автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка и исследование системы НПЧ-АД с программным формированием частоты вращения для механизмов вентиляторного типа

РГб 01

- * т гею

На правах рукописи

УСАТЫЙ ДМИТРИЙ ЮРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ НПЧ - АД С ПРОГРАММНЫМ ФОРМИРОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЗМОВ ВЕНТИЛЯТОРНОГО ТИПА

Специальность 05.09.03. - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск 2000

Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова на кафедре «Электроники и микроэлектроники»

Научный руководитель Официальные оппоненты

кандидат технических наук, доцент A.C. Сарваров

доктор технических наук, профессор Ю.С. Усынин

; J кандидат технических наук, доцент ЕЛ. Омельченко

Ведущее предприятие:

ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»

Защита состоитсязаседании Диссертационного Совета Д 053.13.07 Южно-Уральского государственного Университета по адресу 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 76

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан ________2000 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

доктор технических наук, профессор „/^^'А.И. Сидоров

Ч&6 - - Ci(LÜ6.D

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ '■ .

Актуальность работы. В условиях постоянного роста цен на электроэнергию и ограниченных возможностей по увеличению ее производства проблемы энергосбережения и снижения электропотребления приобретают особую актуальность. Особенно остро они проявляются в энергоёмких производствах, например, на металлургических предприятиях.

Наибольшим резервом по энергосбережению обладают механизмы с вентиляторной нагрузкой (вентиляторы, насосы, компрессоры, воздуходувки, дымососы и др.). На их долю приходится 25-30% всей потребляемой в металлургической отрасли электроэнергии. Подавляющее большинство этих механизмов продолжают оставаться нерегулируемыми, а для создания энергосберегающих режимов при снижении технологических нагрузок необходимо переводить их на пониженные частоты вращения.

Применение современных двухзвенных преобразователей частоты для целей энергосбережения не всегда оправдано. Эти преобразователи имеют высокую стоимость за счет заложенного в них широкого спектра регулировочных возможностей, во многих из которых сегодня значительная часть вентиляторных электроприводов не нуждается. Основной эффект энергосбережения в большинстве случаев может быть достигнут при ступенчатом регулировании частоты вращения. Необходимость в таком регулировании на предприятиях всегда существует, например, . при остановке отдельных- технологических агрегатов, смене времени суток («день-ночь»), времени года («зима-лето») и других случаях. Такие режимы могут быть реализованы при наличии более простых обьектно-ориентированных устройств частотного управления.

Таким образом, становится актуальной задача разработки и исследования систем электроприводов переменного тока с преобразователями, выполненными на основе отечественных тиристоров. При этом достаточно обеспечить длительную работу вентиляторных электроприводов на пониженных ступенях частот' вращения, что позволяет осуществить энергосберегающие режимы эксплуатации при снижении технологических нагрузок.

Целью работы является разработка и исследование системы непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель (НПЧ-АД) со ступенчатым формированием частоты для механизмов с вентиляторной нагрузкой.

Идея работы заключается в том, что при программном формировании выходного напряжения на базе силовой структуры НПЧ можно получить широкий ряд ступеней частот симметричного трехфазного напряжения и появляется возможность расширить диапазон регулирования частоты вращения АД.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:

1. Чередование одинаковых интервалов двух и трехфазного питания позволяет получить трехступенчатую форму полуволны выходного напряжения НПЧ, для формирования ступеней частот вращения АД в системе с непосредственным преобразователем частоты.

2. Для случая формирования симметричных напряжений достаточно определить зависимости действующего значения первой гармоники напряжения на статоре АД в функции угла а.

3. Для обеспечения минимума тока статора достаточно установить соотношение между электромагнитным моментом и первой гармоникой напряжения преобразователя на основе круговой диаграммы АД.

Обоснованнорть и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: реализацией предложенного способа формирования ступенер частот вращения АД в разомкнутой системе; экспериментальными исследованиями на опытно-промышленной установке; анализом гармонических составляющих токов и напряжений; возможностью применения «точной» схемы замещения и круговой диаграммы для определения условий минимизации тока статора; хорошей сходимостью расчетных и экспериментальных данных.

Значение работы. Научное значение работы заключается в следующем:

1. Разработан способ формирования различных ступеней вращения АД на базе НПЧ, при котором чередование одинаковых интервалов двух- и трехфазного питания позволяет получить трехступенчатую форму полуволны выходного напряжения.

2.Получено математическое описание способа формирования ступеней частот вращения АД на основе переключающих функций, позволяющее обобщить алгоритмы управления вентилями преобразователя

3.Установлено, что изменение тока двигателя имеет II- образный характер при изменении момента на валу, что подтверждает существование возможности минимизации потребляемого двигателем тока в предложенной системе НПЧ-АД.

4.Установлено влияние угла сдвига по фазе первых гармоник напряжения и тока на форму тока в двигателе и характер изменения

напряжения с ростом момента на валу двигателя, что позволяет оценить свойства разомкнутой системы НЦЧ-АД, как объекта регулирования.

Практическое значение работы. ,

1. Разработанная система НПЧ-АД с программным формированием ступеней частот вращения механизмов вентиляторного типа прзволяет реализовать энергосберегающие режимы при снижении технологических нагрузок на эти механизмы.

2. Разработаны программы формирования различных ступеней частот выходного напряжения преобразователя , и система прямого цифрового управления вентилями преобразователя на базе микроконтроллера, что позволяет существенно упростить систему управления таким классом преобразователей.

3. Разработаны методика и средства исследований с применением компьютерного регистратора, реализованного на основе встраиваемой платы многоканального аналого-цифрового преобразователя и программное обеспечение.

4. Определены пределы изменения углов управления преобразователем, что позволяет осуществить его предварительную настройку на различных ступенях частот вращения при вентиляторном характере нагрузки.

5. Разработанные алгоритмы программного формирования ступеней частот вращения, включая и формирование несимметричных напряжений, могут быть использованы для создания режимов многоступенчатого частотного пуска двигателей переменного тока.

6. Разработана методика расчета соотношения между моментом на валу двигателя и напряжением на статоре для выполнения условия минимизации тока.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Алгоритмы управления вентилями преобразователя реализованы в виде управляющих программ в микроконтроллере системы управления. Даны рекомендации по настройке преобразователя. Разработав и.изготовлен опытно-промышленный образец НПЧ с программным формированием напряжения на базе силовой схемы серийного реверсивного преобразователя постоянного тока. Преобразователь внедрен в эксплуатацию на приводе вентилятора двигателя окалиноломателя в листопрокатном цехе №4 ОАО «ММК».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы .обсуждались на: ,

ежегодном научно-техническом семинаре энергетического факультета Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова (1996-1999 г.)

