствуочее значение параметра ¿"щС^ в этом случае X ' 2, а отноиение токов, потребляемых отдельными мостами УЗ .

На основе метода одного интервала разработана цифрован модель двухмостовой схемы на базе пераллельной работы инвертора с РКБ и последовательно-параялельногс о подклвчением смешанной системы компенсации. Математическая модель, реализованная в виде программы на языке РОЙТИАН , позволяет рассчитывать как установившиеся, так и переходные режимы работы с выдачей мгновенных, средни;:, деи-ствуощих значения токов и напряжений всех элементов схемы, а такяе результаты гармонического анализа токов и напряжений нагрузки и элементов КБ в общем случае нагрузки и компенсации.

С помояьп цифрового моделирования проведено сравнение избыточности мощности КБ разработанной схемч с известными двухмостовц-ми схемами - инвертором с РЬХ из двенадцати элементов и последова-тельно-параллельним с выходным трансформатором в режиме нем.шальной нагрузки, показавшее, Ч">"0 замена одного из мостов в первой схеме на последовательно-параллельная позволяет получить эффективную с точки зрения массы и габаритов силового оборудования схему.

И заклшение главы приведены результаты исследования параллельной работы инвертора с .'КЬ и последовательно-параллельного при смешанной системе компенсации избыточной реактивной мощности КЬ. Для улучшения качества крив)й выходного напряжения в этом случае предложено регули: ование пкгешдих напряжений инверторных мостов осуществлять с цельо обеспечения отноиения амплитуд токов комлен-сирувчих реакторов мостов, равным 1т,/1^=^/3" » 4,0 обеспечивает поддержание коэффициента не:инусоидальности ^<5 % в диапазона изменения нагрузки от минимальной до номинальной.

Третья глада посвядена разработке и исследованию ТК с варьированием в зависимости от ггличини и : 1рактера нагрузки количества параллельно работающих ТПЧ с двухмостовой схемой на Саае инвертора

с РКБ к последовательно-параллельного в выходном звене со смешанной системой компенсации избыточной роакт .вной мощности КБ. Подобная схемная- реализация инверторной части при минимальной структурной избыточности мощности КБ'обеспечивает высокое качество выходного напряжения и Коммутационную устойчивость в режимах КЗ. Функциональная схема комплекса представлена на рис. 7. Системой управления обеспечивается стабилизация выходного напряжения путем сравнения сигнала на выходе датчика напряжения (ДН) с опорным 1)г и формирования сигнала С1в, определяемого заданным законом регулирования, а также распределение мощности нагрузки между инверторными модулями, ..ТК включает две системы параллельно работающих преобразователей'с одноностовым исполнением выпрямительной и инверторной части, в рамках которых реаается задача обеспечения заданного токового распределения. Но основе метода эквивалентных сопротивлений получена картина распределения нагрузки в статическом режиме, зависящая ог величина эквивалентных активны/, сопротивлений элементов ейловой цепи, напряжений питания и емкости конденсаторных групп инверторов. Предложен принцип распределения мощности нагрузки между преобразовательными агрегатами разной моедости, основанный на приведении величин Р,3 з базис, где осуществляется равномерное распределение на основе вычисления среднеарифметического потребляемых инверторами токов и сравнения полученного значения с током каждого моста. Упргвяппдий сигнал на .входе блока управления

выпрямителем-0>УВ|0.группы (^=1,2) 1-го'егрегата (1Ь1УН) равен ; + - <?>

где йс1к - сигнал, формируемая при сравнении в'-чичин, пропорциона-Я1>ных: среднеарифметическому р.»:плитуд токоз компенсирующих реакторов соответственно реактивного выпрямителя «.-' (.РВ) «'схемы диодно-дроссельпой компенсации (ДДК) раба-таяцпх преобразователей и реализующий варьирование- питавших напряжений двух групп инверторов с цель« поддер-ы копил значения Кнсна минимальном уровне; - йСС-р сигналы, формируемые на^рснове сравнения двух среднес-^ рп^метических. значении н 1Ь| потребляемых гр"ппенк инверторов токов с сигналами, пропорциональными тукучим значе.:илм входного тока ссотве твеНко инвертора с Р1СЕ и (.сследоЕатояьно-парпллспького 1-го подул». На основе методов едного интервила и блочного молелироегння гегт.-'г '.ено упт«мпги'оскоя модель ТК П I '>" ^аз? '.,:-еобрпзоящ':г.^1.:;'?

