автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Система регулирования разрежения котлоагрегата на основе асинхронного управляемого электропривода

005055782

На правах рукописи

ч/

МАРЧЕНКО МИХАИЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ РАЗРЕЖЕНИЯ КОТЛОАГРЕГАТА НА ОСНОВЕ АСИНХРОННОГО УПРАВЛЯЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 НОЯ 2012

Новосибирск - 2012

005055782

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

СИМАКОВ Геннадий Михайлович

Официальные оппоненты: ОСТРОВЛЯНЧИК Виктор Юрьевич, доктор

технических наук, профессор, Сибирский государственный индустриальный университет, заведующий кафедрой автоматизированного электропривода и промышленной электроники

ТОМИЛОВ Виталий Георгиевич, доктор технических наук, Новосибирский государственный технический университет, профессор кафедры тепловых электрических станций

Ведущая организация: Федеральное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Защита диссертации состоится «20» декабря 2012 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.04 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092 РФ, г. Новосибирск, пр. К Маркса 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета

Автореферат разослан ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор I/ Нейман Владимир Юрьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема энерго- и ресурсосбережения существует уже давно. Тем не менее, она и по сей день остается одной из наиболее актуальных. В настоящее время эффективность использования энергоресурсов в России не превышает 30%. Вопросы энергосбережения и повышения энергоэффективности в последнее время становятся все более актуальными и для предприятий энергетики. На генерирующих предприятиях энергетики задача снижения затрат на «собственные нужды» с каждым годом становится все более острой.

Дальнейшее развитие электроэнергетики возможно только на основе энергоэффективных технологий, в том числе за счет повышения КПД вспомогательного оборудования и переводом его в режимы экономичного изменения производительности с помощью регулируемого электропривода. Переход к применению частотно-регулируемого электропривода с регулируемой частотой вращения принципиально позволяет:

- исключить дросселирование в трактах питательной и сетевой воды, воздуха и уходящих газов в котлах, а значит существенно повысить КПД насосов и тягодутьевых машин;

- экономить электроэнергию;

- увеличить срок службы приводных асинхронных двигателей за счет плавного пуска;

- исключить гидравлические удары;

- экономить затраты на ремонт оборудования;

Целью диссертационной работы является разработка системы регулирования разрежения в топке котла барабанного типа с уравновешенной тягой на основе асинхронного управляемого электропривода. В ходе проводимых исследований для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследовать котлоагрегат по тракту регулирования разрежения в верхней части топки и разработать математическую модель объекта регулирования с учетом применения регулируемого асинхронного электропривода.

2. С учетом специфики объекта управления и характера нагрузки разработать варианты построения регулируемого асинхронного электропривода, реализующие переменную жесткость механических характеристик.

3. Разработать структуру и алгоритмы управления одноканальной системы управления разрежением котлоагрегата на основе асинхронного управляемого электропривода.

4. Провести теоретические исследования и создать основу построения рациональной системы автоматического управления разрежением котлоагрегата с использованием асинхронного регулируемого электропривода тягодутьевых машин.

Методы исследований. Разработанные в диссертации научные подходы к решению задач управления регулируемым асинхронным электроприводом тягодутьевых машин основываются на базе фундаментальных законов и уравнений термодинамики, теории электропривода. Использованы теория автоматиче-

ского управления и регулирования, математический аппарат дифференциального и интегрального исчислений, методы переменных состояний и модального управления.

Научная значимость. В диссертационной работе развиты элементы теории построения регулируемого асинхронного электропривода в системе автоматического управления разрежением котлоагреагата с учетом вентиляторного характера нагрузки. Это позволяет математически адекватно описывать поведение электропривода, и строить на его основе системы автоматического управления разрежением с улучшенными технико-экономическими характеристиками.

Научная новизна основных результатов диссертации заключается в следующем:

1. Разработан алгоритм управления электроприводом, предполагающий работу электропривода на механических характеристиках, ортогональных к вентиляторной характеристике нагрузки, позволяющий обеспечить постоянство времени переходных процессов в различных режимах работы тягодутьевых машин.

2. Предложены варианты реализации регулируемого асинхронного электропривода с большим моментом инерции и вентиляторным характером нагрузки, уменьшающие динамические перегрузки электропривода.

3. Созданы варианты построения и методы расчета одноканальных САУ разрежением на основе регулируемого асинхронного электропривода с учетом не-линейностей тракта разрежения.

