автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка и исследование энергосберегающего автоматизированного комплекса электрохимической активации

На правах рукописи

ПУСТОВАЛОВ Виктор Алексеевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж 2004

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Зайцев Александр Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Мещеряков Виктор Николаевич;

кандидат технических наук, доцент Плехов Александр Сергеевич

Ведущая организация Научно-исследовательский

и проектно-конструкторский институт механотроники-Альфа "НИИ МЕХАНОТРОНИКИ-Альфа" (г. Воронеж)

Защита диссертации состоится 30 июня 2004 г. в 10 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета К 212.037.05 Воронежского государственного технического университета по адресу: 394026 Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета

Автореферат разослан 28 мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Медведев В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Снижение затрат при производстве экологически чистой продукции невозможно без применения новейших технологий. Одной из таких технологий является электрохимическая активация (ЭХА) водных растворов. Раствор, получаемый в электролизере у анода (анолит), может заменить все существующие на сегодня дезинфицирующие средства химического происхождения В отличие от химических растворов анолит - не вещество, а раствор, причем находящийся в метастабильном состоянии и к нему нет привыкания микроорганизмов. Экономическая эффективность применения анолитов характеризуется меньшей стоимостью на два и более порядков по сравнению с распространенными химическими растворами с эквивалентным воздействием.

Электролиз жидких сред является энергоемким производством. Если промышленное производство таких продуктов, как хлор изучено и освоено, то локальные установки по ЭХА растворов требуют существенных доработок по технико-экономическим показателям и энергосберегающей автоматизированной технологии комплекса ЭХА, что и определяет актуальность темы диссертационного исследования.

Тематика диссертации соответствует одному из основных научных направлений ВГТУ "САПР и автоматизация производства."

Цель работы. Целью работы является разработка и исследование энергосберегающего автоматизированного комплекса электрохимической активации на базе системы автоматизированного электропривода, устройств автоматики и импульсных модуляционных преобразователей как основы создания комплекса аппаратных средств по автоматизированному управлению технологическими процессами с целью стабилизации свойств дезинфицирующих растворов - анолита.

Методы исследования. Для реализации поставленных в диссертации задач при проведении исследований использовались методы дифференциального и интегрального исчисления, теория электрических цепей и систем, основы теории электропривода, теории автоматизированного управления и моделирования.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

,-иС. НАЦИОНАЛЬНА!! , БИБЛИОТЕКА ]

- разработан принцип создания энергосберегающей адаптивной автоматизированной системы управления технологическим комплексом для стабилизации параметров выходного продукта (концентрации растворенного активного хлора в анолите ) в составе замкнутой системы частотно-регулируемого асинхронного электропривода центробежного насоса; быстродействующей системы регулирования выходного напряжения полупроводниковых источников питания; адаптивной системы стабилизации тока через электрохимический реактор;

- предложена энергосберегающая технология транспорта раствора с помощью частотно-регулируемого электропривода насоса на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, когда расход электроэнергии определяется только потерями в гидравлическом сопротивлении линии;

- определен оптимальный закон частотного управления при постоянной перегрузочной способности;

- разработана адаптивная система компенсации изменения тока в элементах ПЭМ при уменьшении проводимости раствора в процессе электрохимической активации.

Практическая значимость работы. Потенциальный экономический эффект от внедрения результатов работы обусловлен заменой дезинфицирующих средств химического происхождения на растворы анолита при электрохимической активации по стоимости на порядок и более ниже химических элементов. Из-за кратковременного действия анолитов нет привыкания к ним микроорганизмов. Предложенные в работе режимы нашли практическое применение в сельском хозяйстве, медицине, по дезинфекции инструментов и отходов.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты исследований в работе нашли практическое применение на установках по производству электроактивированных растворов - анолит и католит на кафедре фармакологии ВГМА им Н.Н. Бурденко и в новых разработках установок СТЭЛ для электрохимической активации водных растворов, производимых ООО "Специализированная электрохимическая лаборатория". Основные результаты работы внедрены в учебный процесс на кафедре "Электромеханические системы и электроснабжение" Воронежского государственного технического университета по курсам "Электротехнологии", "Энергоснабжение".

Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на региональной научно-технической конференции "Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве (Воронеж 2002, 2003,2004), Всероссийской научно-технической конференции - Чебоксары 2003, региональной научно-технической конференции "Автоматизация и роботизация технологических процессов (Воронеж 2003).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 печатных работ и монография. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце реферата, лично соискателем предложено: в [1] анализ влияния параметров фильтра на выходные показатели преобразователя; в [2,3] методика исследования ШИМ систем на устойчивость; в [4] методика определения энергетических показателей и влияние преобразователей на питающую сеть; в [5] анализ систем с ШИМ по энергетическим параметрам; в [6] - разработка схемы принудительной коммутации с дополнительным подза-рядом коммутирующего конденсатора; в [7] - исследование электромагнитных процессов, схемные решения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, основной текст изложен на 192 листах и содержит 65 рисунков, 12 таблиц, список литературы, включающий 138 наименования и 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, показаны научная новизна и практическая значимость проведенных исследований, дана краткая аннотация диссертации по главам.

В первой главе рассмотрены вопросы создания более эффективных электротехнологий для установок электрохимической активации водных растворов. Проведен анализ общего подхода по созданию энергосберегающего автоматизированного комплекса для локальных установок ЭХА водных растворов. Рассмотрена структура автоматизированного комплекса.

Вторая глава посвящена исследованию импульсного преобразователя с широтно-импульсной модуляцией для питания локальных установок. Такие преобразователи имеют более высокие энергетические показатели, в меньшей степени влияют на питающую сеть переменного тока. Недостатком таких схем с ШИМ явля-

ется потеря коммутационной способности узла искусственной коммутации в режиме короткого замыкания в нагрузке. В работе предложен импульсный преобразователь с дроссельным подзарядом коммутирующей емкости в функции тока нагрузки. Схема такого преобразователя приведена на рис. 1.

Рис. 1 .Схема преобразователя Функциональным назначением ШИМ'а является преобразование напряжения во временной интервал. На рис.2 приведены временные графики, поясняющие работу преобразователя.

б

|)Ц ч

а

Рис.2. Временные графики-При. подаче управляющего импульса в момент на тиристор Т (график 1), он открывается и начинается процесс нарастания тока до величины, равной току нагрузки (график 4 ). В момент t2 управляемый импульс подается на Т2 и начинается процесс выключения тиристора Т1. При этом происходит колебательный перезаряд Ск .При достижении положительного максимума напряжения на Ск он начнет разряжаться через диод Д .В результате Т1 смещается в область отрицательного напряжения, Т1 закрывается. К моменту

t4 ток через Ск достигает величины тока нагрузки и поддерживает его на участке t4 - 1. В момент 15 напряжение на конденсаторе достигает значения напряжения источника Е. На участке t5 — ^ ток в Ск спадает до нуля, а электромагнитная энергия, запасенная в Ьк и индуктивности ЬД1 передается конденсатору Ск и напряжение на нем достигает значения и 1. При соответствующем подборе индуктивности дросселя Д^истема становится адаптивной, предоставляя постоянное время At (график 3 и рис.2,6) для восстановления управляющих свойств силового тиристора Т1.В работе проведен синтез параметров коммутирующего контура.

Работа ШИМпреобразователя на Ь-Сфыльтр

Во всех случаях стабилизация выходного напряжения будет эквивалентна по действию стабилизации заданного параметра. Регулирование тока производится по напряжению на выходе преобразователя. Импульсную систему регулирования можно представить в виде последовательного соединения импульсного элемента, формирующего элемента с прямоугольной формой импульса и непрерывной части, соответствующей сглаживающему фильтру (рис.3).

Рис.3. Представление импульсной системы регулирования Для вычисления переходного процесса можно воспользоваться уравнением разомкнутой амплитудно-импульсной системы относительно изображений в смысле дискретного преобразования Лапласа.

и'(д1е) = К\дхе)Е\д), О)

где - дискретное преобразование Лапласа выходной сме-

щенной-функции; К* {дхв) - передаточная функция разомкнутой

амплитудно-импульсной системы; £*(#) - дискретное преобразование Лапласа входной решетчатой функции.

Передаточная функция К* равна D - преобразованию передаточной функции эквивалентной непрерывной части.

В результате анализа определена реакция системы на постоянное входное воздействие Е.

г„+1 + ы кг^лг)2 -(1-гн) й>2]+(20)2(2лг)2

Полученное уравнение (2) представляет разложение в ряд Фурье выходного напряжения преобразователя. Гладкая составляющая, равная среднему значению напряжения, определяется первым слагаемым в (2)

(3)

Приняв

к следующему виду

, уравнение (3) преобразуется

ивых=?Е-

' нагр

(4)

Уравнение (4) являетсяуравнением внешнейхарактеристики.

