автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Исследование и разработка системы регулирования производительности питателей сырого угля тепловых электростанций

иотяшии 1шчно исследовательский

ИНСТИТУТ ¡ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

На правах рукописи

МАНУКОВСКИИ ПГИИ МИХАИЛОВИЧ

удк'сг-нз: «>,1.311.22

ВЯ1.313.33

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПИТАТКШ! СИРОГО УГЛЯ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Специальность: 05.14.02 - электрические станции (электрическая

часть).сети, электроэнергетические) системы и управление ими

05.09.01 - электрические мвшипы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата твхкетоских наук

Москва 1992

l'aOu'ra buiiujuioua в Института цниргетшш АН iU.

Научный [укошдитьль; кандидат технически* наук, старший научный сотрудник ЛАЗАРЕВ Г.Б.

Официальные оппоненты; доктор технических наук, профессор БЫКОВ D.M.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

вигащкии с.д.

Ведущая организицин: Производственное объединение иолдэИЁРП г. Кишинев

выпита состоится у" " од 1992 г. в 1-7 часов на иасндшши Специализированного Совета К 144.07.01 Всесоюзного научно-исследовательского института алоктроанвргетшш (ВНИИЭ) ио адресу: 116201, г.Москва, Каширское шоссе, 22, корп. 3. .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Отзыв на рефьрат в двух экземплярах с подписями, заверен ными печатью, просим нап[ пять по указанному адресу.

Автореферат разослан "_"_ 1992 г. '

Ученый.секретарь Специализированного Совета

К-1 4.07.01

кандидат технических наук доцент

А.В.Мясников

РОССИЙСКАЯ ОСУДА1Ч'--:ннля БИБЛИОТЕКА

втдеп 1 з

^/•■Л' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Основным источником электровивргиа в настоящее время продолжает оставаться тепловые влвктростанции, работающие на органическом топливе, 46Я которого составляет уголь. Повы -шешга эффективности работы ТЭС, внедрение апоргосборугпщих технологий требует перехода к ¡экономичным способам регулирования производительности механизмов собственных нужд.

Для пыяеугольннх ТЭС одним из важнейших комплексов вспомогательного оборудовпния является тракт тогшпюподачи и пнлеприготов-ления. Наиболее слояной и эттпргоомкой стадией гтроцосся пнлаприготовления является размол угля.

Экономичность работы углпрн:>молышх мелышц обеспечивается при опредвлештой, оптимальной по удельному расходу олектроанер-гии не размол, загрузке их углем. Оптимальная величина загрузки не является строго постоянной, в должна регулироваться при изменении физико-механических свойств топлива, в зависимости От вентиляции.

Для подачи топлива в мельницы используются питатели сырого угля (ПСУ), производительность работы которых регулируется о помощью механического шибера, изменяющего толщину слоя топлива на транспортерной ленте. При попадании крупных фракций угля, особенно в зимнее время при смерзшемся топливе, а также инородных предметов, шибер забивается, что приводит к перебоям в загрузке мельницы, резко снижащим экономичность ее работы.

Для обеспечения бесперебойной, равномерной и регулируемой подачи топлива в мельницу необходимо устранение возможности забивания шибера путем значительного увеличения выходного отверстия бун-<ера сирого угля в применение более аффективного метода регулиро-зепия производительности ПСУ. Таким образом, разработка надежной I экономичной системы регулирования производительности питателей зырого угля, обеспечиващей эффективность работы тракта топливо подо чи и пылеприготовлэния ТЭС, является, актуальной науч-го-технической задачей, определяпцей теоретическую и практическую !Н8чамость диссертационной работы.

ЦЕЛЬ РАБОТЧ. Исследование и разработка оистомы регулирования [роизводительностн питателей сирого угля Т'ЗС на базе транзисторг ■о преобразователя частота, обесг^чивапдей повышение надежности а [ экономичности работы тракта топливоприготовления.

ДЛЯ ДииТИ^аОШ! Ц.ЮЧ'ЫНЛННЖ 1Й Цьли и раОиТЬ реишится идьдуццав

иьисшшв аадаш:

1. Анализ современного ооитиниш) тракты тишшюшдичи и топ ливолриготовления ТЭЦ.

г. Разработка и обоснование структурной иквш систеыи рогули рошшия производительности ПСУ иа базе вентильного преобразователя чаототи с- использованием ишщы'исй ни ТЭС асинхронного арию да.

3. Исследование работы асинхронного двигателя при его ¡шташш ньсицуооидальниы напряжением о рагудируокюй частотой.

4. Анализ шшргетических показателей системы "арооОра зова таль частоты - асинхронный двигатель" и разработка методов их улучшения

5. Разработка объектно-ориентированного транзисторного преобразователя частоты о высоким качеством ьиходной анергии, использую щаго метод слежения за вталонным сигналом для формирования квааиои ыусоцдальыого тока в асинцюшюм двигатель привода НОУ.

6. Разработка следящей системы управления транзисторным преобразователей частота, обесцечиващвй высокие энергетические показатели системы регулирования производительности ПСУ.

7. Разработка многофазных генераторов ведущего сигнала для следицил систем управления ьодуляционныма преобразователями чао-

О. Экогюржюытальнив исследования работа системы регулирования производительности питателей сырого угля в реальных условиях вкоодуатации на ТЭС.