4. Разработана структура системы управления разрежением по двум каналам воздействия, на основе регулируемого асинхронного электропривода тягодутьевых машин, позволяющая сократить время неустановившихся режимов в топке котлоагрегата.

Достоверность полученных результатов исследований определяется корректностью поставленных задач, обоснованностью принятых допущений, адекватностью используемых при исследовании математических моделей и методов, сравнением полученных результатов путем параллельного расчета и моделирования, экспериментальными исследованиями.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что:

1. Для тягодутьевых машин предложен новый алгоритм управления, предполагающий работу асинхронного электропривода на характеристиках ортогональных механической характеристике нагрузки. Данный вариант может быть использован для управления другими механизмами с вентиляторным характером нагрузки.

2. Разработаны методики синтеза одноканальной и по двум каналам воздействия систем регулирования разрежения на основе модифицированного модального метода.

3. Разработано программное обеспечение процесса управления разрежением котлоагрегата на основе регулируемого асинхронного электропривода.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 .Принципы построения и структура регулируемого асинхронного электропривода с вентиляторным характером нагрузки.

2.Способ построения и расчет параметров регуляторов одноканальной системы автоматического управления разрежением котлоагрегата с использованием регулируемого асинхронного электропривода.

З.Основы построения системы автоматического управления разрежением по двум каналам воздействия на основе регулируемого асинхронного электропривода тягодутьевых машин.

4.Структура системы регулирования разрежения котлоагрегатов с уравновешенной тягой по двум каналам воздействия.

Апробация работы. Основные результаты работы представлялись, докладывались и обсуждались на семинаре по обмену опытом на кафедре эксплуатации тепломеханического оборудования Петербургского энергетического института повышения квалификации, на научных семинарах факультета мехатроники и автоматизации Новосибирского государственного технического университета, на 3-й международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт», г. Омск 2007 г., на третьей и четвертой научно-технических конференциях с международным участием «Электротехника, электромеханика, электротехнологии», г. Новосибирск 2007, 2009 г., на международной научно-практической конференции «Электроэнергетика в сельском хозяйстве», Эрларгол 2009 г., на X международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» г. Новосибирск, 2010 г., на второй международной научно-практической конференции «Электроэнергетика в сельском хозяйстве», Новосибирск-Барнаул, 2011 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе: четыре научные статьи в рецензируемых журналах, рекомендованном перечнем ВАК РФ; 5 опубликованных докладов на международных и всероссийских научно-технических конференциях, две статьи в сборнике научных трудов НГТУ «Автоматизированные электромеханические системы».

Личный вклад автора в научные работы, опубликованные в соавторстве, заключается в: постановке частных задач; выполнении расчетов; разработке методик синтеза систем регулирования разрежения и основ построения двухка-нальной системы регулирования разрежения; исследовании синтезированных алгоритмов методом численного моделирования; анализе полученных результатов.

Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 85 наименований и приложений. Объем работы составляет 159 страниц основного текста, включая 74 рисунка.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проведен обзор вопросов энергосбережения и энергоэффективности в электроэнергетике, приведены достоинства применения регулируемого электропривода, обоснована актуальность темы диссертационной работы,

сформулированы цели и поставлены задачи диссертационного исследования, научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

Первая глава диссертационной работы посвящена описанию котлоагрегата как объекта управления, созданию математического описания тракта регулирования разрежения, анализу существующих систем регулирования.

Вывод математического описания основан на балансе масс и давлений и на уравнении термодинамического баланса. Записаны уравнения динамики отдельных элементов упрощенной системы регулирования, с использованием которых получено математическое описание объекта:

(1)

Я

ксТ

где ко=Оно„/рном-коэффициент расхода; рВЬ1Х-атмосферное давление; в весовой расход дымовых газов на входе в тракт и выходе из него; со-скорость вращения дымососа; ^-коэффициент сопротивления газового тракта; кн-коэффициент напора; Т-постоянная времени изменения состояния вещества.

На основании выражения (1) составлена математическая модель тракта регулирования разрежения в топке рис.1.

ш

__, Iе

1Р

Рис.1. Модель тракта регулирования разрежения в топке котла.

Н-напор развиваемый дымососом; Дрь-сопротивление тракта; рвх-давление в топке; 8т-разрежение в топке

Во второй главе рассмотрены способы построения асинхронного электропривода с вентиляторным характером нагрузки. Основной особенностью тур-бомеханизмов, с точки зрения условий работы регулируемого электропривода является нелинейный характер нагрузки:

М = ктсо

(2)

где кт-коэффициент связывающий скорость с моментом электродвигателя.