Третья глава посвящена анализу вторичных источников питания (ВИП) с промежуточным звеном повышенной частоты. За счет повышения частоты в преобразователях с бестрансформаторным входом удается существенно уменьшить массу и объем электромагнитных элементов. В структурах со звеном повышенной частоты преобразовательная ячейка состоит из инверторной части и демодулятора: Связь между ними осуществляет высокочастотный трансформатор. На обмотках трансформаторов в этом случае действует прямоугольное переменное напряжение, сформированное ин-верторными ячейками. Демодулятор осуществляет выпрямление этого напряжения.

Габаритнаямощность силовых цепей преобразователей ВИП

Суммарная габаритная мощность составляющих элементов преобразователя зависит от режимов работы ВИП, которые для транзисторных преобразователей необходимо представить в координатах . Определены предельные характеристики

по габаритной мощности для двухтактного преобразователя с мостовой схемой инвертора и нереверсивным демодулятором (OHM)

учитывая, что

V —

Габаритная л<лРгв=ип-1^Рн

В итоге

Р +Р

я vox____и мах _ р

Л

мощность

»мах *

выпрямите-

Здесь РГКя', Ргя,г\ Ргж1» Рги'Ргв - габаритная мощность составляющих элементов: ключевого элемента, трансформатора (его вторичной и первичной обмоток), инвертора, входного выпрямителя, соответственно; РГ1 - суммарная габаритная мощность; РГнмах - максимальная мощность нагрузки.

Однотактные преобразователи. Габаритная мощность трансформатора с однотактной ячейкой определяется при максимальной скважности умах = 0,5 . Две однофазные однотактные ячейки имеют в л/2 раза большую габаритную мощность.

Ргтр - Л« ч/Г = •

Особенности спектрального состава сигналов широтно-импульсноймодуляции

Спектральный состав является важной и широко используемой характеристикой сигнала. При этом необходимо знать состав массивов гармоник, перемещение массивов в частотной области при изменении параметров модуляции, закономерности деформации спектра при переходе от большей к малой кратности квантования. Обозначим: q-кратность квантования; Т-период сигнала; а- период квантования., тогда q ^^ .При тестовых сигналах синусоидальной формы кривая воспроизведения при четном значении q обладает симметрией 3-го рода, когда

^ + г/2) = -т.

Координаты импульсов определяются математической моде лью сигнала ВИП. При наличии нескольких импульсов в каждом полупериоде разложение последовательности разнополярных пря-

моугольных импульсов с периодом 2л показывает, что с изменением кратности квантования амплитуды гармоник сдвигаются в сторону более высоких частот. При четном значении кратности квантования ,например q = 24, характерно наличие в спектре симметричных

массивов нечетных гармоник. Первый массив образован гармониками, номера которых определяются выражением (Оу = Q [q ± (2S +1)], где Q - частота управляющего сигнала; q -кратность квантования; S = 0,1,2... - текущий импульс. Из них наиболее заметны 21-я, 23-я, 25-я и 27-я, амплитуды которых составляют 18 — 21 % от первой гармоники.

Второму массиву соответствует 0)г = П [2q ± (2S +1)].

Здесь выделяются 41-я, 43- я, 47 - я, 49 - я, 53 - я и 55 - я гармоники, амплитуды которых составляют 5 — 12 % от основной.

При четной кратности квантования наблюдается чередования массивов четных и нечетных гармоник, причем первым идет четный массив.

Влияние фильтров на работу импульсных преобразователей с промежуточным звеном повышенной частоты. Для силовых преобразователей пригодны фильтры, построенные только из реактивных L,C - звеньев. Преобразовательные системы с модуляцией должны иметь высокий КПД, следовательно, малое внутреннее сопротивление источника сигнала и высокую добротность дросселей фильтра.

АЧХ и ФЧХ такого фильтра может быть представлено выражениями

К(ш) = . 1 ;(5)

7(1 + г - 4ат2)2 + 4ггт2(р + г / р)2

0(m^arc,z\-2m{p + r'fA> (6)

где по-

лоса пропускания фильтра; - относительное значение волнового сопротивления.

Семейство АЧХ и ФЧХ образуется варьированием параметра г , имеющего смысл потерь в системе. При этом Ко=1/ (1+r )=г|,

так как Т] — ■

тг

1

Р + АР Л„-/2+Д/2 1 + г'

Математическая модель- расчетной схемы с выходным фильтром представлена на рис.4. Блок КРФ^ устанавливает связь информационного ^ и энергетического и1; входов с выходом U2

Рис. 4. Расчетная схема с выходным фильтром Модель сигнала, в свою очередь, реализуется в преобразователе через работу ключевых элементов (ключей) силовой цепи. Выразим КРФ с помощью функций прямоугольного синуса ДО). Тогда через коммутационные функции ключей можно определить

и2 =^,1>;Л(0[/Й(<-Ти) + С-Ь,)] = С/, • КРФ^

(7)

где

КРФ,

- коэффициент передачи по напряжению.

Аналогично устанавливается связь токов i1 и ц

- - ти)+/ас - т21)]=/2 -крф,

т.,'

ы

где

- коэффициент передачи по току.

(8)

Таккак крф 1[; = крф , то следует, что блок КРФ£ устанавливает связь токов и напряжений как обычный трансформатор, что существенно упрощает составление математических моделей во временной области.

Четвертая глава посвящена рассмотрению вопросов, связа-ных с разработкой энергосберегающего автоматизированного технологического комплекса электрохимической реакции для получения дезинфицирующих растворов со стабильными параметрами.

Для решения поставленной задачи автоматизированная система функционально должна иметь:

- контур стабилизации протока раствора через реактор;

- контур стабилизации напряжения, подводимого к электро-дамреактора;

- контур поддержания постоянства величины тока черезре-актор при изменении его вследствие уменьшения проводимости раствора при постоянном протокераствора и постоянстве подво -димого напряжения.

Стабилизация протока (объемного расхода) необходима для обеспечения строго одинаковой скорости движения микрообъемов жидкости в каждом из поперечных сечений, а также создания условия для соприкосновения возможно большего количества микрообъемов воды с поверхностью двойного электрического слоя - ДЭС.

Для локальных установок самым экономичным средством регулирования протока жидкости может быть только центробежный водяной насос с регулируемым электроприводом. Такая система позволяет достигать наибольшей экономии электроэнергии при регулировании производительности. В этом случае расход электроэнергии на транспорт жидкости будет определяться только потерями в гидравлическом сопротивлении линии.

Все необходимые зависимости для насосов определяются из РИ - характеристик, представляющих зависимости производительности р (расхода) от развиваемого напора Н при регулировании скорости вала рабочего колеса

Н =во0)2 +с(2~а(),м.вод.ст., (9)

где 0) — (01с0н - относительное значение скорости; (Он - номинальная скорость колеса; а, в,с - коэффициенты аппроксимации полинома. При отсутствии противодавления гидравлическое сопротивление линии будет равно

Мощность на валу рабочего колеса, определяемая через известные параметры насосной установки при работе на противодавление

р. +ЩнОУ-С& +(а + Я)03], (10)

где - удельный вес раствора.

Электромагнитный момент является основной выходной координатой силового электропривода. При частотном управлении его значение зависит от частоты и напряжения переменного тока, при-

кладываемых к статору электродвигателя. Наличие двух независимых каналов управления дает возможность реализовать в системе ПЧ-АД оптимальное управление. Применительно к электроприводам насосов удобно пользоваться уточненным законом Костенко М.П., когда при моменте, изменяющимся пропорционально квадрату угловой скорости, обеспечивается закон изменения квадрата потока пропорционально моменту. В этом случае обеспечивается постоянство абсолютного скольжения, что соответствует сохранению постоянства запаса статической устойчивости M^M = const .

Для приводов насосов, у которых момент нагрузки возрастает при увеличении скорости, основным критерием оптимальности является максимум момента, развиваемого двигателем при высшей скорости, а напряжение на зажимах двигателя при этой скорости равно номинальному напряжению двигателя (однозонное регулирование).

При частотном управлении асинхронным двигателем с корот-козамкнутым ротором режим максимальной производительности определяется следующим образом: при заданных ограничениях тока в статоре /, = ¡¿^ = 11гю 11, и суммарных потерь в двигателе

АР = АР^д,, = АР^о„ I &РН определить соотношения между абсолютным скольжением и потоком ф . Для замкнутых систем при пренебрежении активным сопротивлением в контуре намагничивания г0, которое включено параллельно индуктивному сопротивлению Хо более удобно ток в статоре , выражать

I, = —ц =

где £ -

1

(х„ +Х'2)2/3

2 . Х„ г,

Р хо ло ч

-

И '

(11)

постоянная величина, работы двигателя

определяемая номинальным режимом

(£/ = £/„,/ = /, =50Л,,/? = Д, ).