ЫЕТОДи ИССЛЕДОВАНИЯ. Для решения поставленных задач бшш ис-иадьаогчни ыатоды тэоротичвскай электротехники о примоношшм тео-¡Ш (григоиоыатричосках рядов Фурье, математическое и физическое нодедфованш. Достоверность получении! теоретических результатов в^юверщшсь путем сравнения V результатами акспвримвиталышх ис-ольдррашй на опытных образцах .трензисторш. о чвотогио-рвгумярув-Вого влектроправода.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. При решении поставленных задач получены еле-дущцв результаты м разработки, обладащие научной новизной:

.1. Исследовано Д шниа вагрузки углеразмольной мельниц на экономичность ее работы. Предложена рациоцельная структурная охе-уа одотеиу регулирования производительности питателя сирого угля, обег~твЧйзвщая бесперебойную и регулируемую загрузку мельницы, пая аконодао'ую работу тракте тошашпряготовления ТЭС.

2. Разработан мвтод анализа гармонического оостппп выходного тока преобразователя частота, использующего мотод сложения за кри вой ведущего сигнала. Получено аналитическое выражения для тока, позволяющее проводить вычислительные эксперименты при варьируемых параметрах погрузки и преобразователя для различных выходных час тот.

3. Проведен впялив дополнительных потерь в системе "преобра-вователь частоты - асинхронный двигатель" от высших гармоник питя щого тока.

4. Предложен мвтод выбора оптимального режима работы нреобра зователя частоты по минимуму потерь в асинхронном двигателе приво да ПСУ

5. Разработан алгоритм угтрг;шг,шл силовыми ключами т{)П113ИС торного преобразователя частоты - метод частичной модуляции, поз воляипнй уменьшить динамические гготври в преобразователе.

6. Разработай мотод устранения сквозных токов в инверторе, повышающий энергетические показатели преобразователя.

7. Проведен сравнительный анализ методов формирования выход пого напряжения и тока модуляционных преобразователей частоты.

8. Разработана система управления объектно-ориентированным транзисторным преобразователем частоты, использующая мотод слежения за вталонным сигналом и позволяющая формировать квпзисннусои-дальный ток в асинхронном двигателе привода ПСУ.

9. Разработаны многофазные генераторы ведущего сигнала, осио ванные на кусочно-нелинейной аппроксимации синусоидального напряжения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ диссертационной работы заключается в слвдуицвм:

- предложен менее трудоемкий по сравнению с общеупотребительным метод расчета гармонического состава выходного тока преобразователя и основанный на нем метод расчета энергетических показателей систем! "преобразователь частоты - асинхронный двигатель";

- выведенная аналитическая зависимость выходного тока преобразователя позволяет осуществлять исследования его спектрального состава и определять дополнительные потери в системе от висших гармоник при варьировании параметрами как нагрузки, так я преобразователя, с цельп рационального построения системы управления

и удовлетворения требований потребителя к качеству впэргип;

ь

разработанные алгоритмы управления силовыми ключами шзволи-ли значительно снизить динамические потери в инверторе при сохрани ш высокой частоты коммутации и качества выходного тока;

- разработанные генераторы ведущего сигнала обладают широкими функциональными возможностями, обоогшчивоьт шсокое качество выход ного тока преобразователи, в значит,маша потери в асинхронном дай гателе от высших гармоникг

- разработан объектно-ориентирогшшшй транзисторный щлобраао ватель частоты со следящей системой управления, на базе которого оовднна и внвдрэна система регулированип производительностью ПСУ.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Работа выполнялось в соответствии о прика вом N 3 от 20.01.86г. Министерства ваоргетики и электрификации СССР "Внедрить нв шишугольцом внергоблоко 200 ЦВт транзисторные влектронриводы питателей сирого угля и разработать рекомендации по их примегюшш", а также в соответствии с программой работ по реше нию Республиканской межотраслевой научно-технической проблем 01 "Г^шргетическая система" (Шифр 01.02.И).

По результатам проведенных исследований разработана и изго-тшьшю опытная партия транзисторных преобразователей частоты, на ооюьа которых созданы две системы автоматического регулирования 1цх)изьодитольности питателей сырого угля (САРП ПСУ) на в-м энергоблоке Молдавской ГРЭС. Экономия влектроанаргии ва счет устранения перерывов подачи топлива в молышцы блока N 8 ва год ооотавило 26БЙ6ЭЭ кВт.чао.

Разработанные преобразователи частоты с высоким качеством ви ходной энергии экспонировались на 6 моздународных выставках, на ВДЖ СССР. За разработку таких преобразователей автор бил награжден бронзовой медалью ВДНХ СССР.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Осио&шв положи пая ^иссертацДоццой работы докладывались 8 обсуждались на Всесоюзных ^учцо-техничвских конференциях и совещаниях: "Разработка и внедрение регулируемых электроприводов механизмов собственных нуад и тиристорных пусковых уот ройотв для 1'озотурбинных установок" (Москва, 1988г.); "Электропривода 1шремоиного тока о полупроводниковыми преобразователями"(Свердловск, 1903, 1989гг.); "Проблеш преобразовательной техника (Киев, . 1979, 1983, 1991гг.); "Проблем* электромагнитной совместимости си-лошч полупроводниковых преобразователей" (Таллинн, 1979, 1982, 1 9В6гг.); "Примен тго в технологических процессах машиностроитель-

ного производства иолупр>водниковых преобразователей частоты" (Уфа, 1980г.); "Разработка и внедрение быстродействущих систем ал щиты силовых преобразовательных устройств" (Москва, 19ягг.); на международной конференции ICATK'91 (Румшгая, 1991 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По томе диссертационной работа опубликовано 30 ра бота, в т.ч. 1 монография и 7 авторских гдадотшлъст» на изобретения