!Ц

модулей с последовательно-параллельным инвертором в выходном звере, в рамках которой исследуется влияние разброса параметров элементов силовой цепи преобразователей на картину токового распределения как в статическом режиме, так и при изменениях нагрузки. Выбор последовательно-параллельного инвертора основывается на том, что данная схема позволяет варьировать определявшие параметру КБ при реализации ..вухмостового варианта ИТ (рис, 5). Полученные результаты в дальнейшем могут быть использованы в системах параллельно работающих ТТИ с любым инвертором выделен ого подкласса в выходном звене. Анализ показал, что разбаланс активных сопротивлений силовой нели приводит к существенному разбалансу входных токов как в статических, так и в динамических режимах, что, в свои очередь, делает необходимым применение регулятора распределения токов инверторов при их параллельной работе.

Исследовании взаимовлияния контуров стабилизации и токового распределения осуществлено при включении в разработанную модель известных регуляторов. Диализ результатов показал, что устойчивая работа ТК ПЧ обеспечивается при интегральных законах регулирования как в контуре Стабилизации аиходиого напряжения, так н в контура заданног распределения мощности нагрузки. При огом постоянная времени контура стабилизации не должна превызать постоянную времени fpaoip контура распределения входных токов инверторов.

Разработина стратегия управления ТК П-J, основанная на варьировании а зависимости от величины и характера нагрузки числа параллельно работающих преобразовательных модулей, позволяемы менять ■■установленную мощность системы адекватно мощности потребителей. При подобней стратегии управления достигается функционирг-ание комплекса в оптимальных режимах, повышается надежность электроснабжения, ß зависимости от характера изменения нагрузки разработаны структуры ТК ПЧ'с одноступенчатым и групповым варьированием числа преобразователей. Для группового варьирования представлены варианты с последовательным изменением их числа и с одновременным "вкдв-чением (отключением) заданного количества агрегатов.

Ввод ТГН на параллельную работу с целью исключения токовых перегрузок предложено осуществлять с предварительным зарядом конденсатор его LC-фильтра, что существенно снижает время вкльче.-мя по сравнению с включением путем плавного изменения угла управления соответствующего выпрямителя. Преобразовательный модуль с заряженным конденсатором !,С-ч'Нльтра находится-в " эр;11ем" резерве ь отличие от pe3i ва, в к;, горем находится отключенные агрегаты.

Для варьирования числа параллельно работавших агрегатов разработаны структуры систем управления, уменьшавшие величину токовых перегрузок из-за влияния контура распределения мощности нагрузки мелду модулями в режиме перестройки силовой части комплекса.

Для проведения численных ькспериментов по уточнений параметров силовых и информационных цспе'1 составлена математическая модель ТК Г11 с д«ухмостово1 схемой на базе инвертора с РКБ к последовательно-параллельного в выходном звене.

В четеептой главе приведены результаты исследования аварийных режимов в 1К П{ и его работы на ГДН. Отмечено, что проведение пс-следоианий традиционными методами в условиях реального производство связано со значительными материальными затратами, в связи с чем роль численного эксперимента ьа основе математического моделирования существенно возрастает. Нг примере последовательно-гаралледь-иого инвертора с трехреакторной"схемой компенсации, выводам:; переменного тока, подключенном к нагрузке, проанализированы рлзличниз подходи к использованию метода одного интервала для расчета режимов КЗ схем IfT с многоолементчой КБ. При расчете указанных режимов удобно и оправдано нагрузку заменять активно-индуkvuuhum сспротис-лением. Это, с одной стороны, позяолнет использовать все преимущества метода одного интервала, связанняе с симметричной работой схемы, а, с другой, вести расчет электромагнитных процессов с минимальными допущениями. При исследовании КЗ поврежденный Двигатель заменяется трехфазной схемой с последовательно включенными ft и L элементами при полном сохранении инфорттивности режима.