По величине тока определяется максимальный момент. На рис. 5 изображена принципиальная технологическая схема стабилизации протока жидкости через электрохимический реактор

Рис. 5. Технологическая схема стабилизации расхода раствора Схема состоит из автономного инвертора напряжения АИН, двигателя М, насоса Н, расходомера О. Обратная отрицательная связь осуществляется через функциональный преобразователь «расход-напряжение». Напряжение обратной связи сравнивается с заданным. Разность сравниваемых величин из и -ис воздействует

на ПЧ, вырабатывающий определенную частоту и напряжение по величине соответствующее оптимальному закону управления.

Система стабилизации выходногонапряжения источника Схемы стабилизации напряжения и определения вольтсекундной площади приведены на рис.6 и 7.

Рис.6 Рис.7

Среднее напряжение на выходе ШИМ за период повторения

равно

= \E(t)dtlT.

Для стабилизации напряжения достаточно при Т=сопй обеспечить постоянство вольтсекундной площади каждого выходного импульса модулятора. При этом напряжение на интегрирующей емкости С за время включенного ключа модулятора будет изменяться по закону (рис.7)

ис^'\1ет. (12)

При выполнении условия ис=ЕИ ТОЧНО выполняется равенство (12). При достижении Ис=Иэ срабатывает нуль орган и происходит

выключение ключа и справедливо равенство

Тогда

U =RC-U'/T.

мер 3

(13)

С учетом падения напряжения в активном сопротивлением сглаживающего дросселя RL напряжение на выходе фильтра ифср = RC э / Т -1 RL, где R-сопротивление цепи заряда емкости.

При положительной обратной связи по току нагрузки эталонное напряжение в этом случае должно содержать составляющую

UЭ .зависящую от тока нагрузки. При постоянстве U ф с р = №'=Const условие стабилизации определяется выражением

U3=to'+IRL/RC. Таким образом, система стабилизации напряжения источников питания путем обеспечения постоянства вольтсекундной площади каждого импульса обеспечивает постоянство выходного напряжения преобразователя.

Система стабилизации тока вэлектрохимическомреакторе Проведенные исследования показали прямую зависимость концентрации активного хлора в анолите от величины тока в реакторе. Решить задачу по поддержанию постоянства тока в реакторе при U = const и Q = const можно только коррекцией концентрации соли в растворе, вводимого в реактор через импульсный дозатор из вспомогательного бака с большей концентрацией. Предлагаемая система стабилизации тока изображена на рис. 8.

Рис.8

Мгновенное значение тока, протекающее через реактор, контролируется с помощью трансформатора тока ТТ, включенного в цепь вторичной обмотки силового трансформатора источника питания. Вторичная обмотка ТТ замкнута на выпрямительный мост, нагрузкой которого является потенциометр Ш. Напряжение на П1 будет отражать мгновенное значение тока в цепи реактора. Трансформатор Т1 включен на мостовой выпрямитель, который питает потенциометр П2 и является задающим источником напряжения. Задающее напряжение от потенциометра II сравнивается с напряжением на Пг Разность ДС/(/) = из — итек через ключ К2, работающий в противофазе с ключом КГ;, поступает на интегратор И, интегрирующий сигнал Д£/(/)до величины иш срабатывания релейного элемента Р, который очищает вход интегратора и запускает импульсный элемент ИЭ\. ИЭ\ запускает линию задержки ЛЗ и переводит ключ в замкнутое состояние. Линия задержки отсчитывает интервал времени и запирает импульсный элемент ИЭ2, переводящий ключ Кх в выключенное состояние. Далее процесс повторяется. Напряжение интегратора и в конце паузы

СП

и и = К = К-итп= иэг,

где К - коэффициент пропорциональности; Тм - время импульса. Время периода Т определяется выражением

т=—=

1 иэг

f KAU "

Это выражение представляет собой алгоритм частотно-импульсной модуляции потока раствора через электрохимический реактор. Система с импульсной коррекцией может быть отнесена к адаптивной

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. При создании автоматизированной системы управления для достижения стабилизации характеристик выходного продукта разработана структура технологического процесса в составе: система стабилизации протока (объемного расхода) раствора через электрохимический реактор; система стабилизации подводимого напряжения на электроды реактора; система поддержания постоянства тока, протекающего через реактор.

2. Система стабилизации протока через реактор осуществляется центробежным насосом с частотно- регулируемым асинхронным электроприводом. Это позволило создать принципиально новую технологию транспорта жидкости без непроизводительных затрат электроэнергии.

3. Оптимальным законом частотного регулирования следует считать регулирование при постоянной перегрузочной способности

Л = Мк IM- const.

4. Частотное управление по максимуму момента является основным способом достижения максимальной производительности асинхронного электропривода насосов в статических режимах. При частоте ниже 50Гц наиболее рационально использовать управление по минимуму тока и суммарных потерь

5. Система стабилизации напряжения на зажимах реактора позволяет оптимизировать процесс ЭХА, так как производительность реактора однозначно определяется рабочим номинальным напряжением, при отклонении от этой величины снижается полезный выход продукта. В качестве стабилизированных источников питания в работе рассмотрены импульсные преобразователи постоянного

тока с широтно-импульсной модуляцией двух типов: тиристорных преобразователей с узлом искусственной коммутации и транзисторные преобразователи с промежуточным звеном повышенной частоты. В таких системах высокочастотный трансформатор входит в обобщенное звено с ШИМ. Применение метода коммутационных функций устанавливает связь токов и напряжений, как в обычном трансформаторе, что позволяет проведение исследований во временной области таких преобразователей по методикам обычных преобразователей с ШИМ.

б.Разработанная система стабилизации тока через электрохимический реактор решает очень важную задачу по стабилизации концентрации хлора в анолите, полностью зависящей от величины тока. Для компенсации отклонения тока от заданной величины разработана адаптивная импульсная система подачи в реактор более концентрированного раствора с помощью дозатора.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Пустовалов В.А., Зайцев А.И. Работа широтно-импульсного модулятора на сглаживающий фильтр // Промышленная информатика: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2002. С.159-164.

2. Пустовал ов В. А., Зайцев А.И. Устойчивость систем регулирования с ШИМ // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: Региональная науч.-техн. конф: Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 118.

3. Пустовалов В А, Зайцев А.И. Применение частотного критерия абсолютной устойчивости к системам с широтно-импульсной модуляцией // Тр. региональной науч.-техн. конф. Системы и элементы роботизированных комплексов: Воронеж: ВГТУ, 2003.С.4-13.

4. Пустовалов В.А., Зайцев А.И. Определение энергетических показателей преобразователей постоянного напряжения с искусственной коммутацией // Электротехнические комплексы и систе-мы.управления: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2003.С.22-27.

5. Пустовалов В.А., Зайцев А.И. Импульсные преобразователи постоянного напряжения // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: Региональная науч.- техн. конф: Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 109-110.

6. Пусговалов В.А., Зайцев А.И. Схема искусственной коммутации с дроссельным зарядом коммутирующей емкости: Электро-

технические комплексы и системы управления: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 151-156.

7. Зайцев А.И., Пустовалов В.А. Энергосберегающие источники постоянного тока на базе управляемых вентилей: Монография. Воронеж: ВГТУ, 2003.210 с.

8.Пустозалов В. А. Использование импульсных источников питания при электрохимической активации водных растворов // ДНДС-2003: Всерос. науч.- техн. конф., Чебоксары. 2003. С 5.

9. Пустовалов В.А. Автоматизация процесса электрохимической активации при получении заданной концентрации оксидантов в электроактивированных растворах // ДНДС-2003: Всерос. науч.-техн. конф., Чебоксары. 2003. С. 13.

Ю.Подвигина О.А.,Пустовалов В.А. Изучение анолита в качестве стерилизующего агента для растительных объектов в условиях IN VITRO сахарной свеклы // Электрохимическая активация в медицине, с/х промышленности: Материалы III Междунар. симпозиума. М.: ВНИИИМТ, 2001. С.157.

11. Пустовалов В.А. Влияние электроактивированных растворов на прорастание с/х культур и пораженность их болезнями //Активированная вода. М.: ВНИИИМТ, 2001. 47 с.

12.Пустовалов В.А. Применение анолита в свиноводческом, хозяйстве // Активированная вода. М.: ВНИИИМТ, 2001.47 с.

ЛР №066815 от 25.08.99. Подписано в печать 26.05.2004. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 85 экз. Заказ № Воронежский государственный технический университет 394026 Воронеж, Московский просп., 14.

»122 8?

Введение

1. Технология электрохимической активации водных растворов.

1.1. Феномен электрохимической активации.

1.2. Технические характеристики электрохимических реакторов РПЭ.

1.3. Влияние формы тока на производительность и расход электроэнергии при электрохимической активации водных растворов.

1.4. Состав автоматизированной системы управления для стабилизации параметров выходного продукта электрохимической активации.

Выводы.

2. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для питания установок электрохимической активации водных растворов.

2.1. Обобщенное представление эффективности применения полупроводниковых преобразователей в электротехнологиях.

2.2. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для питания реакторов ЭХА.

2.3. Синтез элементов цепи искусственной коммутации с дроссельным подзарядом коммутирующей емкости.