- научно-техническом семинаре «75 лет отечественной школы электропривода» в Санкт-Петербурге (1997г.).

- Одиннадцатой научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока» ЭППТ-98 в г. Екатеринбурге, УГТУ (1998 г.)

- Н-ой Международной (XIII Всероссийской ) научно-технической конференции по проблемам автоматизированного электропривода в г. Ульяновске (1998 г.)

• - научно-технической конференции «Научные идеи В.А.Шубенко на рубеже веков» в Екатеринбурге: УПИ-УГТУ(1999 г.)

- международной научно-технической конференции. Перспективные технологии автоматизации - Вологда: ВоГТУ, 1999 г.

- международной научно-технической конференции. Контроль, измерение, автоматизация: - Барнаул: АГТУ, 2000.

- И-ой Международной конференции «Энергосбережение на промышленных предприятиях» в г. Магнитогорске (2000) Публикации. По результатам выполненных исследований

опубликовано 15 работ, получено положительное решение на выдачу Патента РФ на изобретение.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами и заключения, изложенных на 152 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков. 13 таблиц, список использованной литературы из 71 наименования и 1 приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрено состояние вопроса, обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулированы цель работы и основные задачи. ,;

В первой главе проведен анализ состояния электроприводов переменного тока на металлургических предприятиях на примере ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», на основании которого установлено, что на энергоёмких производствах такого типа можно добиться заметного энергосбережения при условии модернизации электроприводов вентиляторного типа. На их долю приходится около 30% всего электропотребления. Основной эффект энергосбережения может быть достигнут при осуществлении различных уровней регулировочных возможностей. Проанализированы существующие способы и средства улучшения регулировочных возможностей АД с короткозамкнутым ротором. Оценены возможности системы с

тиристорным преобразователем напряжения и систем с современными преобразователями частоты. Показано, что в ряде случаев достаточно в результате модернизации обеспечить «мягкий пуск», что позволит отключать эти механизмы при полном снятии нагрузок на них во время остановки технологических агрегатов. Так же установлено, что многие механизмы вентиляторного типа не нуждаются в плавном регулировании, так как они изначально проектировались как нерегулируемые. Показано, что для достижения энергосберегающего эффекта при изменении нагрузок на эти механизмы достаточно осуществить переход на пониженные ступени частот вращения. Существует много примеров, когда производительность вентиляторных механизмов необходимо регулировать дозированно, например, при смене времени суток (день-ночь), сезонное изменение температуры (зима-лето), при включении и отключении отдельных технологических агрегатов и в ряде других случаев.

В настоящее время, в связи с расширением возможностей по применению программного управления на базе современных микроконтроллеров, появились условия для «жесткого» формирования выходного напряжения в НПЧ. Эти преобразователи обладают рядом преимуществ перед двухзвенными, а именно: простота реализации силовой части с применением отечественных тиристоров, отсутствие входных, выходных фильтров и конденсаторов, хорошая совместимость с сетью благодаря естественной коммутации вентилей. Главным недостатком классических вариантов НПЧ с совместным и раздельным управлением является ограниченный диапазон регулирования выходной частоты. По этой причине такие преобразователи вообще не применялись для регулирования в вентиляторных приводах.

В данной работе практически впервые поставлен вопрос о возможности использования НПЧ для реализации энергосберегающих режимов в электроприводах рассматриваемого класса. В работе дано обоснование возможности широкого применения НПЧ для ступенчатого регулирования производительности вентиляторных механизмов. При этом за основу берется положение о том, что выходная частота в НПЧ, если не вводить регулируемую паузу при смене полярности, может меняться только дискретно. В качестве главного условия формирования режимов длительной работы на той или иной частоте вращения является обеспечение питания двигателя симметричным .трехфазным напряжением. Для этого необходимо, чтобы в периоде выходного напряжения преобразователя количество пульсаций было кратное шести. Период выходного напряжения можно; выразить через количество пульсаций N по формуле 7У=Г/Л7/я, где т - пульсность

преобразователя, а Г; - период сетевого напряжения, тогда выходная частота и её относительное значение также выражаются через количество пульсаций ТУ:

/2=т/(Т,М) и //-///,=/«/ТУ. (1)

Если в этих выражениях задать значения N кратными шести, то можно получить совокупность частот выходного напряжения НПЧ, при которых обеспечивается формирование симметричных трехфазных напряжений (табл.1).

Таблица 1

Значения выходной частоты НПЧ при симметричном напряжении

N 6 12 18 24 30 36 42 48

ш=6 1,0 0,5 0,33 0,25 0,20 0,16 0,14 0,125

/г* ш=12 2,0 1,0 0,66 0,5 0,4 0,33 0,28 0,25

ш=18 3,0 1,5 1,0 0,75 0,60 0,5 0,43 0,375

ш=24 4,0 2,0 1,33 1,0 0,80 0.66 0.57 0.5

Для более аргументированного обоснования применения ступенчатого формирования рабочих частот вращения в системе НПЧ-АД в вентиляторных приводах следует принять во внимание, что эти привода являются наиболее простыми с точки зрения прёдъявляемых к ним требований. В частности, при снижении частоты вращения момент нагрузки и мощность на валу двигателя снижаются весьма заметно (соответственно в квадратичной и кубической зависимости от скорости вращения), режим работы на той или иной частоте длительный, отсутствуют перегрузки, реверс и тормозные режимы, диапазон регулирования, рабочие частоты вращения и момент нагрузки в каждом конкретном случае эксплуатации заранее определены,, пусковой момент ограничен в пределах номинального значения.

Во второй главе рассматриваются вопросы разработки алгоритмов управления силовыми вентилями для формирования ступеней выходных частот преобразователя.

Проведен анализ известных,, в преобразовательной технике коммутационных функций. Установлено, что наиболее простыми для реализации являются коммутационные функции, приведенные на рис.1.

Рис.1. Типовые коммутационные функции преобразователей частоты

В первом случае (рис. 1 ,а) вводится временная пауза длительностью гп при смене полярности фазного тока. Необходимость в этой паузе связана с контролем проводящего состояния вентилей. Функция такого типа реализована в НПЧ с раздельным управлением. В основе работы автономных инверторов тока с искусственной коммутацией вентилей лежит коммутационная функция, представленная на рис. 1,6, где длительность паузы при смене полярности составляет фиксированную величину 1„=Т2/6. Такая коммутационная функция была принята первоначально в качестве основной при разработке алгоритмов программного формирования различных ступеней частот напряжения преобразователя. Были сформулированы основные принципы программного формирования напряжения, а именно: алгоритмы управления исключают необходимость контроля проводящего состояния вентилей при смене полярности полуволн тока, углы управления задаются программно при настройке преобразователя для каждой ступени частоты вращения АД, реализуется наиболее простой закон управления с постоянным углом управления а.