Так же к особенностям турбомеханизмов относятся: большие маховые массы электропривода, ограничение допустимой скорости вращения, ограничение ускорений электропривода, условия эксплуатации и т.д.

Предложено два варианта построения автоматизированного электропривода тягодутьевых машин. Первый вариант реализует работу электропривода с постоянным динамическим моментом. Второй вариант предполагает работу электропривода на характеристиках с переменной жесткостью. Как будет показано ниже, первый вариант имеет предпочтительные характеристики при управляющих, а второй вариант при возмущающих воздействиях.

Переменная жесткость характеристик электропривода может быть реализована двояко. Первый способ предполагает изменение параметров регулятора скорости и коэффициента обратной связи по скорости. Второй способ реализу-

ется только изменением параметров регулятора скорости и управлением, по определенному закону задающим напряжением U3 на входе регулятора скорости.

Уравнение механической характеристики электропривода расположенной ортогонально механической характеристике механизма имеет вид:

Ц =--(v-vt) + nt, (3)

"2kmcoHOMvt

где (і, - текущий момент в o.e.; v, - текущая скорость в o.e.

Согласно выражению (3) построены расчетные ортогональные механические характеристики нагрузки и электропривода рис.2.

Упрощенная функциональная схема контура скорости регулируемого асинхронного характеристики электропривода электропривода приведена на рис. 3. Если

электропривод работает на линейном участке механической характеристики двигателя (векторное управление) и быстродействие контура регулирования момента гораздо выше чем контура скорости, то инерционностью контура момента можно пренебречь.

характеристики нагрузки и ортогональные механические

Рис.3. Упрощенная функциональная схема электропривода

Здесь обозначено: РС - регулятор скорости, с коэффициентом Крс; КМ -контур регулирования момента с коэффициентом Ккм; Тм - механическая постоянная времени, Тм =1-^-; Кш - коэффициент обратной связи по скорости.

М„

В результате проведенных расчетов Крс и Кт имеет вид:

Крс=-К,.,=-^----(4)

2kmKwKKMcoHMt щ + Мі, 2ктЮ2(0(

Для подтверждения расчетов в среде МАТЬАВ было проведено моделирование, результаты которого приведены на рис.4. В предложенной системе электропривода при переходе с одной скорости на другую отсутствует перерегулирование, изменение скорости происходит без колебаний, отсутствуют значительные броски момента.

Формирование пуско-тормозных режимов приводов с вентиляторным характером нагрузки имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать.

60000 40000 20000

Нмі

и

10000

8000

м, Нм N.

і Ъс

2 4 6 8 10 20 30

а) б)

Рис.4. Результаты исследования динамики электропривода при изменении скорости на 10 с"1 а) с постоянными параметрами настройки регулятора; б) с переменным коэффициентом регулятора скорости

С точки зрения ограничения динамических ударов наиболее рациональным режимом пуска турбомеханизмов является пуск, при котором скорость меняется по линейному закону. Это возможно, если в процессе пуска и торможения динамический момент сохраняется постоянным. Если регулируемый асинхронный электропривод строится как система с векторным управлением, то электропривод имеет, как правило, два контура регулирования: контур регулирования тока (момента) и контур регулирования скорости. В этом случае обеспечить постоянство динамического момента может следующая система автоматизированного электропривода, показанная на рис.5.

Рис. 5. Функциональная схема автоматизированного электропривода

Здесь обозначено: РС - регулятор скорости; ПУ - промежуточный усилитель с регулируемым уровнем насыщения; РТ - регулятор токов; ПЧ - преобразователь частоты; АД - асинхронный электродвигатель; ДТ - датчик тока; НЗ -нелинейное звено; ДС - датчик скорости.

Звено насыщения, стоящее в тракте управления задает динамический момент двигателя. Звено положительной обратной связи имеет нелинейную параболическую характеристику. Тем самым обеспечивается независимо от скорости постоянство динамического момента в процессе разгона и торможения электропривода.

На рисунках 6, 7 показаны процессы пуска электропривода при постоянстве динамического момента электропривода, построенного в соответствии с функ-

циональной схемой рис. 5 и процесс пуска электропривода при переменной же-

сткости механических характеристик.

10 20 30 Ю 20 30

а) б)

Рис.6. Процесс разгона электропривода при обеспечении: а) постоянного динамического момента; б) ортогональности механических характеристик

60 40 20

ш,рад

Вентиляторная /

характеристика ■« 60

/ .