2.4. Свойства импульсной системы с широтно-импульсной модуляцией.

2.5. Коэффициент полезного действия преобразователя.

2.6. Устойчивость систем регулирования с широтно-импульсной модуляцией.

Выводы.

3. Вторичные источники питания с промежуточным звеном повышенной частоты.

3.1. Преобразователи с промежуточным звеном повышенной частоты.

3.2. Габаритная мощность силовых цепей преобразователей ВИП.

3.3. Энергетические показатели преобразователей.

2.4. Особенности спектрального состава сигналов при широтно-импульсной модуляции.

2.5. Модели модуляторов с промежуточным звеном повышенной частоты.

2.6. Влияние фильтров на работу импульсных преобразователей с промежуточным звеном повышенной частоты.

Выводы.

4. Разработка энергосберегающего автоматизированного комплекса электрохимической активации для получения дезинфицирующих растворов со стабильными параметрами.

2.1. Система стабилизации протока жидкости через электрохимический реактор.

2.2. Система стабилизации выходного напряжения источников питания.

2.3. Система стабилизации тока, протекающего через электрохимический реактор.

2.4. Автоматизированный двухтактный импульсный преобразователь с промежуточным звеном повышенной частоты.

Выводы.

Актуальность темы. Снижение затрат при производстве тех или иных продуктов, а также экологическая безопасность не возможны без применения новейших технологий. Одной из таких технологий является электрохимическая активация (ЭХА). Сущность электрохимической активации заключается в том, что слабоминерализованный водный раствор подвергается электролизу в диафрагменном электролизере. В процессе электролиза образуется кислотная среда с положительным зарядом у анода, а у катода образуется щелочная среда с отрицательным зарядом. Расположенная между анодом и катодом пористая диафрагма с одной стороны пропускает ионы, а с другой стороны препятствует смешиванию продуктов электролиза.

В результате электрохимической активации получаются растворы, позволяющие заменять кислоты и щелочи в промышленных производствах, дез. средства в медицине, получать консерванты, протравители и лечебные препараты для сельского хозяйства, ферменты и коагулянты для химических производств.

Электрохимическая активация водных растворов находит применение во многих областях хозяйственной деятельности человека, где применяются жидкие среды. ЭХА растворы являются экологически чистыми, так как очень быстро релаксируют в обычную воду, не причиняя вреда окружающей среде.

Электролиз жидких сред является энергоемким производством. Кроме того, при электролизе слабоминерализованных растворов хлорида натрия в настоящее время получают растворы с ненормированным составом продуктов электролиза из-за отсутствия стабилизации режимов, при которых можно было бы проводить контролируемый электролиз с целью получения более точных параметров продукта. Это особенно важно при получении растворов применяемых в лечебной практике.

Эти затруднения объясняются тем, что до настоящего времени в качестве источников питания мобильных электролизеров применяют нерегулируемые однофазные выпрямители, предназначенные для других целей (зарядные устройства, выпрямители ВСА-4к, ВСА-5к, сварочные аппараты "Анод", станции катодной защиты КСС-600 и др.), которые, как правило, не имеют средств стабилизации даже тока.

В этой связи актуальность темы диссертационного исследования заключается в необходимости разработки энергосберегающего автоматизированного локального комплекса электрохимической активации жидких растворов. При этом важно создание таких структур и способов управления, которые обеспечивали бы возможность получения выходного продукта со стабильными параметрами, с целью применения в производственных процессах и, в том числе, в лечебной практике.

Тематика диссертации соответствует одному из основных научных направлений ВГТУ "САПР и автоматизация производства".

Целью работы является разработка и исследование энергосберегающего автоматизированного комплекса для локальных установок электрохимической активации водных растворов на базе автоматизированного электропривода, устройств автоматики импульсных модуляционных преобразователей, как основы создания комплекса аппаратных средств по автоматизированному управлению технологическими процессами с целью стабилизации свойств дезинфицирующего раствора -анолита.

Исходя из данной цели, в работе поставлены следующие задачи: на основании анализа существующих технологий электрохимической активации и проведенных экспериментальных исследований энергосберегающей автоматизированной системы управления технологическим комплексом стабилизации выходной продукции (концентрации активного хлора в анолите) необходимо разработать и исследовать: систему по поддержанию постоянства протока раствора через электрохимический реактор; систему стабилизации напряжения источника питания; систему стабилизации тока через реактор при постоянных значениях напряжения на реакторе, объемного расхода раствора и предельно допустимой мощности, вводимой в реактор; провести анализ электромагнитных процессов, энергетических показателей, электромагнитной совместимости устройств с питающей сетью; разработать средства защиты устройств от аномальных режимов.

Методы исследования

Для реализации поставленных в диссертации задач при проведении исследований использовались методы дифференциального и интегрального исчислений, теория электрических цепей и систем, основы теории силовой преобразовательной техники, теории электропривода и автоматического управления, моделирования.

Научная новизна

В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной: разработан принцип создания энергосберегающей адаптивной автоматизированной системы управления технологическим комплексом для стабилизации параметров выходного продукта (концентрации растворенного активного хлора в анолите) в составе: замкнутой системы частотно-регулируемого асинхронного электропривода центробежного насоса; быстродействующей системы регулирования выходного напряжения полупроводниковых источников питания; адаптивной системы стабилизации тока через электролизер; предложена энергосберегающая технология транспорта жидкости с помощью частотно-регулируемого асинхронного электропривода, когда расход электроэнергии определяется только потерями в гидравлическом сопротивлении линии; разработана безинерционная интегральная система регулирования выходного напряжения на стадии каждого цикла коммутации в преобразователях с широтно-импульсной модуляцией; разработана система адаптивнщй компенсации изменения тока в элементах ПЭМ при уменьшении проводимости раствора в процессе электрохимической активации, когда напряжение питания и объемный расход раствора постоянны и определены технологией; определен оптимальный закон частотного регулирования при постоянной перегрузочной способности = const и при постоянстве абсолютного скольжения или изменяемой перегрузочной способности я = Мк/м = comt' предложено наиболее компактное математическое описание моделей модуляторов на базисе разрывных функций, позволившее анализировать работу источников питания при помощи метода коммутационных функций с разрывными компонентами; показано, что ключевой режим силовой части преобразователя предполагает воспроизведение выходного сигнала последовательности импульсов с формой, близкой к прямоугольной. Из этого следует, что блок с коммутационной функцией устанавливает связь токов и напряжений как обычный трансформатор, что позволяет проведение исследований во временной области преобразователей с промежуточным звеном повышенной частоты по методикам обычных импульсных преобразователей, работающих на LC- фильтр.

Практическая значимость работы

Макетирование двухтактного и однотактного преобразователей, работающих на повышенной промежуточной частоте, подтвердило теоретические выводы по исследованию режимов работы преобразователя.

Предложенные в работе режимы нашли практическое применение на стационарной установке, работающей бесперебойно длительное время в специализированном лечебном учреждении.

Потенциальный экономический эффект от внедрения результатов работы в промышленность обусловлен заменой дезинфицирующих средств химического происхождения на раствор анолит, получаемый при электрохимической активации.

При расчете экономической эффективности анолита в сравнении с наиболее широко применяемыми дезинфицирующими средствами получено следующее:

1л анолита дешевле 1 л раствора хлорамина в 167 раз; раствора "ПРЕСЕПТ" в 56 раз; раствора "Гигасепт ФФ" в 720 раз; раствора "Лизоформин ЗООО" в 744 раза; раствора "Деохлор таблетки" в 31 раз; растора "Дюльбак сервиз доз" в 169 раз; раствора ГПХ в 10 раз.

На основе многолетнего опыта применения установок СТЭЛ для синтеза анолита в среднем отмечено, что одна установка производительностью 80 л/ч. при 6-ти часовой работе в день обеспечивает экономический эффект для лечебно-профилактических учреждений в пределах 200-250 тыс. руб. в год [2].

Реализация и внедрение результатов работы

Результаты исследований в работе нашли практическое применение на установке по производству электроактивированных растворов - анолит и католит на кафедре фармакологии BFMA им Н:Н. Бурденко и в новых разработках установок СТЭЛ для электрохимической активации водных растворов, производимых ООО «Специализированная электрохимическая лаборатория». Внедрение результатов исследований на установках СТЭЛ позволили снизить потребление электроэнергии установками на 20%.

Основные теоретические и практические результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры «Электромеханические системы и электроснабжение» Воронежского государственного технического университета в лабораторный практикум по курсам "Электротехнологии" и "Энергосбережение" при выполнении дипломных проектов.

Результаты внедрения подтверждаются соответствующими актами.

Внедрение в закрытом учреждении.

Апробация работы

Основные результаты докладывались и обсуждались на Региональной научно-технической конференции "Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве" (Воронеж, 2002, 2003), научно-технической конференции (Чебоксары 2002), региональной научно-технической конференции "Системы и элементы роботизированных комплексов и роботизация технологических процессов" (Воронеж, 2003), Всероссийской научно-технической конференции "ДНДС-2003" (Чебоксары, 2003).