Показано, что при КЗ в нагрузке ножет возникать резонансный режин в контуре параллельная емкость - эквивалентная активно-индуктивная нагрузка. Получена формула, определяющая по номеру гармоники К и С05^>и соответству зщув величину коэффициента загрузки £>[й) , зизызающуп резонанс на данной гармонике

= (к* sin» >„ v cos*ipH)/ simpH . (6)

Предложено использовать укагзннкй режим для дополнительного увеличения тока КЗ при данной величине последовательной емкорти.

Проведенный на цифрово? модели анализ позволил оценить коммутационную устойчивость, разр.'ботанной схемы, получить максимальные мгновенные значения токов и напряжений силовых элементов в переходных режимах, необходимые для их выбора, исследовать влияние момента возникновения КЗ на р?боту iiHBep.jpa. В последнем случае установлено, что наибольшее влияние момент появления КЗ оказывает

Г7

но величину максимального входного тока инверторных мостов.

С помоцьв составленной модели отдельного ТТ1Ч с двухмостовой схемой на базе инвертора с РКБ и, последовательно-параллельного и ^иристорными ключами в цепях питания инверторов проведено численные эксперимент по исследовании режимов возникновения КЗ и выхода из него, а -люке процессов при эацитном отключении инверторов при срывах коммутации. В последней случае получены зависимости защитного показателл(1{;) для тиристоров инвертора при срабатывании ключей от величГпш задеряки в информационных цепях блока sa-иуцц (БЗ), что поззоляет производить выбор уставки срабатывания БЗ 70n^ (j=I,2) для конкретного типа используемых вентилеЯ. С целью исключения срабатывания БЗ в рекиме КЗ предложено умень-оать значения входных токов инверторов до соответствующего уровня за счет использования тиристориых клсчеЛ в ре.миме регулятора напряжения, для чего разработаны алгоритмы их .управления при КЗ в нагрузке.

Для исследования основных режимов работы ТК IH, включая ааа-риЛные, с учетом двигательного характера нагрузки предложены два варианта моделирования ГУЛ, основанных на использовании модели трехфазного асинхронного двигателя (АД) с преобразованием его электрических уравнений к уравнениям с постоянными ко^фнчиента-ми. В перзом вводится допущение, что параметры двигателей, образующих ГДН, идентичны, включая момент сопротивления. Это позволяет при моделировании обращаться в каждой отдельно.! точке .к модели АД не более двух раз.-После расчета пускового режима число обращений сокращается до одного. При отом

где \rt - текучее количество включенных двигателей; тк - число одновременно пускаемых_ЛД;

lsl(l). - токи '!аз статоров (1 = 1,3) соответственно вклю-

ченного двигателя и j - го из тк пускаемых.

Второй вариант модели ГД!! строится на базе т^ моделей ЛД. СуммарныЯ ток ГДН в данном варианте модели определяется Bugmer.uej;

litd) Ши] '. (ю) j-i j.« j.i

где m^=m + ms - т"ку.1л>е колтестно .ЛД в согтегс ГДН, полхлиен-

ичх s данный момент к ТК . .