/ /

/ / 40

1...............-/

/ /

20

і

1-1 М,Нм

5000

10000

4000

8000

а)

б)

46

45

44

Рис.7. Динамические характеристики электропривода при обеспечении: а) постоянного динамического момента; б) ортогональности механических характеристик

и) I

и

76 75 74 73

; ; \ \

1 ' '

\ ; \ \

Г

1 \ \

і і

■ и

10

30

40

10

20

30

40

20

а) б)

Рис.8. Переходные процессы электропривода работающего на ортогональных характеристиках при а) уменьшении нагрузки (смещении С2-Н характеристики) на 10%, б) увеличении нагрузки на 10%

Характеристики переходных процессов при работе электропривода на ортогональных характеристиках, рис. 8, показывают, что и при повышении скорости и при ее снижении, в результате возмущающего воздействия, время пере-

ходных процессов примерно одинаково, причем это распространяется на весь рабочий диапазон скоростей вращения электропривода. Так как при ортогональности характеристик отношение ДМ/Асо в разных установившихся режимах примерно постоянно, этот факт позволяет приближенно считать систему электропривода динамическим звеном с постоянными коэффициентами несмотря на нелинейность вентиляторной характеристики нагрузки.

В третьей главе рассматривается одноканальная система регулирования разрежения в топке котла с управляемым электроприводом дымососа. Показателем материального баланса в топке котла является наличие небольшого (2030 Па) разрежения в ее верхней части. Функциональная схема системы регулирования разрежения в топке котлоагрегата приведена на рис.9.

В этой главе предложен вариант построения одноканальной системы регулирования разрежения в топке котлоагрегата с уравновешенной тягой. Определена его структура рис.10.

Рис. 9. Функциональная схема системы регулирования разрежения в топке

Задание разрежения

\УР„(р)

с

—Л;

Разрежение в топке котла

I- Ь(р)

кр

Рис.10. Структурная схема системы регулирования разрежения в топке котла с использованием наблюдателя Люенбергера

На схеме обозначено: \\^рв(р) - передаточная функция системы регулирования расхода воздуха совместно с воздушным трактом; Кр - коэффициент передачи датчика разрежения; \Уд(р) = Кэд/(Тэдр +1) - передаточная функция элек-

тропривода дымососа; скорость асинхронного двигателя регулируется частотным способом с векторным управлением; \Ух(р) = КТрДттрР + 1) - передаточная функция котла по тракту разрежения; \\^(р) - корректор статики регулятора разрежения; \\^(р) - корректор динамики регулятора разрежения; \У0(р) -передаточная функция объекта регулирования; Цр) - стабилизирующая добавка.

К качеству переходных процессов предъявляются определенные требования. Для их выполнения необходимо задать время переходного процесса 1п, перерегулирование о, ошибку Д°. Передаточная функция поведения системы регулирования разрежения имеет вид:

Кэд ктр _ Коб тэдР + 1ТтрР + 1 Т?р2+Т2р + 1 где Т! =Л/ТЭдТтр ; Т2 =ТЭд+Ттр; Коб=КэдКтр.

При определении параметров регулятора использована операторная процедура модального синтеза. Нулевая статическая ошибка системы обеспечивается корректором статики

—. (6) Р

С целью обеспечения требуемых динамических свойств формируется корректор динамики:

Wd(p) = ^±^. (7)

об

Определение неизвестных коэффициентов регулятора К„ с10, производится на основании характеристического уравнения замкнутой системы:

А(р) = рЗ+11±^рЧ1±^р + ^^Р=0. (8)

т(

и желаемого характеристического уравнения третьего порядка:

С(р) = р3+с1р2+с2р + сз. (9)

С использованием (8), (9) составлены расчетные соотношения и определены неизвестные коэффициенты К5, с1ь с10.

саж =сжт? — ё0=с2Т?-1; (10)

кобкр

Для реализации корректора динамики предлагается использовать наблюдатель Люенбергера. Он состоит из модели объекта и стабилизирующей добавки

Цр).

т/ч Кт р(Т]Р +1)

Цр)= , ■ (И)

Х2р + 1

Процедура определения параметров стабилизирующей добавки аналогична процедуре определения параметров корректоров статики и динамики.