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ГАВОТЫ. Диссертационная работа состоит ив введения, пяти глав и заклпчония, изложенных пя 146 листах машинописного текста, шиностриронмп 65 рисушсии и ? таблицами на 43 листах, списка использопянпой литературы из 141 наименования на 1Ь листах, приложений.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ: разработки и обоснование структурной схя мн системы регулирования протогодятельпости ПСУ на базе объвктно-ориептировашгого транзисторного гфооСрязовптяля частоты; ютод анализа гармонического состава выходного тока преобразователя, позволяющий проводить исследования качества алэктроэнерпга при-порьируе-№i параметрах нагрузки и системы управления; анализ энергетических характеристик частотно-регулируемого привода ПСУ и основанный нз нем выбор частоты коммутации кличей преобразователя по критерия кя-нимумз потерь в двигателе; алгоритм управления силовыми клвчами -метод частичной модуляции, позволяющий уменьшить динамические потеря в преобразователе; метод устранения сквозных токов в инверторе; сравнительный анализ методов формирования выходных токов и непряже ний модуляционных преобразователей; система управления транзистор-вши преобразователем частоты, использущая метод слежения ва ведущим однополярннм сигналом; многофазные генераторы ведущего сигнала, нспользупцив метод кусочно-нелинейной аппроксимации синусоидального напряжения; результаты разработки объектно-ориентированного тра гсз ясторного преобразователя частоты с высоким качеством выход-Зой энергии и созданной на его основе системы автоматического регулирования производительности шгтвтеля сырого угля для энергоблока 200 МВт тепловой электростанция.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной [работы, определена еэ цель, указана научная новизна, практическая значимость, сведения о реализация результатов исавэдшмший, праве-юны положения, выносимые нв злщггу. 1

а

П и ь р в о В глава рассматривается современное состояние тракта тошшьонодачи л нылеириготовления угольных ТЭС, выполнен критический анализ существующего конструктивного решения задачи ¡югулироиания производительности питателей сирого угля.

На акоиомичность работы углоразмолышх мьльшщ оказывает шш-яшш число оборотов барабана и частота сети, масса, размер и сортировка шароЬ, воздушный режим и наличие предварительной подсушки топ лива, характеристики поступащего угля и готовой пыли. Вахш .• значение имеет бесперебойность и степень равномерности подачи сырого угля в мельницу.

Существующие в настоящие время на ТЭС питатели сырого угля с механическим регулированием их производительности не обеспечивают надежного режима работы системы топливоподачи и возмож1юсти регулирования степени загрузки мельницы, что снижает эффективность ее ра боты.

Устранение недостатков традиционно применяемого регулирования ПСУ возможно только при переходе на регулирование частоты вращения приводного влоктродвигателя. Сравнительный анализ возможных типов ¡югулдруемых приводов позволил сделать вывод, что для создания вко номичного, гибкого в управлении и надежного в эксплуатации регулируемого привода ПСУ, способного оптимизировать загрузку мельницы по критериям, связанным с технологией цшюприготовления и качества угля, наиболее рациональным является использование асинхрошюго двигателя с регулированием частоты его вращения при питании от преобразователя частоты.

К|> >а экономической целесообразности существуют и другие факторы, влияпцие на выбор типа регулируемого привода: максимальное использование имещегося оборудования ПСУ, возможность резервирования питания за счет шунтирования преобразователя, отсутствие влияния преобразователя о неуправляемым входным выпрямителем «а сеть, возможность легкой стыковки с системой регулирования загрузки мельницы. С учетом вышеизложенного'предложена структурная схема систеш регулирования пр !зводительности ПСУ, сформулированы основные требования к источнику питанш. - вентильному преобразователю частоты (ПЧ).

Рассмотрены вопросы, связанные о особенностями работы асинхрон них двигателей при питании их несинусоида льным напряжением регулируемой частоты. Учитывая нвличие дополнительных потерь в двигателе от высших гармоник тяжелые температурные условия эксплуатации при -

водных двигателей ПСУ, одним из важнейших т^бовяний к лре'оОраяо> пятолю частота ятшяотпя обпспечвтш» высокого «ячества выходной преобразованной анергия.

Исходя ira сформулировпшшх требований силовая схема преобра-вователя частоты для частотно- регулируемого привода ПСУ должна г.оа тоять из неуправляемого пыпр^утттпля, гил^пого сглаживающего <шшт-ра и автономного инвертора. НпиЛпл'.а и^ч-ппиптинми для пртгоодя ПСУ являются ввтонотше инверторы -гти-зрчт' лля (АНН), сочетавшие функция регулирования в широком дилпнзода ,г„гтудн и частоты выходного хта-прл.тттия, позволяющие формировать вчртктя тески синусоидальное выходное напряжение или ток. Одним из путей улучшения технических характеристик прообрппог^телей является использование? в качество сяловнх кличей инвертор« высоковольтных транзисторов. Выпускаемое в настоящее время биполярные силовые транзисторы позволяют создавать проо"-разоватоли на мощности до нескольких десятков киловатт.

Для примвнэгая п частотно-регулируемых приводах ПСУ топлорчх электростанций с энергоблокам мощностью гоо КВт требуются преобразователи мощностью до Ю кВт.

Отсутствие в номенклатуре выпускаемых в стране ПЧ, отвечающих всем требованиям, предъявляемым к ним приводом ПСУ, вызывает необходимость разработки объектно-ориентированного транзисторного преобразователя частоты, использующего для формирования кяазисияусоя-двльного выходного тока (напряжения) метода модуляции, в также последние достижения современной преобразовательной техники.

Вторая глава посвящена сравнительному анализу метопов формирования и регулирования выходных токов и напряжений преобразователей частоты. Целью данной главы является опроделения наибо-тев рационального для использования в частотно-регулируемом привода 1СУ метода формирования вяергии высокого качества на выходе преоб-язоватоля.