При то кем обходе уигвммтч ;>:ао!-ос им pa vet ров дуигателел, появляется ii-.v..,.-mi.ttl юнл'.члгь в модель ГДН дгиг.-.тели ¡«аулишил

IÜ •

модификаций, а такяе задавать на каждом ЛД законы изменения механической нагрузки на валу. Применение этой модели ГДН связано со значительными затратами машинного времени, в связи с чем модель (9) использована как базовая для анализа электромагнитных процессов в ТК в основных режимах работы, включая аварийные, при работа па ГЛН. Исследованиями, в частности, установлено, что ликвидация пзгско.чеййниЯ г< системе "iuibjртор тсхз с комбинированной структурой КБ - ГД!1" достигается уменьшением величины индухтизностеЯ реакторов схемы компенсации", подключенной параллельно нагрузке, а тек:ке увеличением емкости последовательных конденсаторов v последовательно-параллельном инверторе двухмсстовой схемы.

"3 заключения приведены основные результаты диосертпс'гл:

1) з классе ИТ выделен подкласс инверторов со стручтур.пЧ нзбитсчнсстья реактипноЯ мощности КБ, обеспечизпсцих кекмут".ниси-цую устойчивость гтрн КЗ в нагрузке и являвшихся основой д;;хмос-тоэых схем с комбинированно'! КБ, i¡' разработана методика ее количественной оценки, позволившая получить диапазоны абсолютной коммутационной устойчивости в базисе определявших параметрон ¡'{Б;

2) предложено в двухмостовом варианте использояать'инвертор с РКБ и последовательно-параллельный, что при уненьаенноя по сравнения с известными cxei ами избыточность» комбинированной КБ обеспечивает высокое качество выходного напряжения за счет компенсации 5-й и 7-й гармоник при условии, полученном с пемопьп метода наложения и определявшим величину сдвига импульсов-управления мостов, отношение емкостей конденсаторов РКБ, a tarde потребляемых инверторами токов;

3) разработана и на п пюре-предложенной схемы реализована м'тодика расчета установившегося режима двухмостоинх ITP с многоэлементной структурой КБ, з тают на основе методов одного интервала и блочного моделирования составлена ев математическая модель, с помочью которой проведены гсследовашм, гиявляедне зенаг-нне характеристики схемы ь сироксн спектре парпметрэз нагрузки ;:ак без, та:: и со смеплннгй системой компенсация, обеспечив£.зг';::1 надзяшгл работ'/ инвертора на двигательную ногрчзку н в регкмзх-- • КЗ, анализ последних позэглил оценить кеммутацноянуз устопчипс^?:, схемы, получить мгновении* значения токов и напрягший силозих элементоп, нсобходимыэ дл>- их выбора, исследовать глиянме ücichtí возникновения КЗ на работ;- инвертора; *

•Ч) с учетом cneu!!^:::: Г*Л рчграйотач подход .1 посгроенГгз ТК ПЧ ::а базе параллельно pal стпогих преобразователей с звеном noli

стоянного тока и нов им вариантом инверторной части, основанный на варьировании их количество в зависимости от величины и характера нагрузки и позволявший создавать эффективные системы питания ГЛН;

5) состав*сна'математическая модель комплекса параллельно работавших тиристбрных преобразователей частоты, с помощью которой выявлены закономерности распределения токов и напряжений нек-ду агрегатами как в статических, так и в динамических режимах, вклвчавцих перестройку силовой части комплекса;

6) исследован режим ввода ТПЧ на параллельную работу и предложено с цельв исключения токовых^ перегрузок осуществлять предварительный-заряд конденсатора его ix -фильтра, что по сравнению с включением плавным изменением угла управления соответствующего выпрямителя, существенно снижает время включения;

■ 7) в зависимости от характера изменения нагрузки разработаны структуры ТК П4 с одноступенчатым и групповым варьированием с последовательным и одновременным включением (отключением) заданного количества преобразовательных блоков и предложены варианты систем управления, уменьшающие токовые перегрузки из-за влияния контура распределения мощности иекду модулями при перестройке комплекса;

• Б) определено условие возникновения резонансного режима в контуре параллельная емкость - эквивалентная активно-индуктизпая нагрузка при КЗ в лагруз.ке, что предложено использовать для дополнительного увеличения хока КЗ при данной-величине эквивалентной емкости .последовательных, конденсаторов;