-27 -28 -29 -ЗО

Бт :

V

1,с

-27 -28 -29 -ЗО

5т Г і і

\ і і

і I

і і і і ЪС

20 40 60 20 40 60

а) б)

Рис.11. Изменение разрежения в топке: а) при изменении задания; б) при изменении нагрузки котлоагрегата

Проведено исследование динамических режимов линеаризованной системы регулирования разрежения, рис.11. Как показало моделирование предложенная система регулирования и настройки выбранного регулятора обеспечивают требуемые параметры работы котлоагрегата по тракту разрежения.

Рис. 12. Структурная схема системы регулирования разрежения с учетом нелинейностей объекта На рис.12 обозначено: КЛ|=к[Тк0(С1Т,л-1); К^СгТ^Ткс,; где сь с2 коэффициенты желаемого характеристического уравнения.

Показанный на рис. 1 объект регулирования имеет существенные нелинейности. При построении системы регулирования произведен учет этих нелинейностей следующим образом. Как известно коэффициент передачи любого звена равен отношению сигнала на выходе к отношению сигнала на входе. Поэтому коэффициент напора кН\у, и коэффициент сопротивления газового тракта кь\у определяется следующими выражениями:

, Н кноГ ,

kHW = — = —— = кнсо; к[ду =

_ ^вых _ ^Ь^вых _

Арь

кг в.

1

(12)

£0 со " Арь Арь кьОвых

На рис. 12 приведена структурная схема системы регулирования, составленная с учетом нелинейностей объекта и выражений (12).

На основании структурной схемы рис. 12 составлена модель и проведено исследование ее работы, которое показало, что предложенная система работоспособна. Время переходных процессов, рис. 13, уменьшается как при управляющем, так и при возмущающем воздействии. Учет нелинейностей объекта позволяет более адекватно отражать свойства системы регулирования разрежения в топке и рационально управлять производительностью дымососов.

-26 -28 -30

Бт

\

\

V

1.С

-22 -26 -30

5т ---Л

А

\

ч

1-е

20 40 60 20 40 60

а) б)

Рис. 13. Переходные процессы при: а) увеличении управляющего воздействия на 10 %; б) увеличением нагрузки котлоагрегата на 10 %

Разрежение в топке котла в статическом режиме работы поддерживается с высокой точностью. В переходных режимах работы отклонение регулируемой величины не выходит за допустимые пределы. При управляющем воздействии изменение регулируемой величины происходит без перерегулирования, время переходных процессов остается постоянным при любых нагрузках котлоагрегата. При возмущающем воздействии с увеличением нагрузки котлоагрегата отклонение регулируемой величины от номинального значения увеличивается, соответственно увеличивается и время переходных процессов. Предлагаемая система обеспечивает требуемое качество переходных процессов во всем диапазоне регулирования разрежения. Таким образом, предложенный регулятор обеспечивает стабильную и качественную работу котлоагрегата при различных нагрузках^

В четвертой главе проведены теоретические исследования и созданы основы построения системы автоматического управления разрежением котлоагрегата по двум каналам воздействия с использованием асинхронного регулируемого электропривода тягодутьевых машин.

Наиболее эффективна автоматизация процесса горения с применением частотных преобразователей для регулирования производительности дымососа и вентилятора с поддержанием оптимального соотношения топливо-воздух. Однако в связи с тем, что тягодутьевые машины имеют большой момент инерции, время переходных процессов в электроприводе соизмеримо с быстродействием топки. Также необходимо учитывать то, что вследствие различных масс

дымососа и вентилятора быстродействие канала регулирования подачи воздуха и канала разрежения различны. В связи с чем, возникает задача учета и согласования времени регулирования подачи воздуха и разрежения.

Для увеличения стабильности разрежения в топке и быстродействия системы предлагается система регулирования разрежения по двум каналам воздействия, рис.14, которая позволяет в переходных режимах совместно управлять работой дутьевого вентилятора и дымососа.

Особенностью построения такой системы является следующие обстоятельства. Так как работа дутьевого вентилятора подчинена в установившихся режимах основному тракту регулирования - соотношению топливо-воздух, то вмешиваться в работу дутьевого вентилятора можно только в переходных режимах, когда процесс горения является нерациональным. Это позволяет сократить время переходных режимов по тракту разрежения и оптимизировать процесс горения. _

Кэд кні.

ТэдР+1

"2.