Для получения на выходе АИН напряжения (тока) определенной фор-u и качества в большинстве случаев квазисинусоидального, использу-тся различные методы. Наиболее перспективными как о точки аренля эхнико-экономических показателей, так и функциональных возмоянос-?й, являются мвтода дискретного формирования выходят токов и нн-зяжэний. Дискретное синтезирование подразумевает аппроксимацию ватного сигнале ПЧ, например, кусочно-постоянной функцией, рввлява-гя которой представляет собой периодическую последовательность им-

нулынш ИШфНЖШШН и общим случав прямоугольной форш, модулированную по ип|>е деленному закону. Модуляции могут подвергаться следующие иарамотры последовательности импульсов: амплитуда, длительность, фаза и чистота следования.

На эффективность способа (¡ормирования кривой выходного тока (напряжении) АИ1! существенное влияние оказывает значение частотного диапазон!) и отношение несущей и модулируемой частот (а -При увеличении ц растут динамические потери в инверторе, особенно и области верхних выходных частот [П. В области низких и сверхнизких выходных частот и малом значении ч в кривой тока существенную роль начюшит играть га|моники близкие к основной , особенно 5-ая и 7-ая. Они вызывают допол1ШтелышЙ нагров АД, особенно нежплат&яь шй при низких частотах вращении, когда само вентиляция двигателя затруднена. Наличие указмшшх гармоник может вызвать и пульсации вращающего моменте АД. Таким образом, для привода ПСУ необходим способ форми]ювания кривой тока (напряжения) высокого качества, особенно, для нижнпй части рибочего диапазона частот вращения.

При выборе оптимального метода для конкретного потребителя сравнительный внализ известных способов модуляции производит по ограниченному количеству критериев оцонкн качества выходного напряжения (тока), характеризующих о разных оторон степень отшюценил формы кривой от синусоидальной: коэффициент весинуооидальноотж, коэффициент гармоник, коэффициент форт кривой, КПД выделения гармоники , коэффициент использования напряжения иоточника питания. Обзор общеупотребительных критериев показывает, что каждый из них обладает определенными недостатками, но их совместное использование позволяет оценить качество практически всех форм выходных напряжений и токов модуляционных преобразователей.

Форму кривой напряжения (тока) в системе ПЧ - АД достаточно полно характеризуют также значения амплитуд висших гармоник, которые приводятся в виде таблиц или в графической форме (спектрограммы)

Анализ известных методов формирования выходного напряжения, та-кхх :ак широтное регулирование и широтно-импульсное регулирование показал нецелесообразность их использования в оистеме ПЧ - АД привода ПСТ ввиду повишенного содержания в кривой выходного напряжения гармоник, 6.1ИЗЮР" к основной. Показано, что для привода ПСУ наиболее рационально применение гэтодов гтаротно-импульсной модуляции и метода оде-

жнния зя кривой ВКЛУЩОГО сигнала.

В общем случае инвертор со сложением ов кришЯ »идущего сиг нала строится как замкнутая система но мгновенному значению ни*од того тока или напряжения и обладает, свойством его стабилизации. Пря атом методе формирования изменяется и течение полупериода но только длительность импульсов, образующих выходное нттряжение, но и частота их следования. П[юцг«<т. ОДмироппния кривой выходного то ка преобразователя со слодацйй си«т'«мой управления (рис. 1) гтоясня ется на рис. 2. Генератор ведущего гягннлн (гвс) вирпбптывиет напряжение, частота и фпрдо которого <■. пгчляплетшм приближением дол жны повториться на пягруяк^.Пхомп г.рштниин (СС) сопоставляет мгно венные значения выход"'"1™ г\»и1«ли датчик» тока (ДТ) с ведущим сигналом. Сигнал рпссогляооишнся поступает ни пороговое устройство (ПУ), имеющее релейную хнпяктп(ш;тику. Кнк только рассогласованив Д - | С (Ь) - '„(I)I достигнет тк>|югя срабатывания релейного ялн-мвнтата, выходной сигнал ПУ меняется скачком так, чтобы уменьшить ато рассогласбвание. Той нагрузки колеблется между двумя условными • ' синусоидами 11 и 1р, образующими "трубку" тока, ширина которой рпв на величине зоны нечувствительности релейного элемента.

Для сравнительной оценки качества выходных наряжений АИЛ о ШИМ ж АНН со слежением используются результаты анализа гармонического составе: Выходные напряжения таких преобразователей не являются ' строго периодическими функциями, поэтому их спектральный состав обычно определяют методом двойных рядов Фурье на основе предстввле• ния ивнх в функции двух переменных. При сравнении спектрограмм для напряжений, сформированных методами ШИЫ и слежением, мо.. ¡го сдвлать вывод о близости спектров, что хорошо согласуется с выводами многих авторов о сближении спектров напряжений при различных методах ВШ по мере увеличения т.

Таким образом, для транзисторных преобразователей, для которых характерны значешя я - 40-400, выбор метода модуляции должен производиться с учетом энергетических показателей систем* ПЧ - АД и простота технической реализации преобразователя, а но с точки зрения обеспечения высокого качества шгтащего АД напряжения.

В третьей главе проведен анализ энергетических показателей систекы "преобразователь частоты - асинхронный двигатель'. Характерными энергетическими покгтаталями таких систем являются дополнительные потери 9 двигателе из-за несинусоидальности питающего

НЫПрЯЖ&ния И В Инвертор» ОТ ПОЬЫШЫЮЮЙ ЧЫЛОТЦ КОММУ ТаЦ!Ю4 шшш КЛЮЧей.

При анализе иотерь в ишш! ключах преобразователе4, иигользу-ИЩ!» Импульсную МОДУЛЯЦИЮ, НООХОДИМО учитывать СПеЦИфИЧОСКШ» особен-1юсти работы высоковольтных транзисторов, требующих формирования безопасной траектории переключения.