Кроме того, результаты работы докладывались и обсуждались на научно-методических семинарах кафедры "Автоматика и информатика в технологических системах", "Электромеханические системы и электросбережение", головном совете Академии медико-технических наук Российской Федерации.

Публикации

По результатам исследований опубликовано 12 работ и монография. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем предложено: в [2] - способ управления силовыми элементами преобразователя с повышенной коммутационной способностью; в [3] - метод оценки энергетических показателей; в [4] - разработанная методика учета влияния выходных фильтров на характеристики преобразователей; в [5] - предложен общий подход к анализу импульсных источников; в [6] - определение эффективности применения преобразователей с промежуточным звеном повышенной частоты.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, основной текст изложен на 192 листах и содержи 65 рисунков, 12 таблиц, список литературы, включающий 138 наименований.

ВЫВОДЫ

1. При создании автоматизированной системы управления для достижения стабилизации характеристик выходного продукта (активного хлора) в дезинфицирующих растворах при электрохимической активации разработана структура технологического процесса, обеспечивающая стабильность следующих подсистем автоматического регулирования: а) система стабилизации протока (объемного расхода) раствора через электролизер, Q = const; б) система стабилизации подводимого напряжения на электроды электролизера, Um„ = const; в) система поддержания постоянства тока, протекающего через электролизер при О = const, Unum = const, и постоянства потребляемой мощности элементом не более 100 ватт.

2. Система стабилизации протока осуществляется центробежным насосом с частотно-регулируемым асинхронным двигателем с короткозамкну-тым ротором. Производительность насоса контролируется на выходе электролизера либо датчиком давления, либо расходомером, показания которых вводятся в виде отрицательной обратной связи в систему управления преобразователя частоты. На входе электролизера постоянство давления в функции расхода.

3. Для получения набольшего технико-экономического эффекта при эксплуатации электропривода центробежных насосов единственным способом регулирования асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором является метод регулирования, способный в наибольшей степени осуществлять экономически целесообразные режимы работы как в статических, так и в динамических режимах.

4. Применение регулируемых ЭП насосов позволяет создать принципиально новые технологии транспорта жидкости с плавным регулированием параметров установок без непроизводительных затрат электроэнергии с широкими возможностями повышения точности и эффективности технологических* критериев работы системы подачи. При этом геометрическим местом рабочих точек становятся характеристики трубопроводов, а не характеристики турбо-механизмов.

Нерегулируемые ЭП с традиционными способами регулирования подачи насосных установок путем дросселирования напорных линий по одному • из технологических параметров (давление на коллекторе или в диктующей точке сети) направлены на решение технологических задач и практически не учитывают энергетических аспектов транспорта жидкости.

5. Оптимальными законами частотного регулирования следует считать: регулирование при постоянной перегрузочной способности

Л = = const и при постоянстве абсолютного скольжения или изменяемой

Мн перегрузочной способности Л. = ^- = const.

М„

6. Частотное управление по максимуму момента является основным способом достижения максимальной производительности асинхронного электропривода насосов в статических режимах: при частоте ниже 50 Гц наиболее рационально использовать управление по минимуму тока с ограничением

АР =1. ООП

7. Анализ работы преобразователя с промежуточным звеном повышенной частоты в главе 3 показал, что режим работы с трансформатором, работающим на повышенной частоте, можно представить блоком с коммутационной функцией, устанавливающий связь токов и напряжений, как обычный трансформатор. Это обстоятельство позволяет создать единую систему управления для преобразователей, рассмотренных во второй и третьей главах работы.

Обобщенная система стабилизации выходного напряжения преобразователей работает по принципу определения вольтсекундной площади каждого выходного импульса модулятора с концепцией падения напряжения в активном сопротивлении обмотки дросселя фильтра. При таком решении система, получается практически безинерционной.

8. Разработанная система стабилизации тока через электрохимический реактор решает очень важную задачу по стабилизации концентрации хлора в анолите, так как этот показатель определяется силой тока, протекающего через реактор. Изменение тока при постоянстве напряжения и расхода раствора происходит за счет уменьшения проводимости раствора во время электрохимической активации. Для компенсации отклонения тока от заданной величины разработана подсистема дополнительной подачи более концентрированного раствора с помощью дозатора, подающего этот раствор импульсами в питающую линию основного раствора. В этом случае повышение давления на выходе насоса, контролируемое датчиком давления, будет воздействовать на систему управления преобразователя частоты в сторону снижения скорости двигателя. Тем самым будет происходить выравнивание давления в магистрали, и выдерживаться требование постоянства расхода раствора через реактор.

9. Испытания макета двухтактного преобразователя с промежуточным звеном повышенной частоты подтверждают основные положения теоретических исследований подобных преобразователей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Широко применяемые в настоящее время дезинфицирующие средства являются веществами. Микроорганизмы при длительном воздействие на них дезинфицирующих средств адаптируются к их воздействию и мутируют, образуя не восприимчивые к дезинфицирующим средствам штаммы.

В отличие от химических реагентов, применяемых в качестве дезинфицирующих средств, разбавленные водные растворы минеральных солей в результате униполярной электрохимической обработки в анодной и катодной камерах диафрагменного электролизера становятся растворами, находящимися, в метастабильном состоянии. Микроорганизмы не вырабатывают к ним стойких штаммов. Низкая концентрация продуктов электрохимической активации и релаксация получаемых растворов определяет их экологическую чистоту.

Электрохимические растворы позволяют решить важнейшие экологические проблемы в технических процессах, связанных с использованием воды, водных растворов катализаторов окислительно-восстановительных процессов, а также в технологиях получения хлора, диоксида хлора, озона и многих других.

Функциональные свойства и технические параметры электрохимических реакторов ПЭМ зависят от многих факторов.

В настоящее время выпускаемые установки электрохимической активации жидких растворов не позволяют получать стабильные по своим характеристикам растворы, например, для лечения человека и животных.

Для получения стабильных характеристик растворов разработан энергосберегающий автоматизированный технологический комплекс наиболее энергоемкого процесса для получения дезинфицирующего раствора анолита в составе:

- контур поддержания постоянства протока раствора через электролизер;

- контур стабилизации напряжения на электродах реактора;

- контур стабилизации тока, протекающего между анодом и катодом реактора;

Проведение исследований по созданию автоматизированного энергосберегающего комплекса электрохимической активации для получения дезинфицирующих растворов позволяют сформировать основные выводы и рекомендации:

1. На основании проведенного анализа и экспериментальных исследований выяснены закономерности при получении анолита с максимальным содержанием активного хлора в растворе.

A) Оптимальное значение напряжения на электродах ПЭМ, по отношению к которому увеличение приводит к снижению концентрации хлора,, а уменьшение приводит к возрастанию расхода соли. Решением этого требования является создание контура стабилизации напряжения.

Б) Выход анолита с необходимыми свойствами при ЭХА зависит от времени пребывания раствора в электролизере. Для этого нужно строго поддерживать постоянный объемный расход раствора через элемент ПЭМ. Эти требования реализуются установкой насоса с регулируемой системой производительности и системой стабилизации давления на выходе.

B) Концентрация активного хлора в анолите прямо пропорциональна силе тока, протекающего через элемент ПЭМ. При постоянстве напряжения источника и постоянстве протока раствора изменение тока будет происходить за счет уменьшения проводимости раствора при электрохимической активации. Это требование выполняется контуром стабилизации тока посредством определения отклонения тока А/ от заданной величины, с воздействием на дозатор, подающий концентрированный раствор соли в исходный раствор. Такая время-импульсная коррекция позволяет адаптироваться по степени минерализации исходного раствора в связи с необходимостью нахождения жидкости в электрохимическом реакторе определенное время при контролируемом протоке раствора.

2. Регулируемый привод насосов является основным звеном системы автоматизированного управления ЭХА для получения анолита со стабилизированной характеристикой концентрации активного хлора.

Применение регулируемых электроприводов насосов позволяет создать принципиально новые технологии транспорта жидкости с плавным регулированием параметров установок без непроизводительных затрат электроэнергии с широкими возможностями повышения точности и эффективности технологических критериев работы системы подачи. При этом геометрическим местом рабочих точек становятся характеристики трубопроводов, а не характеристики механизмов.

3. Частотное управление по максимуму момента является основным способом достижения максимальной производительности асинхронного электропривода турбомеханизмов в статических режимах. При частоте ниже 50 Гц наиболее рационально использовать управление по минимуму тока с ограничением /',„„„ = 1 (в относительных единицах), при более высоких частотах -управление по минимуму потерь с ограничением ДРооп = 1.

4. Для насосов при квадратической зависимости момента от частоты изменение тока статора возможно при работе без противодавления, когда критический момент формируется изменением магнитного потока, при соблюдении постоянства перегрузки с изменением частоты (статического момента) , Мк

А --— = Const.