кц

1 Г

ТК, і

Рвх

Кэв Шдв ксдв бвх |

ТэвР+1

Рис.14. Структурная схема системы управления разрежением в топке котла по двум каналам воздействия

На схеме обозначено: сод - скорость вращения электропривода дымососа; Кзв - коэффициент передачи электропривода дутьевого вентилятора (ДВ); Т,а -постоянная времени электропривода ДВ; Юдв - скорость вращения электропривода ДВ; кнь - коэффициент напора дымососа; кц. - коэффициент сопротивления тракта дымовых газов; ксдв - коэффициент расхода воздуха; иь и2 - управляющие воздействия по разрежению и расходу воздуха соответственно.

Для синтеза регулятора используется модификация модального метода для двухканальных систем. Объект управления рис.14 описывается системой уравнений 3-го порядка.

сіш

'Д

1

л

1ЭПД

-СОД

+ ■

{эпД ГэпД

и1>

сіш

ДВ

сИ

Фвх . (11

1эпДВ

-Юдв

сэпДВ

1эпДВ

и2>

= _кнькьь ^ Ткс Д Ткс

ода кьь _ - ДВ ТкТГ

к=

(14)

Элементы матрицы коэффициентов обратных связей К для многоканальных систем задаются исходя из технических соображений и определяются из условия М=п(ш-1):

% к2 ,0 0 к3,

Операторное уравнение замкнутой системы принимает вид

(р01(р) + крс)у = крсв, (15)

что соответствует характеристическому полиному каждого канала

В3(р) = рВ1(р) + крс. (16)

В выражении (15) обозначено: g - задающее воздействие, определяющее желаемое установившееся значение выхода у. Приравнивая характеристический полином (16) к нормированному Ы(р)

Щр) = р4+с3р3+с2р2+с1р + со, (17)

находим неизвестные коэффициенты: , с3Тэд-1 Тэд(тэвкьь -Тткс)

К! =--1--,

КЭД КЭдТЭвТткс

с1тЭДтЭВттко | КЭд(к2+кнькз)+1 | ксдвІКздк!-!)

КэдКэвкьькнькз КЭДКЭВкНЬкЗ Кэдкьькнь Тткс (с2ТЭдТЭв - КЭдк1 -1)+ кьь(тэд + тэв + КЭДк1тЭВ) К ЭВк СДВТ ЭД - к ньк 1ІК эдТ ЭВ

>(18)

системы регулирования разрежения в топке котла где кь к2, к3 коэффициенты обратных связей модального корректора.

Проведено исследование работы предложенной системы регулирования, при разных вариантах построения, которое показало рациональность применения такой системы. Результаты исследования приведены на рис. 16,17. Несмотря на то, что при работе системы появляется колебательность, при возмущающем воздействии отклонение параметра незначительное. Скорость электропривода, как дымососа, так и дутьевого вентилятора изменяется значительно мед-

леннее, чем разрежение в топке, но за счет совместной работы механизмов управляемых предложенным регулятором обеспечивается стабильность регулируемого параметра. Повышенная инерционность регулируемого электропривода не оказывает отрицательного влияния на быстродействие системы регулирования разрежения.

а) б)

рис.16. Отработка рассогласования по разрежению а) по управляющему воздействию; б) по возмущающему воздействию

60 56

и) 1 ----г---г

ис

34

31

и}

40 80 120 40 80 120

а) б)

рис.17. Изменение скорости в системе управления разрежением по двум каналам воздействия при увеличении нагрузки котлоагрегата а) дымососа; б) дутьевого вентилятора

В пятой главе Проведены исследования на экспериментальной установке разработанного варианта регулятора одноканальной системы регулирования с нелинейной моделью тракта в наблюдателе Люен-бергера.

В экспериментальной установке рис. 18 используется асинхронный электродвигатель со следующими параметрами: Р„=0,37 кВт; ин=380 В; со„=2880 мин"1; 1н=1,74/1 А; пусковой ток 4,9/5,31„; со5ф=0,8. Электродвигатель управляется преобразователем частоты УЬТ НУАС РС102 фирмы «БапЬвв». Преобразователь реализует векторное управление асинхронным электродвигателем. Тракт регулирования описывается передаточной функцией полученной тальная установка экспериментально.

^^эу(Р)'

К

эу

0,002

(19)

Тэур + 1 5р +1

Рассчитаны параметры регулятора и проведено исследование работы построенной системы регулирования. Результаты исследования работы предложенного варианта построения системы регулирования разрежения показаны на рис. 19. Как при увеличении, так и при уменьшении управляющего воздействия на 20% время регулирования остается одинаковым. При этом перерегулирование практически отсутствует.