Независимо от схекы АШ потери в ключах долятся на статические и динамические, связашше о процессом переключения. При расчете етих соотаилящих учитывают как потери в силовых транзисторах, так и в це нях управления ими. Па основании краткого обзора литературных источников выбрана схема силового транаисторного ключа о шшшм набором олеминтоо формирования траектории переключения, для которой записи мости дополнительных потерь мощности от чаототи переключения имеют вид:

от дин

'тк ~ ^ср.тк + ^ср.тк + ^даипф.вл." ^нмакс^ — *

(W WV + 5 WAeuaKoWV«1 + V + <И + Uu>fK 1'до I . „ - макси'.!алышй ток нагрузки, „ и U.. - соответствен

Нк. KU КНН О un

но ш>нр оения колликтор-змиттер и база-амиттер в режиме -насыщения, Kj - i piriHT усиления транзистора г.о току, (1 - коэффициент глубины модуляции, Гк - частота коммутации, и 'с - длительности фрон та И спида импульса тока, С •- емкость демпфирующего конденсатора,.L индуктивность реактора, Е - напряжение питания инвертора.

На основании приведенного вырааания рассчитаны потерн в клич их транзисторных АИН о различной выходной мощностью, используыдих для форшцюг кия выходного напряжения как ШШ, так и метод слежения. Иа подученных зависимостей относительных потерь от частоты переключения следует, что потери в ключах инверторов со слежением примерно нз 25* меньше, чем в АИН о Ш..

Для расчета дополнительных потерь в АД 1ично используется оивктральиый метод расчете токов высших гармоник, базируицнйся на использовании спектрального оостава питающего напряжения и Т-образной схемы ваг-ащения двигателя. Иа основании данного метода выполнен расчет потерь в АД от i жов высших гармоник для двигателей серии 4А нормального исполнения различной мощности. 1}з зависимостей относительных потерь в АД от частоты коммутации видна, что метод слежения являр~оя более аффективным для двигателей мощностью до нескольких киловатт.

Традиционный метод расчета потерь в АД характеризуется трудоемкими вычислениями, а точность расчетов определяется точностью определении спектрального состава питаицого напряжения, аналитическое выражение которого получено при ряде допущений методом двойных рядов Фурьа, и точностью выбора параметров схем замещения, также стро ящихся на целом ряда допущений.

Для упрощения расчетов потерь в АД от высших гармоник и повы-. шеяия их точности предложено определять гармонический состав питающего тока непосредстаешю, в не черюз спектр напряжения. Такой подход тем болев оправдан при формировании квависинуооидалыюго тока в обмотках АД методом слежения за ведунам сигналом. Кривая выходного тока в общем случав, также как и напряжение, является не стрюго периодической функцией. Но при допущении (ч > 10), принятом и Гфи рас чете спектрального состава напряжения, разложение кривой тока в три гонометрический ряд не приводит к заметным погрешностям. Более то1"о, дли реальной схемы транзисторного ПЧ обычно ч > 40.

Для расчета гармонического состава выходного тока АНН со оле-жением выведено аналитическое выражение, представляющее собой систему из 4-х уравнений:

_ I I

- *гп) -+ -!-<1 -в + «*"г„>в' _ 1 _ ± £н<»гп * 1гп-1 ) - " - « г) + *и<*гп-.>" *

1 _ 1 - е + <н(^.гп)е Т - Хшо1п иИ - И - О

- -£-0 - « Ъ + <н(1г„_,)в г - 1швь «п + а - о

где Н и Ь - соответственно активное сопрютивлыше и индуктивность нагрузки, К - напряжение питания инвертора, \ - ХУН - постоянная времени цепи.

Состнвлена прюгпамма решения на ПЭВМ данной системы уравнений и расчета гармонического состава тока, сформированного мотодом еле женин.Прюгрэмма позволяет проводить вычислительные эксперименты по определению оптимальных параметров преобразователей и качества выходного тока в различных режимах работы системы ПЧ - АД.

Получены кривые выходных токов АИН прш варьируешх параметрах

как нагрузки, так и прообразовнтнля. Однов{«мынно определился гармонический состав атих токов, коэффициенты гармоник тока, поте ря в нвгрунко от высших гармоник тока. Рассчитанная по предложенной методике зависимость относительных потерь в нагрузке от часто ты коммутации хорошо согласуется о аналогичными зависимостями, по лученными по традиционной методика. Это свидетельствует о практической пквивалентности предложенной методике расчете.

Полученные данные о значениях потерь в отдельных компонентах системы ПЧ - АД позволяет определить оптимальное значение частота коммутации транзисторных кличей АИН. Общепринятым критерием для вы бора частоты являотся минимум суммарных потерь в системе.

При разработке ПЧ для частотно-регулируемого привода ПСУ вы бор частоты коммутации необходимо определять по критерии мюшгаза ции потерь в двигателе, что связано с условиями вксплуатации приводного двигателя ПСУ на ТЭС. Снижение таких потерь возможно при увеличении частоты коммутации. Увеличенные при втом потери в ПЧ необходимо снижать аа счет применения специальных алгоритмов управления ключами.

Наиболее простым и удобным способом регулирования не только частоты переклшения силовых вентилей ПЧ, но и качества ««одного тока, является изменение ширины зоны нечувствительности ролеИного элемента следящей систем! управления. Частота невключения силовых клшей в следящих системах управления определяется выражением:

г* * I1 " (-¡г)г»1пг«"'+ Ф0>] •

л макс 1лш 1 4 ' -»

где („пв>л и (1гая - соответственно максимальное я минимальное энэ-

ЦоКО шш

чения тока нагрузки, иц и ш - амплитуда и частоте напряжения на нагрузке, <р0- угол одвига фаз мнжду током и напряжением, Ъ - индуктивность нагрузки.