Для реализации ступенчатого управления выбрана наиболее простая силовая структура НПЧ на основе 3-х реверсивных нулевых схем выпрямления без нулевого провода (рис.2).

При разработке алгоритмов управления в работе использовалось понятие результирующего вращающегося вектора напряжения.

На основе коммутационной функции: с паузой 1„=Т216 в работе предложено два типа алгоритмов для 3-х пульсного и 6-ти пульсного напряжения. Пример реализации их приведен на рис. 3 а, и б. Впервые для реализации в НПЧ был предложен алгоритм" управления вентилями, при котором осуществляется чередование одинаковых интервалов 2-х и 3-х фазного питания обмоток статора двигателя. Это позволило получить 12 фиксированных положений результирующего вращающего вектора напряжения за один оборот.

Рис.2. Силовая схема 6-ти пульсного 18-вентильного НГТЧ

Рис.3. Примеры реализации различных типов алгоритмов На рис.3,в показан пример формирования напряжения с частотой {"2=0,5^". Откуда видно, что полуволна напряжения при неизменном угле управления может 'быть представлена тремя уровнями гладких составляющих напряжения.

Были' предложены также алгоритмы, позволяющие получить несимметричные системы трехфазного напряжения с частотой ^=0,6^ и для расширения диапазона частот вращения АД.

Для обобщения алгоритмов формирования симметричных систем трехфазного напряжения разработано их математическое описание на основе переключающих функций. В самом общем виде положение результирующего вектора представляется выражением:

Г, ф'„-«/"„) + ^(0,5 й\ + 0,5 й'с ~иА) + Р, ф'с - С/*,) 4- Г, (й'с - 0,5 йл - 0,5 </,) +

+ й'А + 0,5 ис -1/.) + *;, (£/"-ив ) + (¿Г, - 0,5 17, - 0,5 С/~),(2)

где: и - результирующий векторЛ

Р)_- переключающая функция принимающая значение логической 1 или 0.

Переключающие функции Р, представляет собой алгебраическую комбинацию простейших переключающих функций, в качестве которых принимаются переключающие функции вентилей. У\,Уз. и У 5 анодных групп вентилей мостов, У2,Уак У6 катодных групп вентилей и переключающие функции вентильных триад Тр\,Тр2...Тр6. При этом факт подачи импульсов на тот или иной вентиль определенной триады представляется произведением простейших коммутационных функций. Тогда функции Р^Р,,..^ можно представить в виде алгебраической комбинации элементарных коммутационных переключающих функций VI и 7}. Для нечетных порядковых номеров переключающих функций (1=1,3,5,7,9.11) будет справедливо выражение:

Ъ-Тр^Тр}^ %(Ук-1*Ук)п, (3)

П=Н.1-1)\ 112*1

где = (1 + 1) 12 -порядковый номер нечетной переключающей функции, при 3=6, величине присваивается значение, равное «единице».

Для четных номеров переключающих функций обобщенное выражение примет вид:

Ft=Tpq*Tpq*í*Tpq.г (Ук-{*Ук)п, (4)

где (¡г = И2- порядковый номер четной переключающей функции, при <7=6, величинам 9 + 1 и ? + 2 присваиваются соответственно значения

«один» и «два», к = п при п <, 6 и А = ел/ ~ при я > б.

Комплекс результирующего напряжения через переключающие функции (3), (4)

v- \ Tpj*Tpj¿(F*-i*Pa)»»

+ Г Tpq'Tpq.i'Tpq.z T (Vk-l*Vk)n

L «=(<-l).v/12*1

U,expU'li) +

о

U,expiJ*r>, (5)

о

Полученное выражение позволяет достаточно компактно представлять алгоритмы программного формирования симметричных выходных напряжений. .

В третьей главе проанализированы известные способы управления НПЧ, их достоинства и недостатки. Показано, что на основе применения современных программируемых средств можно существенно упростить систему управления преобразователем. Приведено описание универсального контроллера, разработанного для реализации программного управления. На рис.4 показана функциональная структура системы программного управления и силовая схема экспериментальной установки. При создании экспериментального образца НПЧ был перепрофилирован реверсивный преобразователь постоянного тока типа АТР-1000. В основу разработки программируемого контроллера была заложена концепция прямого цифрового управления силовыми элементами преобразователя частоты. В состав разработанной системы входят следующие узлы и компоненты: одноплатная универсальная система управления, ядром которой является микроконтроллер фирмы ATMEL AT89S8252, пульт оперативного управления с двухстрочным

■ жидкокристаллическим- дисплеем POWERTIP PC-1602FA, и клавиатурой с матрицей клавиш 5x4, интерфейсная плата гальванической развязки на 18 выходов, соответствующих количеству тиристоров в силовой схеме и плата ввода внешних сигналов.

Для проведения широкомасштабных исследований системы НПЧ-АД с программным формированием выходного напряжения был специально разработан и изготовлен многоканальный компьютерный регистратор. Это позволило создать большую базу экспериментальных данных в виде совокупности мгновенных значений фазных токов и напряжений. В результате обработки полученного массива данных с применением современных математических пакетов и табличных процессоров были получены осциллограммы токов и напряжений двигателя и других

■ величин с отображением их в реальном масштабе времени, а также проведен гармонический анализ токов и напряжений.

При проведении экспериментов были поставлены и решены следующие задачи: осуществлена практическая реализация разработанных алгоритмов программного формирования ряда ступеней частот выходного напряжения, установлена работоспособность разомкнутой системы НПЧ-АД в вентиляторных электроприводах,

определены электромеханические и энергетические характеристики систем электропривода и пути их улучшения.

На рис.5 приведены экспериментальные механические характеристики асинхронного .двигателя при программном формировании питающего йапряжения. Характеристики 1 и 2 снимались

Рис.5. Экспериментальные механические характеристики при программном формировании напряжения НПЧ

Откуда видно, что длительная работа механизмов подобного типа может быть обеспечена при а=72° с действующим значением фазного тока в пределах до 30% от номинального значения. Там же приведены экспериментальные осциллограммы, снятые при формировании частоты Г2=0,5Г1, соответствующие точкам, отмеченным значениями токов /"=0,63 и /"=0,81 на механической характеристике 4 (рис.5).