9) на базе разработанных моделей ТГН и ГДН составлена модель ТК, с помощью которой проведены исследования основных режимов при -питании групповой двигательной нагрузки, включая аварийные;

Ю) на основании проведенных исследований разработаны, изготовлены и внедрены и пронизленнув эксплуатацию как отдельные ТПЧ в диапагане частот 300-!-1000 Гц, так и комплекс на их основе мощностью 600 кВА со спектром выходных частот 600-800-1000 Гц.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих роботах:

1. Лртахоз Я.П., Томаоеэский Й.Б. Система управления тирнс-торным комплексом с варьируемым колотеством параллельно ра- зтая-цчх агрегатов // Повышение,эффективности и надежности тепло- и электроинергеи:' ~:ких установок. Дсп.сб.молодых ученых, ?2249-пн. Леи. в Янфорямарго I6.0T.87r.- С.18-26.

2. Кпнтер И.Л.', Митяснн Н.П., Степанов С.Ф., Томааява: С.1'.. £очкор /.Создание системы централизоеаннг-о злехтр^снабс-ння

гс

базе параллельного включения преобразователей частоты с пвтоном-ними инверторами тока // Проблемы преобразоватсль'ноП техннкн:Тсз. докл. Ц Всес.науч.-техн.;:онр.- Киев, 1937, 4.1- С."6-97.

3. Кчнтер П.И., TonaacBc::;iil Ю.Б. Математическая модель ларг."-' лелмю работаяг.нх преобразователе:! частот:! в система централизованного электроснабжения // Вопроси преобразовательной тейк'яи и частотного элохгрспризода: Межзу з.нсучн .сб.- Сайтов ¿Cap?, г.по W-TCXH.iüf-í, DC6.- С.8-16.

Каптер 11.11., ТомаасзсмтЯ Ю.Б. Моделирование на 3DM комплекса тириетор.чых преобразователе."!, питг.т^его группезуи двмга-теяьиул нагрузку // Проблема ьрсобрпзозатслыю-! тзучвки:. Тес. докл. 5 Вссс.науч.-тех'г.ксцф.- Кнев:!'н~т электродинамики Л!! УССР, Г991.- ч.Э.- С.'О-' 15.

5. Каптер Sl.ll., Топазеве-иЯ Ю.Б, 0 расчете ренинов :;:;.;n:icro короткого заикания в автономных инверторах тона с асстНэлсиснт-neíi конденсаторной батарсгЛ Ц Пспросн преобразовательно!! тс уники и частотного электропривода: "сквуз.научн.еб.- Саратоз;Сарат. политехи.ин-т, D07.- С.23-29.

6. Кантор Ii.IL, Тоютлсиский В.Б. Об одном подхода ü svin-y спределпкг.пх параметров (пестиэлсментноЯ конденсаторная батареи 2 автономиях инверторах тока //' Вопроси преобразэлатсльноЯ'техннки ч частотного электропривода: Мсэтуз.ипучн.сб.- Сорэтоо:Сарат.по-литехнпш-т, Ю39.- С.29-3?. _

7. Кпнтер Н.И., Тс!!П'Зсес,киП Ю.Б'. Разработка \!зтематнческоЯ модели к йсслглоганпе на ее союзе сметены электроснабжения групповой двнгательноЯ нагрузки но базе параллельно работавших тирис-торных преобразователей // Ь.щроси ареобрззозательноП техники и чао. отпето элентренрнлода: М ••лву з. н ау ч 11. с бСаратов :Сарат. полк-техн.пн-т, 1991,- C.IO-2't. •'* •'

3. Контор И.!!., Гогалев ::скЯ Ю.Б., Голембиовский В.II. Система централизованного электросиз^ошп на базе параллельно работаицНх преобратователеЯ чпетотн // '."ектричестзе, 1991, И.- C.39-'i7.