Получены зависимости коэффициента гармоник токе и частоты коммутации ключей от ширины зоны нечувствительности при различных внвчениях выходной частоты и при различных параметрах нагрузки.

Для снижения динамических потерь в инверторе разработан алгоритм управления ключами - способ частичной модуляции, зашшчащий-ся I том, что в каждый момент времени коммутация ключей трехфазного инвертора и активное формирование тока в нагрузке осуществляются только в двух фазах. Для прохождения тока в третьей "накоммути-

1Ь

рувшй" в тот же момент времени фазе инвертора, необходима сиво вой ключ втой фазы замкнут и фаза нагрузки подключается к шина пи тания инвертора. Благодаря свойству трехфазной системы - звезда без нулевого провода - в данной фазе формируется ток нужной полярности и амплитуды. При итом за счет сокращении ни 1/3 числи кокму таций ключей ЛИИ уменьшаются потери, упрощается схема генератора ведущего сигнала.

Четвертей глава посвящена вопросам разрнОотки следящей системы управления транзисторным преобразователем, н также ее основного узла - генератора ведущего сшкала.

Выходное напряжение ГВС в следящих системвх управления являет оя вадапцим при формировании формы, амплитуды и чистоты выходного тока ПЧ. Сформулированы требования для ГВС модуляционных ПЧ, исполь вуемлг в частотно-регулируемых приводах. Их многообразие и противоречивость свидетельствуют о сложности задачи.

0д1шм из наиболее перспективных методов формирования ведущих напряжений являотоя функциональный, использумщий кусочно-нелинейную аппроксимацию синусоидального сигналя. Показано, что высокое качает во выходного тока ПЧ можно обеспечить и при не строго синусоидальной форме выходного напряжения ГВС.

Разработано несколько схим ГВС, удовлетворявших всем предья&т-виш к ним требованиям. На рис. J приведена структурная охема одного из генераторов, выходное напряжении которого имеет форму, органически сочетающуюся о используемым в системе управления методом частичной модуляции.

Разработана система управления преобразователем, осуществляющая слежение за однополярным ведущим сигналом, что позволяет упростить схему ГВС и повысить симметрию выходного тока по полупериодвм выходной частоты.

При использовании транзисторов в качестве силовых шшчей необходимо формирование непрерывного сигнала управления ими. В АИН со слежением при использовании метода частичной модуляции длительность импульса управления »«ожет достигать 1/6 периода выходной частоты. Для передачи импульсов такой длительности через разделительные трансформаторы системы управления применен пршпщп частотного оапо.' тения. Предложен разработашшй генератор частотного заполнения, формирующий импульсы напряжения прямоугольной Форш частотой 100 кГц. Данный генератор выполняет в преобразователе еще одну важную роль -

источника постоянного напряжения для питания всех влоктронных схем преобразователя, обеспечивая их защиту от помех в силовой сети.

Известно, что при переключении последовательно соединенных транзисторов каждой фазы АЙН из-за разности времени включения и выключения транзисторов в схеме возникают сквозные токи, приводящие но только к увеличению динамических потерь в инверторе, но и к перегреву транзисторов и выходу их из строя.

Предложен способ устранения сквозных токов, основвнный на создании для источника управляющих импульсов режима источника тока. Ё схеме управления автоматически определяется промежуток времени, необходимый для рассасывания неосновных носителей из базы зокрнваще -гооя транзистора, что обеспечивает возможность использования транзисторов без специального отбора по частотным характеристикам.

В пятой главе предстанлены результаты разработки и экспериментальных исследований системы регулирования производительности питателей сырого угля о транзисторными объектно-ориентированными преобразователями частоты.

Частотво-регулируежй привод ПСУ вместе о автоматикой энергоблока образует систему автоматического регулирования производительности питателя сырого угля - САШ ПСУ, которая обеспечивает непрерывную и регулируемую в широких пределах подачу твердого топлива в углераз-мольную Мельницу с оптимизацией загрузки по технологическим критериям. Структурная схема САРП ПСУ изобажона на рис. 4 а включает в себя транзисторный преобразователь частоты ТрПЧ-5-50, асинхронный элактро двигатель, редуктор (Р), ленточный транспортер (ЛТ), шкаф управления (ШУ)о контакторами, позволяющими шунтировать преобразователь, шаровую барабанную мельницу (ШБМ). Приведены технические характеристики всех узлов систем!, структурная схема и конструкция преобразователя.

Экспериментальные исследования проводились на опытных образцах преобразователей при их наладке, в также в условиях эксплуатации на ТЭС, с целью проверки теоретических положений и методик расчета, в твкже технических решений, приведенных в предыдущих разделах диссертационной работы и положенных в оонову разработанного преобразователя ТрПЧ-5-50.

Исследования спектрального состава выходного тока проводились двумя зпособамя: с помощью анализатора спектра и способом графоаналитического разложения реальной кривой тока. Приведены результаты исследований шести режимов работы преобразователя. Экспери-

миатальныо нссладоиания дополнительных потерь в АД от выишш ги|, ыоюзк щюввдены для трех значений частоты коммутации силовых клю чей АШ1. Исследования ГВС щюводились о целью определения регули ровочных и динамических характеристик разработанных модификаций функциональных генераторов.

Проведенные исследования подтвердили достоверность получении» в работе теоретических результатов, правильность выбранных ты ни ческих решений.

Приведены основные факторы эффективности применения САГП ПСУ о транзисторным преобразователем частоты на энергоблоке мощностью ?00 МВт теплотой электростанции.