В результате обработки экспериментальных данных были построены ряд зависимостей характеризующих влияние нагрузки на валу двигателя на величину тока двигателя. Установлено, что зависимость первой гармоники тока статора имеет 11-образный характер. Ранее такие зависимости были получены в системе ТПН-АД. Кроме того, при неизменных углах управления наблюдается снижение напряжения на фазах двигателя с увеличением нагрузки на двигателе. Визуальный анализ большого количества осциллограмм токов

показывает, что по мере увеличения cos <р форма тока улучшается, и коэффициент искажения достигает значений 0,95. При реализации алгоритмов с несимметричным управлением -гармонический состав ухудшается за счет появления постоянной составляющей. На основе исследований, проведенных при работе преобразователя на активную и активно-индуктивную нагрузку было установлено, что несимметрия существующая при формировании управляющих импульсов приводит к ухудшению формы токов. U- образная зависимость токов статора от момента нагрузки показывает возможность настройки преобразователя для обеспечения работы с минимальными токами.

В четвертой главе разработана методика расчета амплитуды первой гармоники напряжения при различных углах управления и методика расчета условий достижения минимума тока статора с применение круговых диаграмм.

Так как предложенные алгоритмы ранее не применялись в НПЧ, то возникла необходимость оценить влияния угла управления а на величину первой гармоники напряжения. В связи с этим предлагается воспользоваться ступенчатым представлением напряжения, пренебрегая пульсациями (рис.6).

Ud Ud

Рис.6 Представление выходного напряжения НПЧ ступенчатой функцией

Такое представление напряжения по своей форме соответствует элементарной функции разложения, которая представляется в виде ряда Фурье

л ^

2к~1

-cos(2k-l)etsin(2k-l)v

(6)

где: к= 1,2,3,...

На основе известных выражений для среднего значения выпрямленного напряжения получены формулы для расчета действующего значения первой гармоники напряжения от угла

управления а при реализации всех типов алгоритмов соответственно для 3- и 6-пульсного напряжения при двухфазном питании и при чередовании интервалов 2- и 3-фазного питания

и'" = Ult сosа ■ [в.69cos(s, +Aa,)+0.35cos(£2+&a2) + 0.35cosfsj + Дa)]. (9)

где Да - величина, характеризующая приращение паузы при смене полярности в зависимости от угла управления!

Выражения получены при условии работы преобразователя на активную нагрузку. Сопоставление расчетов по формуле (9) и результатов экспериментов показали пригодность данной методики для предварительной настройки преобразователя.

На основе анализа методов расчета минимальных токов было установлено, что они достаточно громоздки. При проведении расчетов требуется наличие кривой намагничивания двигателя. В данной работе предлагается более простая методика расчета минимального тока. При её разработке использована круговая диаграмма, построенная с применением параметров Г-образной схемы замещения двигателя. Она позволяет определить графически все величины, необходимые для установления условий экономичного преобразования электрической энергии в механическую. В работе показано применение круговой диаграммы для определения (coscp)max, максимальной мощности на валу двигателя Ргтах и других величин. Для построения круговой диаграммы производиться расчет ее основных геометрических параметров по паспортным данным двигателя.

U"' =0.91U}tcos(a)cos(st +а/2Р) U'" = 1.05- игф cos a- cos(e„ + Л а),

(7)

(8)

90 - <роо

Рис.7. Круговая диаграмма АД при условии минимума тока статора

На рис.7 приведена примерная круговая диаграмма, для случая выполнения условия минимума статорного тока при заданном моменте на валу двигателя. Используя геометрические соотношения, вытекающие из диаграммы, была получена формула, устанавливающая соотношение между моментом и напряжением при условии минимума тока

[/„.„(вСпг-со»^,)-/^,] (10)

ш.

Основные геометрические составляющие в формуле (10) рассчитываются на основе параметров схемы замещения. Данная методика использовалась при проведении работ по внедрению опытного образца.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-технической задачи, заключающейся в разработке энергосберегающего электропривода для механизмов вентиляторного типа на базе НПЧ-АД с программным формированием ступеней выходной частоты. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования привели к следующим результатам и выводам:

1. Обоснована возможность применения в вентиляторных электроприводах ступенчатого формирования частоты вращения АД для создания энергосберегающих режимов при снижении технологических нагрузок и для осуществления «мягкого» пуска на основе программного формирования симметричных напряжений на базе НПЧ, как в диапазоне частот до 0,5 /,, так и выше, а именно /,=0,66/, - в 12- пульсной схеме, /2 =0,6; 0,75/,- в 18- пульсной схеме.

2. Способ программного формирования различных ступеней вращения АД, основанный на чередовании интервалов двух- и трехфазного питания позволяет создавать в полупериоде трехуровневое напряжение при неизменном угле управления а и отказаться от контроля проводящего состояния тиристоров..

3. Разработано математическое описание способа формирования ступеней частот вращения позволяющее обобщить алгоритмы программного формирования симметричного напряжения.

4. На основе анализа результатов исследований установлена работоспособность разомкнутой системы НПЧ-АД с программной

реализацией различных ступеней частот вращения двигателя, получены экспериментальные механические характеристики и определен характер изменения тока и напряжения на двигателе при изменении момента на валу.

5. Установлено что, для вентиляторной характеристики нагрузки относительное значение тока двигателя снижается примерно пропорционально относительному значению частоты вращения, что позволяет реализовать длительный режим работы двигателя на пониженных частотах без перегрева.

6. Предложенные алгоритмы управления вентилями преобразователя ■ позволяют формировать в цепи статора АД токи, форма которых характеризуется Киск близкими к 1 (Киск = 0,9 - 0,95) при относительно высоких значениях коэффициента мощности двигателя на пониженных скоростях вращения АД.

7. Разработаны методики расчета регулировочной характеристики преобразователя для определения углов управления при настройке и минимального тока на основе соотношений, полученных из Г-образной схемы замещения и круговых диаграмм с учетом изменения потерь в стали при снижении частоты напряжения.

8. Разработан и внедрен опытно-промышленный вариант НПЧ с системой программного формирования выходного напряжения на базе микроконтроллера с многоканальной системой сбора данных для исследования и наладки системы электропривода.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Усатый Д.Ю., Сарваров A.C., Завьялов Е.А. Применение микропроцессорных устройств для исследования новых алгоритмов управления пуском машин переменного тока // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГМА, 1996. Вып.1.-С. 59-64.

2. Усатый Д.Ю., Сарваров A.C. Оценка перспектив применения многоступенчатого частотного пуска асинхронного двигателя // Электротехнические системы и комплексы: : Межвуз. сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГМА, 1996. Вып.2. С. 40-43.

3. Разработка и исследование частотно-импульсного способа управления АД для формирования режимов пуска и резервного хода. / A.C. Сарваров, Е.А. Завьялов, И.А. Селиванов, Д.Ю. Усатый // Науч. тенх. семинар. «75 лет отечественной школы электропривода» 24- 26 марта 1997г.: Тез. докл. - Санкт-Петербург, 1997. - С. 31-32.