Мн

5. Для реализации работы автоматизированного комплекса проведены исследования режимов работы источников питания. В работе рассмотрено два типа преобразователей с широтно-импульсной модуляцией: в первом типе модуляция напряжения производится в установках до 15 вольт; во втором случае осуществляется бестрансформаторная схема.

Ключевой режим работы полупроводниковых элементов силовой части преобразователя предполагает воспроизведение входного сигнала последовательностью импульсов с формой, близкой к прямоугольной. При- этом при прохождении сигналов через силовые фильтры U2 = KP0z-L/x и /, = КРФг.-12 выходной ток приобретает импульсный характер. Из этого следует, что блок с коммутационной функцией КРФг устанавливает связь токов и напряжений как обычный трансформатор, что позволяет проведение исследований во временной области преобразователей с промежуточным звеном повышенной частоты по методикам, проводимым для преобразователей с трансформаторами на частоте 50 Гц.

6. Применительно к преобразователям с ШИМ на низком напряжении разработаны и решены следующие вопросы:

- введение добавочной индуктивности в силовую цепь ШИМ - преобразователя с целью дополнительного увеличения напряжения на коммутирующем конденсаторе в контуре искусственной коммутации в функции тока нагрузки существенно повышает надежность импульсного преобразователя с ШИМ;

-проведенный анализ работы ШИМ-преобразователя на LC-фильтр показал, что. пульсация выходного напряжения в системе обратно пропорциональна постоянной фильтра LC и квадрату рабочей частоты модулятора;

- передача информации по энергетическому каналу предъявляет к преобразователям дополнительные требования по эффективности преобразования потока энергии. Оценкой этого процесса является коэффициент полезного действия, величина которого зависит от статических и динамических потерь.

Анализ составляющих потерь показывает, что наибольшие потери мощности имеют место, когда нагрузка постоянна (Рн = const) при максимальном значении тока нагрузки и минимальном напряжении;

-электромагнитная совместимость преобразователей характеризуется в первую очередь спектральным составом тока, потребляемого из питающей сети. В работе показано, что при повышении кратности квантования спектральный состав сдвигается в сторону высших гармоник, причем при четной кратности квантования частотный спектр составляют только нечетные составляющие спектра.

- наиболее компактное математическое описание моделей модуляторов получено в базисе разрывных функций. Этот базис использован для анализа работы источников питания при помощи коммутационных функций с разрывными компонентами. В работе представлены результаты моделирования электромагнитных процессов в инверторных стойках с учетом обвязки силовых вентилей для защиты от коммутационных перенапряжений и коммутационных токов.

7. Нелинейность системы с ШИМ обусловлена как модуляцией^ на длительность, при которой к входной и выходной величинам модулятора неприменим метод суперпозиции, так и нелинейностью характеристики импульсного элемента, связывающей ширину импульсов с входным напряжением модулятора. Такие системы лучше всего поддаются исследованию устойчивости по частотному критерию. Для этого необходимо исходную систему привести к системе, состоящей из безинерционного нелинейного элемента и линейной импульсной части, образованной простейшим импульсным элементом и приведенной непрерывной частью. При линеаризации нелинейной импульсной системы необходимо представить уравнение движения этой системы по отношению ошибки и ее изображения.

При однополярной широтной модуляции иа непрерывную часть системы воздействует последовательность однополярных импульсов с постоянной амплитудой Еп относительно длительности уш. Реакция непрерывной части системы на такую последовательность определена с помощью интеграла Дюаме-ля. Подвергнув Д-преобразованию эту последовательность и используя при этом теорему свертывания в вещественной области, получено уравнение относительно изображений. В результате получена искомая форма записи уравнения широтно-импульсной системы, которая эквивалентна нелинейной импульсной системе.

Получено подтверждение об абсолютной устойчивости по частотному критерию Я.З. Ципкина, т.к. соответствующая линеаризованная система устойчива и при уменьшении периода повторения, а величина коэффициента асимтотически приближается к максимально допустимому коэффициенту усиления непрерывной части системы, состоящей из линейной части с передаточной функцией и нелинейностью.

8. Для стабилизации характеристики выходного продукта раствора анаолит разработан контур стабилизации тока, протекающего через электрохимический реактор. Такая система реагирует на изменение тока в реакторе из-за изменения сопротивления раствора в сторону увеличения в процессе электрохимической активации. В результате изменения рабочего тока происходит уменьшение концентрации активного хлора в анолите, которая зависит от величины тока в реакторе. При осуществлении стабилизации напряжения питания элементов ПЭМ, постоянства протока анолита через элемент и постоянства мощности, потребляемой элементом по условиям стабильности процесса электрохимической активации, компенсировать изменения тока через элемент ПЭМ возможно только путем изменения дополнительной подачи раствора соли в смеситель из дополнительной емкости с большей концентрацией соли посредством дозатора. Такая коррекция по концентрации раствора соли позволяет осуществить стабилизацию тока через элемент ПЭМ, что в конечном счете обеспечивает стабилизацию характеристики выходного продукта - анолита - по содержанию активного хлора.

9. Разработанная импульсная система управления дозатором в совокупности с устройством стабилизации напряжения на клеммах элемента ПЭМ при предельной потребляемой мощности элементом образует автоматизированную адаптивную систему управления технологическим процессом.

10. Разработан и изготовлен макет двухтактного преобразователя с промежуточным звеном повышенной частоты (20 кГц) мощностью 2 кВт. По весо-габаритным показателям такой преобразователь превосходит преобразователь, работающий на частоте 50 Гц, в 5-6 раз.

1. Бахир В.М., Задорожний Ю.Г., Леонов Б.И. Электрохимическая активация: история, состояние, перспективы. М.:ВНИИИМТ, 1999. С.253.

2. Бахир В.М., Электрохимическая активация. М.: Изд-во «Маркетинг Саппорт Сервисизд», 2001. С. 176.

3. Методические указания по обеззараживанию городских сточных вод. Мин. ЖКХ Приказ № 441 от 28 октября 1977 .

4. Предпосевная обработка семян зерновых культур электроактивированными растворами. Азово-Черноморская агроинженерная академия // Вестник Российской академии сельхознаук. 2000. № 6. С. 46.

5. Изучение влияния электроактивированных водных растворов на прорастание семян сельскохозяйственных культур и пораженность их бактериями: Отчет о НИР / НИИИСХЦИП им В.В.Докучаева. Каменная степь, 2000. С.8.

6. Бахир В.М., Задорожний Ю.Г. Электрохимические реакторы РПЭ. М.: «Гиперокс», 1991. С.36.

7. Гермейр Ю.Б. Введение в теорию исследования операций. М.: Наука, 1971.389 с.

8. Инструкция по определению экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений в электротехнической промышленности. М.: Информэлектро, 1978. С. 32.

9. Певзнер Е.М., Подобаев Е.Г., Терешкин Д.С. Эксплуатация вентильного электропривода на водном транспорте. М.: Транспорт, 1984. - 223 с.

10. Создание серии IGBT преобразователей частоты для регулируемых асинхронных электроприводов / В.А.Барский, М.Г.Брызгалов, Н.Н.Дубров, А.А.Плащенко, И.В.Уфимцев // Электроприводы переменного тока: Тр. XI науч.-техн. конф. Екатеринбург, 1998. С.76-79.

11. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными электродвигателями. М.: Энергоиздат, 1982. - 216 с.

12. Зиновьев Г.С., Уланов Е.И. Расчет эффективности преобразования энергии НТТЧ с искусственной коммутацией // Преобразовательная техника. Новосибирск: НЭТИ, 1979. С. 69-80.

13. Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем. М.: Физматгиз, 1963. С. 968.

14. Цыпкин Я.З. Теория линейных систем автоматического регулирования. М.: Гостехиздат, 1955. С. 650.

15. Цыпкин Я.З. Теория импульсных систем. М.: Физматгиз, 1953. С.430.

16. Флюге-Летц И. Метод фазовой плоскости в теории релейных систем. -М.: Физматгиз, 1959. С. 156.

17. Маевский О.А. Методы расчета составляющих полной мощности в нелинейных цепях с вентилями // Всесоюз. межвуз. конф. по теории и методам расчета нелинейных электрических цепей: Сб. докл. М.: 1963. № 2. С. 65-71.

18. Булгаков А.А. Электронные устройства автоматического управления. -М.:ГЭИ, 1958. С. 255.

19. Вышнеградский И.А. О регуляторах непрямого действия // Известия СПБ Практического технологического института. 1878. № 7. С. 15.

20. R.Proell Uber den indirektwirkenden Regulirapparat Patent Prolle, Zeitarchift des VDI, № 24, № 25, 1884.

21. H. Le'aute1 Memoire sur Les oscillation a Ungues periodes dans Les machines actiomness par des moteurs hidrouliguees et aur les moy ons de previnir ces oscillations // Jornal de L'Ecole Politechnigre, 1885.