В приложении приведены акты внедрения, расчет га рантированного экономического оффокта и программа расчета спект ралыюго состава выходного тока.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложена рациональная структурная схема систем* рогуле рования производител1.иости питателя сырого угля о максимальным ис пользованием имеющегося оборудования ПСУ и транзисторным объектно ориентированным преобразователем частоты, обеспечивающая беспере Оойную и регули!)увмую загрузку мельницы, надежную и экономичную работу тракта топливопрш'отовления ТЭС.

2. Проведен сравн, .ельыый анализ методов формирования выход ного напряжения и тока модуляционных преобразователей, показана целесообразность применения метода слежения в системе частотно регулируемого привода ПСУ.

3. Разработан метод анализа гармонического состава выходного тока преобразователя частоты со следящей системой управления. Г1о лучено аналитическое выражение для тока, позволяющее проводить . исследования его спектрального состава в определять дополнительные потери в системе от высших гармоник при варьировании парамет рами как нагрузки, так и преобразователя, с целью рационального построения системы • фавления и удовлетворения требований потребителя к качеству преобразованной анергии.

4. Предложен менее трудоемкий по сравнению о традиционным метод расчета энергетических показателей систем* ищ>ь образовать ль частоты - асинхронный двигатель", проведен анализ дополнительных потерь в системе от высших гармоник питающего токи.

b. Предложен метод выбора оптимального режима работы upeoöpa чонитолн частоты то минимуму потерь в АД привода Г1СУ.

6. Разработаны алгоритм! управления силовыми транзисторными кллчами - метод частичной модуляции и метод устранения сквозиях токов, повышающие энергетические показатели преобразователя.

7. Разработана система управления объектно-ориентированным транзисторным преобразователем частоты, пооволящпя формировать квазисинусоидальный ток в асинхронном двигателе привода ПСУ.

8. Разработаны многофазные функциональные генерато]« ведущего сигнала, основанные на кусочно-нелинейной аппроксимации синусоидального напряжения.

9. По результатам проведенных исследований разработана и изготовлена опытная партия объектно-ориентированных транзисторных преобразователей чвстоты типа ТрПЧ-5-50, на основе которых созданы две системы автоматического регулирования производительности питателей сырого угля (САРИ ПСУ) для энергоблока ТХ моищостью 200 МВт. Основным фактором эффективности внедрения САРП ПСУ является повышение экономичности работы углерязмольной мельницы за счет устранения перерывов подачи топлива и обеспечения оптимальности ее загрузки, т.е. снижение удельного расхода электроэнергии на помол угля.

Основное содержание диссертационной работы отражено в ело дующих публикациях:

1. A.c., 754617 СССР, МКИЗ Н 02 М 7/57. Полумостовой тран-висторшй инвертор / А.С.Сизов, П.М.Мвнуковский. - 4 с. ял.

. 2. A.c., 915211 СССР, МКИЗ Н 03 В 27/00.. Управляемый генератор многофейшх гармонических колебаний /B.W. Не ну конский, А.С.Сизов. -4 а. яя.

Ч. I.e., 938358 СССР, МКИЗ Н 03 В 27/00. Перестраивавши формирователь сдвинутых по фвзе гармонических колебаний /Ю.Ы.Мвнуков-смий, А.С.Сизов. - Б с. ля.

4.А.е., 944062 СССР, МКИЗ Н G2 Р 13/18. Устройство для управления автономным инвертором напряжения со слежением /Ю.М.Мануков-окий, А.С.Сизов. - 3 о. ил.

Б. i.e., 964895 СССР, МКИЗ Н 02 М t/08. Генератор шздапцих синусоидальных напряжений регулируемой частота /Ю.М.Мануковскяй.- Б с.

... A.c., 1185552 СССР, МКИ4 Н 02 М 7/48. Устройство для управления автономным инвертором напрявнжя со слэжвнзвм /D.M. lía Чуковский. - 3 с. ел.

7. i.e., 1 ö'jeueo СССР, ИКИ4 Н 02 U Ь/12. Способ управления трехфазным пеобразонателем частоты /А.В.Пузаков, Т.Б.Остапчук, D.H.Мануковский и В.И.Олещук. - 4 с. ил.

8. Колоколкин А.Н., Мануковский D.U. Генератор частотного заполнения //Преобразователи частоты для электропривода. Кишинев. Штиинца, 1979. С. 74 - 76.

9. Лазарев Г.Б., Мануковский D.U. Система автоматического ре гулирования производительности питателя сырого угля на базе тран зисторного чнетотно-регулируомога алектропривода (01шт разработки и эксплуатации). Препринт. - Кишинев, 1991. - 60 с.

10. Мануковский D.U. Генератор задающего сигнала для преобрази витала Я чистоты со слежением //Регулируема электропривод высоко инерционных механизмов. - Кишинев: Штиинца, 1980. С. 16 - 30.

11. Мануковский D.M. К вопросу улучшения формы выходного оигна ла задающего генератора //Вентильные преобразователи в частотно-ре гулируемом электроприводе. - Кишинев: Штиинца, 1902. С. 23 - 27.

12. Мануковский D.M. Выбор параметров вентильного преобразоья теля для частотно-управляемого электропривода с помощью упрощенной модели// Оптимизация и исследование электрических машин,- Кишинев: Штиинца. 1902. С. 53 - 56.

13. Мануковский D.M. Система управления автономным инвертором напряжения со сложением //Вентильный электртпривод переменного то ка. - Кишинев: Штишща, 1901. С. 50 - 62.

14. Мануковский D.M. Трехфазный функциональный генератор зада!) щего сигнала для систем управления со слежением //Оптимизация и мо делврование систем вентильного нлект{юпринода и асинхронных машин.

- Кишинев: Штишща, 1983. С. 63 - 67.