4. Усатый Д.Ю. Исследование механических свойств АД при илудьсно-частотном питании.Электротехнические системы и

комплексы: : Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 1998. Вып.4. С. 67-73.

5. Применение импульсно-частотного питания для пуска короткозамкнутых АД. / И.А. Селиванов, A.C. Сарваров, Д.Ю. Усатый, А.Г. Серебренников // XI Науч.-техн. конф. «Электроприводы переменного тока» ЭППТ-98, 24-26 февраля 1998г.: Сб. тр. -Екатеринбург, 1998.-С. 193-195.

6. Д.Ю. Усатый. Разработка и исследование НПЧ для механизмов вентиляторного типа. / Научные идеи В.А. Шубенко на рубеже веков: Междунар. науч.-техн. конф.: Сб. ст. - Екатеринбург: УПИ-УГТУ, 1999, С. 125-128.

7. Разработка устройства сбора данных для исследования параметров электроприводов в промышленных условиях / С.Н. Басков, Д.Ю Усатый, А.А.Радионов, и др. - М.: 1999 Деп. в ВИНИТИ 14.12.99, №3700 В99.

8. Усатый Д.Ю., Сарваров A.C. Устройство сбора данных для исследования электроприводов / Контроль, измерение, автоматизация: Междунар. науч.-техн. конф.: Сб.ст. - Барнаул: АГТУ, 2000. С. 84-87.

9. Усатый Д.Ю., Сарваров A.C., Евдокимов С.А. Опыт построения непосредственного преобразователя частоты на базе тиристорного агрегата постоянного тока типа АТР-1000. // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. Сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2000.-Вып. 5 С. 208-213.

10. Усатый Д.Ю., Сарваров A.C. Регулировочная характеристика НПЧ при прямоугольном напряжении управления и дискретном формировании частоты. // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. Сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2000. - Вып. 5 С. 104-114.

11. Радионов A.A., Усатый Д.Ю., Сарваров A.C. Определение момента на валу двигателя при экспериментальных исследованиях. // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. Сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГТУ, 2000. - Вып. 5 С. 125-129.

12. Опыт разработки компьютерного регистратора для автоматизации научных экспериментов в электроприводе. / Д.Ю. Усатый, A.C. Сарваров, С.А. Евдокимов. // Перспективные технологии автоматизации: Тез. междунар. электронной науч.-техн. конф,- вологда: ВоГТУ, 1999. С. 200.

13. Разработка микроконтроллера для управления АД со ступенчатым-преобразователем частоты. / Д.Ю. Усатый, A.C. Сарваров, С.А. Евдокимов. // Перспективные технологии автоматизации: Тез. междунар. электронной науч.-техн:-конф.- вологда:'ВоГТУ, 1999. С. 200. ■ ^

14. Определение энергосиловых параметров процессов обработки мталлов давлением косвенным методом. / Д.Ю Усатый, A.A. Радионов, A.C. Карандаев, A.C. Сарваров. - М.: 2000 Деп. в ВИНИТИ 20.04.2000, №1085 В00.

15. Разработка системы НПЧ-АД с программным формирование ступеней частот вращения для вентиляторных электроприводов на базе тиристорных преобразователей постоянного тока. / A.C. Сарваров, Д.Ю. Усатый, В.Б. Славгородский, С.А. Евдокимов. II II Науч.-техн. конф. «Энергосбережение на металлургических предприятиях» Сб. тр. -Магнитогорск, 2000. - С. 93-95.

16. Способ регулирования скорости асинхронного двигателя: заявка на изобретение №99110875/09, реш. о выдаче пат. от 28.06.2000 /Сарваров A.C., Усатый Д.Ю., Харламов A.B. заявлено 25.05.1999.

Подписано в печать 01.11.2000 Формат 60x84 1/16 Бумага тип.№ 1 Плоская печать Усл.печ.л.1,00 Тираж 100 экз. Заказ 728 Бесплатно

455000, Магнитогорск, пр.Ленина, 38 Полиграфический участок МГТУ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ МОДЕРНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА.

1.1 Обзор состояния электроприводов переменного тока на примере ОАО"ММК".

1.2. Современные способы и средства улучшения регулировочных возможностей короткозамкнутых асинхронных двигателей.

ЕЗ. Особенности ступенчатого формирования напряжения и частоты в системе НПЧ-АД.

1.4.Обоснование целесообразности применения НПЧ со ступенчатым формированием частоты для вентиляторных электроприводов.

ВЫВОДЫ.-.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯМИ НПЧ ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО ФОРМИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ

ВРАЩЕНИЯ АД.

2.1. Обоснование принципов управления НПЧ при ступенчатом формировании выходной частоты.

2.2 Выбор базовой схемы НПЧ и описание принципов программного формирования напряжения и частоты.

2.3. Разработка алгоритмов управления вентилями при 3- пульсном питании АД.

2.4 Разработка алгоритмов управления вентилями преобразователя при шеетипульсном питании.

2.5 Обобщение алгоритмов управления вентилями НПЧ.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ НПЧ

С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ.

3. ] Особенности реализации традиционных способов управления НПЧ.74 3.2. Особенности НПЧ с раздельным программным управлением.

3.3 Разработка универсального контроллера для программного управления НПЧ.

3.4 Краткое описание экспериментальной установки.

3.5 Задачи исследований и методика обработки экспериментальных данных.

3.6 Анализ результатов экспериментальных исследований

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. УСТАНОВЛЕНИЕ СООТНОШЕНИЙ ДЛЯ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕНИЙ И МИНИМИЗАЦИИ ГОКОВ В СИСТЕМЕ НПЧ-АД С ПРОГРАММНЫМ

УПРАВЛЕНИЕМ.

4.1 Расчет амплитуды первой гармоники напряжения при различных алгоритмах управления вентилями.

4.2. Анализ условий снижения потребляемого тока при частотном управлении АД.

4.3 Методы расчета значений минимального тока для заданных моментов на валу АД.

4.4. Расчет минимального тока по круговым диаграммам АД.

ВЫВОДЫ.

Известно, что до 50% потребления электроэнергии в стране приходится на массовый нерегулируемый электропривод на базе асинхронного короткозамкнутого электродвигателя [1]. Механизмы с вентиляторной нагрузкой занимают особое положение по потреблению электроэнергии. На их долю приходится около 20-К25% всей вырабатываемой электроэнергии [2]. Подавляющее большинство этих механизмов продолжают оставаться нерегулируемыми. В современной экономической ситуации практически единственным условием выживания для многих предприятий является ускоренное решение проблем энергоресурсосбережения и рационального электропотребления. Для эффектного решения этих проблем необходим переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому.