22. A.Pfarr, Der Regeliervorgang mit indirektiwirkenden Regulator. Zeitschrift des VDI, 43, 1899, № 50, № 51.

23. Кулебакин B.C. К теории автоматических вибрационных регуляторов для электрических машин // Теоретическая и экспериментальная электротехника. 1932. №4. С. 19-25.

24. Кулебакин B.C. К теории самолетных вибрационных регуляторов напряжения // Юб. сб. науч. тр. ВВАКА им. Н.Е. Жуковского. М., 1942. Т.1. С. 35-40.

25. Н. Thoma Н. Theorie der Tirriliregler. Berlin, 1914. С. 154.

26. Бобов К.С. Теория работы вибрационных регуляторов напряжения авиационного типа // Автоматика и телемеханика. 1940. № 5. С. 21-24.

27. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний. М.: Физ-матгиз, 1959. С. 450.

28. Основы автоматического регулирования / А.А.Андронов, И.Н.Вознесенский, Д.К.Максвелл, И.А.Вышнеградский, А.Стодол; Под ред. В.В.Солодовникова. М.: Машгиз, .1954. С. 344.

29. Андронов А.А., Сб. тр. АН СССР, 1956. 537 с.

30. Крылов Н.М., Боголюбов Н.Н. Введение в нелинейную механику. Киев: АН УССР, 1937. С. 352.

31. Крылов Н.М., Боголюбов Н.Н. Новые методы нелинейной механики. ОНТИ, 1934. С. 250.

32. Метод Гольдфарба в теории регулирования / Сб. ст. Л:С.Гольдфарба. ГЭИ, 1962. С 165.

33. Зайцев А.И., Пустовалов В.А. Работа широтно-импульсного модулятора на сглаживающий LC-фильтр. Промышленная информатика. Сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2002. С159-164.

34. Фельдбаум А.А. Электрические системы автоматического регулирования. М.: Оборонгиз, 1957.

35. Цыпкин Я.З. Абсолютная устойчивость положения равновесия и процессов в нелинейных импульсных автоматических системах // Автоматика и электромеханика. 1963. №12. С. 17-21.

36. Цыпкин Я.З. Об абсолютной устойчивости систем // Автоматика и электромеханика. 1964. № 7. С. 68-84.

37. Цыпкин Я.З. Основы теории нелинейных импульсных систем // Тр. II междунар. конг. ИФАК. М.: Наука,1937. С. 235.

38. Кремниевые управляемые вентили-тиристоры: Техн. справочник: Пер. с английского. М.: Энергия, 1964. С. 350.

39. Круг К.А. Основы электротехники. М.: ГОНТИ, 1939. Т 3. С. 431.

40. Моин B.C. Стабилизаторные транзисторные преобразователи. М.: Энергоиздат, 1986. - 376 с.

41. Кобзев А.В: Многозонная импульсная модуляция (Теория и применение в системах преобразования параметров энергетической энергии). Новосибирск: Наука, 1979. - 304 с.

42. Мыцик Г.С. Преобразование параметров многофазных сигналов на основе принципа квазиоднополюсной модуляции // Электричество. 1986. №11. С. 45-55.

43. А.с. 548928 СССР, МКИ H02MS/22. Способ управления регулятором переменного напряжения с вольтодобавочным звеном высокой частоты / А.В. Кобзев, Г.Я. Михальченко. Опубл. 1979. Бюл. № 38.

44. А.с. 692033 СССР, МКИ Н02М5/12. Способ регулирования напряжения /А.В. Кобзев, Г.Я. Михальченко. Опубл. 1979. Бюл. № 38.

45. Ромаш Э.М. Транзисторные преобразователи в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры. -М.: Энергия, 1975. -176 с.

46. Стабилизаторы, переменного напряжения с высокочастотным широт-но-импульсным регулированием / А.В. Кобзев, Ю.М.Лебедев, Г.Я. Михальченко и др. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 152 с.

47. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными электродвигателями. М.: Наука, 1966. С. 296.

48. Полупроводниковые преобразователи модуляторного типа с промежуточным, звеном повышенной частоты / В.Е. Тонкаль, Л.П. Мельничук, А.В. Новосельцев и др. Киев: Наукова Думка, 1981. -252 с.

49. Системы управления тиристорными преобразователями частоты / В.А. Бизиков, В.Н. Миронов, С.Г. Обухов, Р.Н. Шамгунов М.: Энергоиздат, 1981. С. 144.

50. Бордачевский В.Т., Бордун М.М. Оптимальное управление частотно-регулируемым асинхронным электроприводом при заданном токе статора и минимальных потерях в роторе // Электромеханика. 1973. № 9. С. 16-21.

51. Липковский К.А. Трансформаторно-юпочевые исполнительные структуры преобразователей переменного тока.- Киев: Наукова Думка, 1983. С. 216.

52. Сенько В.И. Преобразователи частоты: Учеб. пособие. Киев: КПИ, 1984.- 100 с.

53. Виноградов А.Б., Чистосердов В.Л., Сибирцев А.Н. Асинхронные электроприводы для общепромышленных механизмов с оптимизацией энергетических характеристик // Электроприводы переменного тока: Тр. XI науч,-техн. конф. Екатеринбург, 1998. С. 113-116.

54. Моин B.C., Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергия, 1972. -512 с.

55. Голован А.Т. Основы электропривода. М.: Госэнергоиздат, 1959. С.344.

56. Кобзев А.В., Михальченко Г.Я., Музыченко Н.М. Модуляционные источники питания РЭА. Томск: Радио и связь, Томский отдел, 1990. С. 336.

57. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Ч. 2. М. -Л.: Госэнергоиздат, 1958. С. 651.

58. Глебов Б.А., Карпов И.Н., Колпаков Г.Ф. Многоячейковые ИВЭП с высокими удельными энергетическими показателями // Высокоэффективные источники и системы вторичного питания РЭА: Материалы семинара М.: МДНТП, 1986.-С. 89-93.

59. Сидоров А.С. Диодные и транзисторные ключи. М.: Связь, 1975. -160 с.

60. Бальян Р.Х. Трансформаторы для радиоэлектроники. М.: Сов. Радио, 1971.-720 с.

61. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания/ А Н. Горский, Ю.С. Русин, Н.Р. Иванов, Л.А.Сергеев. М.: Радио и связь, 1988.- 176 с.

62. Кривицкий С.О., Эпштейн И.И. Динамика частотно-регулируемых электроприводов с автономными инверторами. М.: Энергия, 1970. С. 152.

63. Булгаков А.А. Новая теория управляемых выпрямителей М.: Наука, 1970.-320 с.

64. Грабовецкий Г.В. Применениие переключающих функций для анализа электромагнитных процессов в силовых цепях вентильных преобразователей частоты // Электричество. 1973,- № 6 .- С. 42 46.

65. Источники вторичного электропитания / С.С. Букреев, В.А. Головац-кий, Г.Н. Гулякович и др.; Под ред. Ю.И.Конева М.: Радио и связь, 1983. -280 с.

66. Загорский А.Е. Электродвигатели переменной частоты. М.: Энергия, 1975. С. 152.

67. Зайцев А.И. Экономия электроэнергии и улучшение качества потребляемой электроэнергии преобразовательной техникой. Учеб. пособие. Горький: ГПИ, 1984. - 81 с.

68. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. М.: Высш. Шк. 1982. -496 с.

69. Загорский А.Е., Золотов А.Е. Автономный электропривод повышенной частоты. М.: Энергия, 1973. С. 184.

70. Манаков А.В., Иванчура В.И., Соустин Б.П. Синтез и исследование быстродействующего импульсного стабилизатора напряжения с ШИМ // Техническая электродинамика. 1987. № 1. - С. 43-51.

71. Цыпкин Я.З., Попков Ю.С. Теория нелинейных импульсных систем. -М.: Наука, 1973.-46 с.

72. Иванов Г.М., Онищенко Г.Б. Автоматизированный электропривод механизмов химической промышленности. -М.: Машиностроение, 1975. С. 245.

73. Ильинский Н.Ф. Энергосбережение в центробежных машинах средствами электропривода. // Вестник МЭИ. 1995. № 1. С. 53-62.

74. Ишматов З.Ш. О синтезе алгоритмов управления частотно-регулируемым электроприводом // Электроприводы преременного тока: Тр. XI науч.-техн. конф. Екатеринбург, 1998. С. 168-171.

75. Alesina A, Venturing M.G.B. Solid State Power conversion: A Fouries Analisis Appvoach to Generalized Transformer Synthesis // IEE Transactions. -1981-Vol. 28. №4.-P. 319-330.

76. Берзин Л.В., Вейцель В.А. Теория и проектирования радиосистем. -М.:Сов. радио, 1977.448 с.

77. Справочник по теоретическим основам радиотехники:В 2т. Т2 Под ред. Б.Х. Кривицкого. М.: Энергия, 1977. 478 с.

78. Атабеков Г.А. Основы теории цепей. М.: Энергия, 1969. - 424 с.

79. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1970. С. 720.

80. Частотно-регулируемый электропривод системы водоснабжения зданий / А.В. Кудрявцев, Д.Д. Богаченко и др // Вестник МЭИ. 1995. №1. С.73-75.

81. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания / А.Н. Горский, Ю.С. Русин, Н.Р. Иванов, Л. А. Сергеев. М.: Радио и связь, 1988. С. 165.

82. Лезнов Б.С. Экономия электроэнергии в насосных установках: М.: Энергоиздат, 1991. С. 144.

83. Мищенко В.А. Оптимизация частотно-управляемого асинхронного электропривода по минимуму тока: Автореф. дис. канд. техн. наук / УПИ. Свердловск, 1969. С 16.

84. А.с. 1051685 СССР, МКИ Н023/16. Преобразователь напряжения с многозонной импульсной модуляцией/ А.В. Кобзев, Н.М. Музыченко, А.В. Шарапов. Опубл. 1983. Бюл. № 40.

85. Панфилов С.Ю. Однотактные трансформаторные преобразователи постоянного напряжения для источников вторичного электропитания: Автореф. дис. канд. техн. наук / НПИ. Н. Новгород, 1992. С. 16.

86. Савенков В.В. Моделирование, разработка и экспериментальное исследование электротехнических систем питания автономных объектов: Автореф. дис. канд. техн. наук / ВГТУ. Воронеж, 2002. С. 15.

87. Кобзев А.В. Михальченко Г.Я. , Музыченко Н.М. Модуляционные источники питания РЭА. Томск: Радио и связь, 1990. - 336 с.

88. Мищенко В.А., Иванов А.В;, Мищенко Н.Б. Два этапа метода последовательной оптимизации для частотно-управляемого асинхронного электродвигателя перемещения // Труды Алт. политех, инс. 1973. Вып. 34. С. 28-31.

89. Мищенко Н.Б. О разработке и исследовании новой специальной серии асинхронных двигателей для частотно-регулируемого электропривода. Барнаул: Энергетика, 1974. 4.5. С. 19-31.

90. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод мощных турбомашин. -М : ЦИНТИПриборэлектропром, 1962. С.41.

91. Онищенко Г.Б., Рожанховский Ю.В. Регулируемый электропривод в народном хозяйстве. М.: Энергия, 1971. Т.2. С.203.

92. Онищенко Г.Б.; Юньков М.Г. Электропривод турбомеханизмов. М.: Энергия, 1972. С. 240.

93. Онищенко Г.Б., Локтева И.Л. Метод колеблющихся координат в исследовании электромагнитных переходных процессов асинхронных двигателей // Электрохимическая промышленность. Электропривод в промышленности. М.: Энергия, 1974. С. 180.

94. Портной О.П. Анализ рациональных режимов частотного управления комплексом "преобразователь частоты асинхронный двигатель"// Электропривод. 1978. № 1. е. 25-27.

95. Портной Ю.Т. Савин А.С. Изотермические границы увеличения эффективности частотно-управляемого асинхронного двигателя // ЭП Электропривод. 1977. Вып.9. С. 11-13.

96. Развитие электроприводов переменного тока с частотным управлением / Сандлер А.С. и др. // Электричество. 1973. № 3. С. 78-84.

97. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Частотное управление асинхронными двигателями. М : Энергия, 1974. С. 328.

98. Энергосберегающая насосная станция (опыт практической реализации) / Б.М. Сарач, А.Ю. Зиновьев и др // Вестник МЭИ. 1995. № 1. С. 63-66.

99. Тубис Я.Б., Фонарь М.С. Определение коэффициентов греющих потерь асинхронного двигателя //-Электромеханика. 1966,.№ 11. С.21-25.

100. Хрисанов В.И., Коновалов Ю.Н., Шамсиев Б.Г. Тиристорные преобразователи для асинхронных электроприводов общепромышленного применения// 1 Междунар.(12 Всерос. конф. по автоматизированному электроприводу. -СПб. 1995. С. 22.

101. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1979. С. 616.

102. Основы автоматизированного электропривода / М.Г. Чиликин, М.М. Соколов, В.М. Терехов, А.В. Шинянский М.: Энергия, 1974. С.576.

103. Шубенко В.А., Шрейнер Р.Т., Гильдебранд А.Д. Управление пото-косцеплением ротора асинхронного двигателя при частотно-токовом регулировании // Электричество. 1971. № 10. С. 25 - 29.

104. Tecynology А.С. Anbicipated to Boost Seles in Variable Speed Drives Market. EPE Journal. Vol.6. 1996, September. № 2.

105. Шрейнер P.Т., Кривицкий М.Я. Оптимальное по минимуму потерь частотное управление асинхронным электроприводом в электромеханическом переходном процессе// Электромеханика. 1975,.№ 1. С. 75-82.

106. Шубенко В.А., Шрейнер Р.Т., Мищенко А.А. Оптимальный по минимуму потерь закон частотного управления асинхронным электродвигателем // Энергетика. 1969. № 8. С. 25-30.

107. Шубенко В.А., Шрейнер Р.Т., Мищенко В.А. Оптимизация частотно управляемого асинхронного электропривода по минимуму тока // Электричество. 1970. №9. С. 45-52.

108. Шубенко В.А., Шрейнер Р.Т., Мищенко В.А. Частотно-управляемый асинхронный электропривод с оптимальным регулированием абсолютного скольжения // Электромеханика. 1970. № 6. С. 676-681.

109. Blaschke F. Das Prinzip der Feldorientirung, ein neues Verfahren rur Re-gelung der Asinchron-maschine. Simens-Forschung und Eutwiklungsberi1971.h. 2.

110. Mistschenko W., Sergl J., Echtler K. Betrieb eines Asinchronmotors mit optimaler Spanunqsund Frequenzreqelund bei konstanter Verlustsumme // Bulletin des SEVs Baden; Schweiz, 1974. № 3.

111. Вакуленко K.H. Определение оптимальных режимов автономной системы переменного тока// Электромеханика. 1962. № 8. С. 41-46.

112. Мищенко В.А., Мищенко Н.Б., Лосева Н.И. Исследование изменений параметров асинхронного двигателя и его внутреннего сопротивления при частотном управлении// Труды Алтайского политех: института. 1973. Вып. 3. G. 3-11.

113. Петров Ю.П. Оптимальное управление электроприводом. Л.: Энергия: 1971. G.290.

114. Томашевский Н.Н., Шрейнер Р.Т., Федоренко А.А. Синтез и анализ систем частотного управления асинхронными электроприводами с автономными инверторами напряжения // Электротехника. 1977. № 9. С.32 -35.

115. Кононенко Е.В., Мещеряков Ю.Г. Анализ процессов изменения реактивной мощности асинхронного двигателя при регулировании частоты. Томск: Изв. ТПИ, 1973. Т. 265. С. 27-31.

116. Булгаков А.А. Основы динамики управляемых вентильных систем. -М.: АН СССР, 1963. С. 220.

117. Берштейн И.Я. Тиристорные преобразователи частоты без звена постоянного тока. М-.: Энергия, 1968. С. 88.

118. Зайцев А.И., Пустовалов В.А. Схема искусственной коммутации с дроссельным зарядом коммутирующей емкости // Сб. науч. тр. Электрохимические комплексы и системы управления. Воронеж, 2003. С. 151-156.

119. Пустовалов В.А., Зайцев А.И. Работа широтно-импульсного модулятора на сглаживающий фильтр // Промышленная информатика: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2002. С. 159-164.

120. Пустовалов В.А., Зайцев А.И. Устойчивость систем регулирования с ШИМ // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: Региональная науч.- техн. конф: Воронеж: ВГТУ, 2003. С.118:

121. Пустовалов В.А., Зайцев А.И. Применение частотного критерия абсолютной устойчивости к системам с широтно-импульсной модуляцией // Тр. региональной науч.-техн. конф. Системы и элементы роботизированных комплексов: Воронеж: ВГТУ, 2003. С:4-13.

122. Пустовалов В.А., Зайцев А.И: Определение энергетических показателей преобразователей постоянного напряжения с искусственной коммутацией // Электротехнические комплексы и системы.управления: Межвуз. сб: науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2003. С.22-27.

123. Пустовалов В.А., Зайцев А.И. Импульсные преобразователи постоянного напряжения // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: Региональная науч.- техн. конф: Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 109-110.

124. Пустовалов В.А. Автоматизация процесса электрохимической активации при получении заданной концентрации оксидантов в электроактивированных растворах // ДНДС-2003: Всерос. науч.- техн. конф., Чебоксары. 2003. С.13.

125. Пустовалов В.А. Влияние электроактивированных растворов на прорастание с/х культур и пораженность их болезнями //Активированная вода. М.: ВНИИИМТ, 2001. 47 с.

126. Пустовалов В.А. Применение анолита в свиноводческом хозяйстве // Активированная вода. М.: ВНИИИМТ, 2001. 47 с.