Также было проведено исследование работы предложенного регулятора в динамических режимах при возмущающем воздействии. Возмущающее воздействие на систему регулирования осуществлялось двумя путями: 1) изменением характеристики (сопротивления) тракта; 2) изменением расхода среды. В обоих случаях отклонение регулируемой величины от заданного значения составило около 20%. При этом время переходного процесса при изменении характеристики тракта меньше на 20 % чем, при изменении расхода, среды.

і Задание

гі-п-ц Момент

0 1 1,с э

др2

Задание

Момент

10

а) б)

Рис.19. Изменение давления и скорости при а) изменение управляющего воздействия на 20%; б) возмущающем воздействии расходом среды

Таким образом, экспериментальные исследования работы предложенного варианта построения одноканальной системы регулирования разрежения подтвердили достоверность проведенных расчетов и работоспособность предложенной системы регулирования.

Приведено описание контроллера МС8 программно-технического комплекса Контар. На контроллере МС8, реализованы разработанные алгоритмы управления разрежением в топке котла с регулируемым асинхронным электроприводом тягодутьевых машин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложены теоретические и практические результаты работы, направленной на решение научно-технической проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение - применение управляемого асинхронного элек-

тропривода в системе регулирования разрежения котлоагрегата. Проведенные в диссертационной работе исследования позволили получить следующие основные результаты:

1.Составлено математическое описание объекта регулирования с учетом применения регулируемого асинхронного электропривода с нелинейным характером нагрузки и существующих нелинейностей объекта регулирования.

2.Разработан способ построения регулируемого асинхронного электропривода, работающего с использованием условия ортогональности механических характеристик электропривода и нагрузки. Это позволяет обеспечить постоянство качества переходных процессов при изменении скорости вращения.

3.Разработана структура и алгоритмы управления одноканальной системы управления разрежением котлоагрегата с использованием регулируемого асинхронного электропривода. Предложен вариант учета нелинейности объекта при построении структуры управления разрежением.

4.Проведены исследования, создана структура и предложены алгоритмы управления разрежением котлоагрегата по двум каналам воздействия с использованием асинхронного регулируемого электропривода тягодутьевых машин. Динамика системы регулирования разрежения улучшается, так время переходных процессов уменьшается практически в два раза, по сравнению с одноканальной.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Работы, опубликованные в центральных журналах, рекомендованных списком ВАК:

1. Симаков Г. М., Марченко М. А. Линеаризованная математическая модель котлоагрегата по тракту разрежения // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2009. № 1. С. 194-200.

2. Симаков Г. М„ Марченко М. А. Система автоматического регулирования разрежения в топке парового котла барабанного типа с управляемым асинхронным электроприводом // Транспорт: наука, техника, управление. 2010. № 8. С. 35-37.

3. Симаков Г. М„ Марченко М. А. Процессы пуска и торможения асинхронного электропривода с частотным управлением при вентиляторной нагрузке // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2010. № 2. С. 383-387.

4. Марченко М. А., Симаков Г. М. Регулируемый асинхронный электропривод тягодутьевых машин в системе двухканального управления разрежением котлоагрегатов с уравновешенной тягой // Ползуновский вестник. 2011. №2-1. С. 95-100.

Прочие публикации

5. Марченко М. А., Симаков Г. М. Исследование системы автоматического регулирования разрежения парового барабанного котла // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт : тр. 3 Междун. науч.-техн. конф., Омск, 5-8 июня 2007 г. Омск, 2007. Ч. 2. С. 27-31.

6. Марченко М. А., Симаков Г. М. Система автоматического регулирования разрежения парового котла с бездатчиковым асинхронным электроприво-

дом // Электротехника, электромеханика и электротехнологии. ЭЭЭ-2007 : материалы 3 науч.-техн. конф. є междунар. участием, Новосибирск, 25-26 окт. 2007 г. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2007. С. 104-109.

7. Марченко М. А., Симаков Г. М. Применение регулируемого асинхронного электропривода в системе управления разрежением парового котла // Автоматизированные электромеханические системы : [сб. науч. тр.]. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2008. С. 188-196.

8. Симаков Г. М., Марченко М. А. Математическая модель котлоагрегата по тракту разрежения // Электроэнергетика в сельском хозяйстве : материалы междунар. науч.-практ. конф. (Республика Алтай, Чемал. р-н, база НГТУ Эрлагол, 26-30 июня 2009 г.). Новосибирск, 2009. С. 257-264.