Наиболее остро проблемы энергоресурсосбережения проявляются в энергоёмких производствах, особенно на металлургических предприятиях. Электрослужбы большинства таких предприятий, в том числе и крупнейшего в России ОАО "ММК" (г. Магнитогорск) в поисках резервов по энергоресурсосбережению обратили серьёзное внимание на комплекс электроприводов вспомогательных механизмов. Среди них особое место занимают механизмы с вентиляторной нагрузкой (вентиляторы, насосы, компрессоры, воздуходувки, дымососы и др.). Электроприводы этих механизмов выполнены на двигателях переменного тока и являются нерегулируемыми, что исключает какие-либо возможности снижения электропотребления при снятии технологических нагрузок. Следует также принять во внимание, что тяжелые условия нерегулируемого пуска вынуждают оставлять в работе вентиляторы и насосы во время плановых остановок и простоев технологических агрегатов. В частности расчеты, проведенные по листопрокатному цеху № 4 ОАО "ММК" (стан "2500" горячей прокатки) показывают, что доля постоянных непроизводительных составляющих электропотребления в общих затратах электроэнергии довольно значительна,

Её величина достигает 20% от электропотребления стана при проектной загрузке по производительности. Отсутствие возможности какого-либо регулирования скорости механизмов вентиляторного типа не позволяет обеспечить режим рационального электропотребления и ресурсосбережения (расход воды, пара, воздуха) при снижении технологических нагрузок. В связи с этим на металлургических предприятиях назрела острая необходимость в реконструкции электроприводов переменного тока.

В результате реконструкции нерегулируемых электроприводов переменного тока предполагается создание необходимых с учётом потребностей производства регулировочных возможностей для каждого конкретного механизма, или класса механизмов. В основе концепции перехода к регулируемому электроприводу переменного тока в условиях действующего производства ОАО ММК лежит создание для них таких регулировочных возможностей, которые при минимальных капитальных затратах дают ощутимые результаты по экономии электроэнергии и других ресурсов. Если принять во внимание, что рассматриваемые электроприводы изначально были спроектированы, как нерегулируемые, то к таким электроприводам обычно не предъявляют жесткие требования по качеству регулирования, они не нуждаются в создании тормозных режимов. Рассматриваемые электроприводы требуют обычно создания ограниченных регулировочных возможностей. При этом достаточно обеспечить два уровня возможностей по регулированию. На первом уровне обеспечивается возможность реализации управляемого пуска ("мягкий пуск") с ограничением пусковых токов и динамических моментов. Это позволяет производить отключение вспомогательных механизмов на период вынужденных и плановых простоев. На втором уровне дополнительно к первому создаётся возможность реализации ряда ступеней пониженных частот вращения (ступенчатое регулирование скорости).

Работа электропривода на пониженных частотах вращения позволяет получить экономичные режимы эксплуатации при снижении технологических нагрузок и реализовать новые требования, которые неизбежно появляются в условиях действующего производства. Традиционные системы регулируемого асинхронного электропривода с короткозамкнутым двигателем "тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель" (ТПН-АД) и "тиристорный преобразователь частоты - асинхронный двигатель" (ТПЧ-АД) ориентированы для плавного пуска двигателя (ТПЧ-АД) и для создания хороших регулировочных возможностей с реализацией тормозных режимов.

В настоящее время на отечественном рынке электротехнической продукции широко представлены современные преобразователи частоты корпорации ТРИОЛ (Россия, Украина, Белоруссия) и ряда зарубежных фирм, обзор по которым приведён в [3]. Эти преобразователи имеют высокую стоимость за счёт заложенного в них широкого спектра возможностей, в большинстве из которых рассматриваемые электроприводы не нуждаются. Наряду с высокой стоимостью этих преобразователей существуют и другие препятствия, ограничивающие их массовое применение. К ним относятся условия окружающей среды в металлургическом производстве, ограничения, обусловленные проблемой "длинного кабеля" в электроприводах с ЮВТ-инверторами и не изученность влияния ШИМ на срок службы изоляции электрических машин.

Для создания регулировочных возможностей второго уровня ("мягкий" пуск и ступенчатое регулирование частоты вращения) необходимы весьма простые объектно-ориентированные преобразователи. Проблема создания таких преобразователей приобретает в настоящее время всё большую актуальность, что подтверждается растущей потребностью металлургического производства в повышении регулировочных возможностей вспомогательных механизмов. В этом же направлении в течение последних десятилетий проводились работы по теории и практике квазичастотного управления на базе ТИП-АД [4,5,6]. В частности в [6], отмечается, что несмотря на новые достижения в теории и практике полупроводниковой преобразовательной техники, весьма актуальной остаётся проблема разработки высоконадёжных и не дорогостоящих электроприводов переменного тока со следующими функциональными возможностями: "мягкий" пуск нагруженного АД и ступенчатое регулирование частоты вращения. При этом предполагается использовать 6-ти, 12-ти и 18-ти вентильные непосредственные преобразователи частоты с вынужденной коммутацией, что требует применения полностью управляемых ключей.

С учётом вышеизложенного, в данной работе поставлена цель разработать и исследовать систему НПЧ - АД со ступенчатым формированием частоты, при естественной коммутации вентилей, для механизмов с вентиляторной нагрузкой.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- на основе анализа основных направлений модернизации электроприводов переменного тока в металлургической отрасли определены области применения НПЧ для ступенчатого регулирования частоты вращения АД;

- разработаны алгоритмы управления вентилями в системе НПЧ-АД для получения промежуточных ступеней частот вращения АД с к.з. ротором и принципы реализации алгоритмов этих алгоритмов;

- разработан опытно-промышленный образец системы НПЧ-АД с программным формированием напряжения и ступеней выходной частоты для реализации многоступенчатого частотного пуска и длительных режимов работы на пониженных частотах вращения механизмов вентиляторного типа.

- разработано программное обеспечение для микропроцессорного блока управления системой НПЧ-АД.

- на основе экспериментальных исследований определена возможность практического применения разомкнутой системы НПЧ-АД с программным формированием напряжения и частоты для создания энергосберегающих режимов вентиляторных механизмов.

ВЫВОДЫ Получены выражения для расчета действующего значения первой гармоники напряжения в функции угла управления а при реализации различных алгоритмов управления вентилями.

2. Разработана инженерная методика расчета минимального тока на основе соотношений, полученных из «точной» схемы замещения и круговых диаграмм АД с учетом изменения потерь в стали при снижении частоты напряжения.