15. Мануковский D.M. Функциональные генераторы задащэго сигнала систем управления вентильными преобразователями.: Тез. докл. И Всесоюн- науч.-техн. конф. Проблемы преобразовательной техники.

- Киев: ИОД АН УССР, 1983. Ч. 2. С. 224 - 227.

16. Мануковский D.M. Особенности работы системы управления инвертором напряжения со олежышем //Известия АН МССР. Сер. физ.-тех. и мат. наук. 1984. N 3. С. 69-71.

17. Мануковский D.M., Сизов A.C. Быстродействующее устройство защиты статического преобразователя от токовых перегрузок. Уфа.УАИ: Тез. докл. Всесопзн. науч.-тихи. копф."Применение в технологических процессах машиностроительного производства полупроводниковых

?.П

Ирвзовнто.юй частоты". Уфа, М>80. 0. Я2.

IH. Мннуковский D.M., Сизов A.C., Штойнборг A.B. Транзисторный инвертор напряжения со "лежанием. //Уменьшение искажений в цепях о силовыми нОлущюведшковнми преобразователями. - ИТЭ АН DCC.P, Тал-' линн, 13В1. Г.. Г,9 - 71.

Г.). Мануковский D.M., Сизов A.C. Применение транзисторного tum чи для звщитн преобразователей от токовых перегрузок.: Тез. докл. Чоисогон. науч. техн. совещания: Разработка и внедрение быстродействующих систем защиты силовых гцкюбразовательных устройств. М., Йн1лрмялоктро, 1982. С. 26

2П. Мануковский D.M., Сизов A.C. Определение частоты переключения силовых транзисторов в автономных инверторах напряжения со слежением. : Тез. докл. П межвед. науч.-техн. соващ. "Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей". Таллинн: ИТЭ АН ЭССР, 1982. - С. 107-108.

21. Мануковский D.M., Забровский С.Г., Лазарев Г.Б. Выбор форш задающего сигнала для систем управления автономными инверторами напряжения со слежением.: Тез. докл. Ш Всосошн. научн.-техн. совещ." Проблеш электромагнитной совместимости силовнх полупроводниковых преобразователей". - Таллинн: АН ЭССР, 1986. Ч. 3.

С. 101 - 102.

22. Мануковский D.M., Олещук В.И., Сизов A.C. Преобразователи частоты для электропривода переменного тока с квазиадаптшзными ал горитмами управления.: Тез. докл. науч.-техн. семинара "Проблемы внвргосбврехяния в проектировании и эксплуатации новых видов электроприводов'". - И.: МЭИ, 1986. С. 35 - 3G.

23. Мануковский D.M., Сизов A.C. Опыт разработки и эксплуатации 'астотпо-регулируемого привода питателей сырого угля на ТЭС.: Тез. докл. Всесоюзн. научн.-техн. совещ. "Разработка и внедрение регулируемых электроприводов механизмов собственных нужд и тирис-торных пусковых устройств для газотурбинных установок". - М.: Ин-формэнврго, 1988. С. 27 - 28.

24. Ман;-'овский D.M., Сизов A.C. Экспериментальные исследования транзисторных приводов питателей сырого угля.: Тез докл.8 Все-ооген.науч.-техн. конф. "Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями". - Свердловск: УПИ, 1989. С. 48.

25. Мануковский D.M., Пузаков A.B. Широкорегулируемыв автономные транзисторные преобразователи частоты. - Кишинев: Штиинцв,

1990. Iba о.

2a. Цануковский U.U., Сизов A.C., Лазарев Г.Б. Анализ вффок тшшости применения транзисторного преобразователя частоты в алвк тропризоде питателя сырого угля тепловой электростанцни//Пробле»м преобразовательной техники: Тез.докл. - Киов: ИЭД АН УССР. 1991. Ч. IV.C. 118 - 119.

27. Пузаков A.B., Кануковский D.U. Цифровой синтез многофазных звдащнх синусоидальных напряжений для преобразователей частоты асинхронного привода Оптимизация я исследование одектрических ма шин. - Кишинев: Штиинца, 19в2. С.Б6 - 63.

28. Рождественский A.D., Мануковокий D.U. Оценка качества выходного напряжения автономных инверторов напряжения о ШШ в систв мах электропривода //Известия АН МССР. Сер. ^из.-техн. наук.- Кишинев, 1990. N1. 0. (36 - 68.

29. Транзисторный инвертор о синусоидальной формой кривой вы ходного напряжения. D.M.Млнуконский, А.С.Сизов, Г.В.Чалый. A.D. Штейнб9рг//Поблемы преобразовательной техники. Ч. 3.- Киев, 1979. С, 121 - 123.

30. Manukoveky Yu., Bl&ov A. Tranoietor ireijueno/ oomrerter for eleotrlo drlve/Prooeedlnga of IOATB'91. Ci-alova, Romania 21-23 November» 1991. - 4 p.

ГВЫ1 'ш!

ГВС

БУ

-и

(я

ПУ "вих

ивх

-А д '

С

БУ

К 21

—о + К/?

ЛГ ги о -ч-1—г

Е/2

Рио. 1. Структурная схеме следящей сиотеш управления

Рис. 2. Временная диаграмма формирования тока методом слежения

б

Рис. 3. Структурная схема ГВС, фпрмирунцего

однополярное напряжение (а) и временные диаграммы (б), пояснящие его работу

/А

ЛТ

АЗМ

Рис. 4. Структурная схема С&РП ПСУ не безе транзисторного преобразователя частоты ТрПЧ-5-50

Заказ У 98,тир. 100 экз., формат 1/16. Бесплатно Ротапринт ВНИИЭ, Каширское шоссе, 22, корп.З