9, Кгестср И.П., To"ines :::>:!! Ю.Б., Степанов Организация permita параллельной ребстн з системе централизованного электроснабжения, образованно;"! гру ноЯ тирнеторних преобразователе!! частоты // Лптоматизчцип смейте»тохмолсгнчгскнх процессов в гибких' производственных системах мачинострзення на Ochobi п о луп роз од и'-'-xosux преобразователей частоТез,докл. Всее.нчуч^-техи.ко!*}.«• У* а, 1937.-С.129-130.

Ю.Мит**аи i!.Л., Тс«спсю'скЯ К.Г)., Артояов Й.1Ц Об в^сотаг-

ной устойчивости двухмостового инвертора тока с расщепленной батареей коммутирующих конденсаторов // Энергетика-Иза .вузов СССР, №5,1990.- С.53-56.

11. Томаиевский Ю.Б. Сравнение избыточности мощности конденсаторной батаре дгухмостових инверторов токи на базе exen с аес-тиэлсментноП ее структурой // Вопроси преобразовательной техники и частотного электропривода. Ме;квуз.неучц.сб.- СаратовгСарат.политехи ,ин-т, 1990.- С.4-10.

12. ТомааегскиП'Ю.Б., Мнтяаин П.П., Степанов С.Ф. К вопросу о распределении нагрузки между преобразовательными блоками в системе централизованного электроснабжения // Создание преобразовательных устройств.для систем электросиабнсния.Деп.в Инфорнонерго 15.02.88, $2744-сн. 88.- СпрттсвгСарзт.политехи.ин-т,1933.-C.2-I3.

' 13. Л.с. III 12AI СССР; МКИ 11 02 H 7/515, H 02 Р 13/18. Групповой преобразователь напряжения / И.И.Ккнтер, ■ И.П.Артюхо», И.Б. Томашевский и др.(СССР). -Бол. >32 // Открытия. Изобретения.-1984.

14. A.c. 1267563 СССР, МКИ H 02 M 5/44, 7/48. Групповой пре-образоватеяь'частоти / И.И.Артвхов", Ю.Б.Томапевский, В.А.Сервет-K-.IK (СССР).--Бол. »10 // Открытия.- Изобретения. -1936. ' '

15. A.c. 1383973 СССР, МКИ 11 02 M 5/44. Устройство для управлений группой К статических преобразователе!! частоты, вкл-ченнепараллельно по входу и выходу / И.И.Кпнтер, Ю.Б.Томааевс1<-иП, il.И. Лртюхсв и др. (СССР). -En л. №14 // Открытия. Изобретения. -1980,

16. A.c. 1432698 СССР,. МКИ.Н. О?..M 7/48'.''Групповой преобразователь ЧастотН У'Я-.И.Артюхов,' Ю.Б^омашевский, В.А.Серветни/. и др. (ССС°). -Бпл..й41 // Открытия. Изобретения. -1983.

17. h.c. ,.'1436236 СССР, [.(КИ 1102 M 5/44. Групповой преобразователь частот» '/"И.И.Артахав, И.Б.ТонашевскиП','- В.А.Сврветник (СССР). -Бюл. №41 // Открытия. Изобретения. -1980.

18. А;с. 1529380 СССР, МКИ H 02 M 7/515. Трехфазный инвертор/ И.И.Канте/, Ю.Б.ТомаиевскиЯ, Л.В.Щедриков, С.Ф.Степанов (СССР),'. Б»л. й4б // Открытия. Изобретения. -19-39.

Личный вклад соискателя В приведенных работах, написанных г ёоавторотве: разработка методик исследований [ 5,б]; ра: работка математических моделей ТК [3,4,7,В] и ГДН [4,7j; проведение расчето-и экспериментов [3,4,7,8,10]; анализ и обобщение результатов исследований £2,9,12]*, теоретическое обосног"ние идеи изобретения £15,16,17]; ¡иэрпечгка схем и алгоритмов управления ТК HI £l,I3, 14] , а также схемы компенсации избыточной коаности КБ [18] .