3. Установлено, что активное сопротивление /•„,(/) контура намагничивания схемы замещения асинхронного двигателя при частотах 0,5/, и 0,25 /, будут иметь соответственно следующие усредненная значения: 0,43гти 0,2гт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обоснована возможность применения в вентиляторных электроприводах ступенчатого формирования частоты вращения АД для создания энергосберегающих режимов при снижении технологических нагрузок и для осуществления «мягкого» пуска на основе программного формирования симметричных напряжений на базе НПЧ, как в диапазоне частот до 0,5/,, так и выше, а именно /2=0,66/ - в 12- пульсной схеме, /, =0,6; 0,75/- в 1 8- пульсной схеме.

2. Способ программного формирования различных ступеней вращения АД, основанный на чередовании интервалов двух- и трехфазного питания позволяет создавать в полу периоде трехуровневое напряжение при неизменном угле управления а и отказаться от контроля проводящего состояния тиристоров.

3. Разработано математическое описание способа формирования ступеней частот вращения позволяющее обобщить алгоритмы программного формирования симметричного напряжения.

4. На основе анализа результатов исследований установлена работоспособность разомкнутой системы НПЧ-АД с программной реализацией различных ступеней частот вращения двигателя, получены экспериментальные механические характеристики и определен характер изменения тока и напряжения на двигателе при изменении момента на валу.

5. Установлено что, для вентиляторной характеристики нагрузки относительное значение тока двигателя снижается примерно пропорционально относительному значению частоты вращения, что позволяет реализовать длительный режим работы двигателя на пониженных частотах без перегрева.

6. Предложенные алгоритмы управления вентилями преобразователя позволяют формировать в цепи статора АД токи, форма которых характеризуется Киск близкими к 1 (Киск = 0,9 - 0,95) при относительно

1. Ильинский Н.Ф., М.Г. Юньков. Итоги развития и проблемыэлектропривода // Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова. -М. : Энергоатомиздат, 1990 с. 4 14.

2. Браславский И.Я. Возможности энергосбережения при использовании регулируемых асинхронных электроприводов // Электроприводы переменного тока: Тр. XI ой научно-технич. конф. (24 - 26 февраля 1998г.). - Екатеринбург: УГТУ, 1998. С. - 102 - 107.

3. Кудрявцев Ф,В,, Ладыгин А.Н. Современные преобразователи частоты в электроприводе// Приводная техника. 1998. - №3. - с. 21 - 28.

4. Петров Л.П., Андрющенко O.A., Капинос В.И. и др. Тиристорные преобразователи напряжения для асинхронного электропрртвода. М.: Энергоатомиздат, 1986, 200 с.

5. Масандилов Л.Б., Крылов Н.В., Кузиков C.B. Электропривод по системе ТПН АД с расширенным диапазоном регулирования // Электроприводы с улучшенными технико-экономическими показателями: сб. науч. тр. №165. - М.: Моск. энерг. ин-т. 1988, с. 82 - 88.

6. Петров Л.П., Капинос В.И., Херунцев П.Э. Оптимизация энергопотребления при квазичастотном управлении асинхронными электроприводами // Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Ильинского, М.Г. Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 354 - 359.

7. Хрисанов В.И., Коновалов Ю.Н. Тиристорные преобразователи для асинхронных электроприводов // Электроприводы переменного тока: гр.

8. XI ой научно-технич. конф. (24 - 26 февраля 1998 г.). - Екатеринбург : УГТУ, 1998, с. 72-75.

9. Чиликин М.Г., Соколов Н.М., Терехов В.М., Шинянский A.B. Основы автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1974. - 568 с.

10. П.Бернштейн А.Я., Гусяцкий Ю.М., Кудрявцев A.B., Сербатов P.C. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе / Под. ред. P.C. Сарбатова. М.: Энергия, 180. - 328 с.

11. Рапутов Б.М. Электрооборудование кранов металлургических предприятий. М.: Металлургия, 1990, 277 с.

12. Справочник по преобразовательной технике / Под. ред. И.М. Чиженко. -К.: Техшка, 1978,447 с.

13. Станции управления тиристорные регулируемые интегральные типа ТСУ РИ / каталог 08.06.06. -82. - М.: Информэлектро, 1985. - 12 с.

14. Браславский И.Я. Асинхронный полупроводниковый электропривод с параметрическим управлением. М.: Энергоатомиздат, 1998. - 224 с.

15. Маурер В.Г. Об управлении асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором // Электротехнические системы и коммплекттттссы: Межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. И.А. Селиванова, A.C. Карандаева. -Магнитогорск: МГТУ, 1996. Вып. .- с. 44 - 47.

16. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод : Учебник для вузов. М.: Энергоиздат, 19886. - 416 с.

17. М.Г. Чиликин, В.И. Ключев, A.C. Сандлер. Теория автоматизированного электропривода : Учеб. пособие для вузов. М.: Энергия, 1979, 66 с.

18. Триол / Каталог продукции и применений 98

19. Фираго Б.И., Должников С.Ю., Подобедов Е.Г. Электропривод крановых механизмов по системе преобразователь частоты-двигатель // Автоматизированный электропривод / Под. общ. ред. Н.Ф.Ильинского, М.Г.Юнькова.-М.: Энергоатомиздат, 1990.-с.234-237.

20. Жемеров Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью.- М.: Энергия,1977.-280 с.3 1. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока.-М.: Энергоатомиздат, 1982.-192 с.

21. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод турбомеханизмов.- М.: Энергия, 1972, 240 с.

22. Быков Ю.М. Непосредственные преобразователи частоты с автономным источником энергии,- М.: Энергия, 1977.- 144 с.

23. Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода: Учебник для вузов, М.: Энергоатомиздат,1987.- 224 с.

24. Д.Ю. Усатый. Разработка и исследование НПЧ для механизмов вентиляторного типа. / Научные идеи В.А. Шубенко на рубеже веков: Междунар. науч.-техн. конф.: Сб. ст. Екатеринбург: УПИ-УГТУ, 1999. С. 125-128.

25. Ишханов П.Э., Чуриков A.M. Исследование электромагнитных процессов в асинхронном электродвигателе с преобразователем частоты // 11риводная техника.- 1998.- №3.- с. 12-16.

26. Шубенко В. А., Браславский И .Я. Тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением.- М.: Энергия, 1972.- 1972.

27. Усатый Д.Ю. Исследование механических свойств АД при ипульсно-частотном питании.Электротехнические системы и комплексы: : Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МЕТУ, 1998. Вып.4. С. 67-73.

28. Усатый Д.Ю., Сарваров A.C. Оценка перспектив применения многоступенчатого частотного пуска асинхронного двигателя // Электротехнические системы и комплексы: : Межвуз. сб. науч. тр. -Магнитогорск: МЕМА, 1996. Вып.2. С. 40-43.

29. Глазенко Т.А., Гончаренко Р.Б. Полупроводниковые преобразователи частоты,- JL: Энергия, 1969, 184 с.

30. Бизиков В.А., Обухов С.Г., Чаплыгин Е.Е. Управление непосредственными преобразователями частоты.- М.: Энергоатомиздат, 1985.-128 с.

31. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями / О.В. Слежановский, JI.X. Дацковский, И.С. Кузнецов и др.- М.: Энергоатомиздат, 1983.- 256 с.

32. Берпштейн И.Я. Тиристорные преобразователи частоты без звена постоянного тока.-М.: Энергия, 1968.-88 с.

33. Разработка микроконтроллера для управления АД со ступенчатым преобразователем частоты. / Д.Ю. Усатый, A.C. Сарваров, С.А. Евдокимов. // Перспективные технологии автоматизации: Тез. междунар. электронной науч.-техн. конф.- Вологда: ВоГТУ, 1999. С. 200.

34. Разработка системы НПЧ-АД с программным формированием ступеней частот вращения для вентиляторных электроприводов на базе тиристорных преобразователей постоянного тока. / A.C. Сарваров, Д.Ю.

35. Усатый, В.Б. Славгородский, С.А. Евдокимов. // II Науч.-техн. конф. «Энергосбережение на металлургических предприятиях» Сб. тр. -Магнитогорск, 2000. С. 93-95.

36. Усатый Д.Ю., Сарваров A.C. Устройство сбора данных для исследования электроприводов / Контроль, измерение, автоматизация: Междунар. науч.-техн. конф.: Сб.ст. Барнаул: АЕТУ, 2000. С. 84-87.

37. Разработка устройства сбора данных для исследования параметров электроприводов в промышленных условиях / С.Н. Басков, Д.Ю Усатый, А.А.Радионов, и др. -М.: 1999 Деп. в ВИНИТИ 14.12.99, №3700 В99.

38. Бизиков В.А., Обухов С.Г., Чаплыгин Е.Е. Классификация цифровых систем управления вентильными преобразователями.-Электричество, №4,1981,с.41-46.

39. Ключев В.И., Миронов JI.M., Резниковский A.M., Фомин С.А. Разработка и исследование экскаваторных электроприводов // Электротехника.-2000.-№2,- С.20-25.

40. Определение энергосиловых параметров процессов обработки металлов давлением косвенным методом. / Д.Ю Усатый, A.A. Радионов, A.C. Карандаев, A.C. Сарваров. М.: 2000 Деп. в ВИНИТИ 20.04.2000, №1085 В00.

41. Сабинин Ю.А., Грузов B.JI. Частотно- регулируемые асинхронные электроприводы,- Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. 1985.- 128 с.

42. Грабовецкий Г.В. Применение переключающих функций для анализа электромагнитных процессов в силовых цепях вентильных преобразователей частоты.- Электричество, 1975, №2, с.58-60.

43. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями/ С.Г.Герман-Галкин, В.Д.Лебедев, Б.А.Марков, Н.И.Чичерин.-Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986.- 248с.

44. Усатый Д.Ю., Сарваров A.C. Регулировочная характеристика НПЧ при прямоугольном напряжении управления и дискретном формировании частоты. // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2000. - Вып. 5 С. 104-114.

45. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. В 2-х ч. 4.2.-Машины переменного тока. Учебник для студентов высш. учеб. заведений. Изд. 3-е, перераб. Л.: Энергия.- 648 с.

46. Электрические машины. 4.1: Учебник для вузов/ Д.Э. Брускин., А.Е.Зорохович, B.C. Хвостов.- М.: Высш. школа, 1979.- 288 с.

47. Бродовский В.И., Иванов Е.С. Приводы с частотно токовым управлением.-М.: Энергия, 1971.- 169 с.

48. Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно- регулируемых асинхронных электроприводах,- Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 1998.-172 с.

49. Сандлер A.C., Сарбатов P.C. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями,- М.: Энергия, 1974,- 328 с.

50. Кудрявцев A.B. Развитие частотно-регулируемого асинхронного электропривода на кафедре АЭП МЭИ // Электротехника.-2000.-№2.-С.47-50.

51. Вейнгер A.M. Регулируемый синхронный электропривод.- М.: Энергоатомиздат, 1985.-224 с.

52. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе.-М.: «Энергия», 1977.-431с.

53. Радионов A.A., Усатый Д.Ю., Сарваров A.C. Определение момента на валу двигателя при экспериментальных исследованиях. // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. Сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГТУ, 2000. Вып. 5 С. 125-129.

54. АКТ ВНЕДРЕНИЯ результатов диссертационной работы Усатого Д.Ю., выполненной на тему « Разработка и исследование системы НПЧ-АД с программным формированием частоты вращения для механизмов вентиляторного типа»

55. Расчет ожидаемого экономического эффегаприлагается.1. Гл. энергетик

56. Начальник ЛПЦ-4 Электрик цеха Начальник участка ЦЭТЛт внедрения установки

57. Никифоров Г.В. Титов A.B. Калачев Е.М. Рузанов A.B.

58. Расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения опытно-промышленного образца ступенчатого преобразователя частоты на электроприводе вентилятора двигателя окалиноломателя стана 2500 ЛПЦ-4

59. Двигатель типа АИР-355-К6, Р=200 кВт;

60. Кзг=0,85 коэффициент загрузки двигателя;1. Тц=102 с время цикла1. Тп=15 с время паузы;

61. Стоимость электроэнергии СЭл.эн=0>45 руб за кВт*час.

62. Расчет экономической эффективности при снижении частоты вращения во время перевалок рабочих валков.

63. Тпер=20 мин в смену, 1 час в сутки. 292 часа в год. Для расчетов берется ТПер=292 часа, Кзг =0,9- коэффициент снижения загрузки при переходе на частоту вращения 25% от основной.

64. С .=Т] ]£р*Р*Кз]-*Сэл.эн* Кзг 292*200*0,85*0,45*0,9=20 104 руб.

65. Расчет экономической эффективности от реализации снижения скорости двигателя во время пауз

66. С2=Тп*Р*Кзг*СЭл.эн*Кзг!=805*200*0,85*0,45*0,75= 46 186 руб.

67. Расчет экономической эффективности от реализации снижения Скорости двигателя во время ремонтов и вынужденных простоев С3= Тр*Р*КзГ*СЭл.эн,*Кзг!=720*200*0,85*0,45*0,9=41 310 руб. Общий экономический эффект составляет

68. С= С1+р?+С3=20 46, Ш + 41 310 =107 600 рублей в год.

69. Начальник ЛПЦ-4 | jßpf- Титов A.B.

70. Электрик цеха Калачев Е.М.1. Экономист цехаff