9. Симаков Г. М., Марченко М. А. Способ построения регулируемого асинхронного электропривода с вентиляторной нагрузкой // Электротехника, электромеханика и электротехнологии. ЭЭЭ-2009 : материалы 4 науч.-техн. конф. с междунар. участием, Новосибирск, 23-24 окт. 2009 г. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2009. С. 159-166.

10. Симаков Г. М., Марченко М. А., Симаков Д. Г. Формирование пуско-тормозных режимов работы асинхронного электропривода с вентиляторной нагрузкой // Автоматизированные электромеханические системы : [сб. науч. тр.]. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2011. С. 61-68.

11. Симаков Г. М., Марченко М. А. Система автоматического регулирования разрежением котлоагрегата, управляемая по двум каналам воздействия // 10 International conference on actual problems of electronic instrument engineering proceedings. APEIE-2010 = Материалы 10 международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения». АПЭП-2010, Новосибирск, 2010 г. Новосибирск, 2010. Т. 7. С. 85-89.

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г.Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Тел./факс (383) 346-08-57 Формат 60 х 84/16. Объем 1.25 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 1570. Подписано в печать 14.11.2012 г.

Перечень условных обозначений.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Математическая модель котлоагрегата по тракту разрежения.

1.1. Характеристики способов регулирования разрежения.

1.2. Постановка задачи.

1.3. Математическая модель котлоагрегата по тракту разрежения.

1.3.1. Расчет параметров нелинейной модели тракта регулирования разрежения в топке котла.

1.4. Линеаризованная математическая модель котлоагрегата по тракту разрежения.

1.5. Выводы по главе.

Глава 2. Способы построения регулируемого асинхронного электропривода в системе управления разрежением в котлоагрегате.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Обеспечение переменной жесткости рабочих характеристик электропривода.

2.3. Преобразованная структурная схема асинхронного двигателя при векторном управлении.

2.4. Расчет переменных параметров регулятора скорости и коэффициента обратной связи.

2.5. Закон изменения задающего напряжения.

2.6. Исследование работы электропривода с учетом вентиляторного характера нагрузки и переменными параметрами регулятора скорости.

2.7. Формирование пуско-тормозных режимов работы электропривода с вентиляторной нагрузкой.

2.7.1. Пуск электропривода при постоянном моменте электропривода.

2.7.2. Пуск электропривода при ортогональности механических характеристик электропривода и нагрузки.

2.7.3. Формирование пуско-тормозных режимов при постоянном динамическом-моменте.

2.8. Выводы по главе.

Глава 3. Одноканальная система регулирования разрежения котлоагрегата с управляемым асинхронным электроприводом.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Синтез регулятора разрежения в верхней части топки котла.

3.3. Исследование работы регулятора разрежения в верхней части топки котла.

3.4. Исследование регулятора разрежения с нелинейной моделью газового тракта.

3.5. Синтез регулятора разрежения с переменными параметрами с учетом вентиляторного характера нагрузки.

3.6. Система регулирования разрежения с учетом основных нелинейностей объекта.

3.7. Исследование системы регулирования разрежения в топке котла при разгоне электропривода с постоянным динамическим моментом.

3.8. Выводы по главе.

Глава 4. Система регулирования разрежения в котлоагрегате по двум каналам воздействия с управляемыми асинхронными двигателями.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Использование динамической связи между первым и вторым каналом

4.3. Последовательный синтез системы регулирования по двум каналам воздействия.

4.4. «Прямой» синтез системы регулирования по двум каналам воздействия.

4.5. Выводы по главе.

Глава 5. Микропроцессорная реализация алгоритмов управления разрежением в топке котла. Экспериментальные исследования.

5.1. Технические характеристики и функциональные возможности контроллера~МС8.

5.2. Реализация разработанных алгоритмов управления разрежения в топке на контроллере комплекса «Контар».

5.3. Экспериментальные исследования.

5.4. Выводы по главе.

- Актуальность темы. Энергетика - это основа основ современной цивилизации. Она обеспечивает экономику и население энергоресурсами и энергией. Является фундаментом всей системы хозяйствования человека, гарантом жизнеобеспечения населения и безопасности государства. От ее состояния зависят политическое и экономическое положение государства и социальные условия жизни общества. Это всегда является первопричиной интенсивного решения большого комплекса задач по развитию и функционированию энергетики. Производство и потребление электроэнергии совпадают по времени. Нельзя произвести больше или меньше электроэнергии, произвести надо ровно столько сколько ее потребляется. Потребители энергии предъявляют к энергоснабжению следующие основные требования:

- - бесперебойность;

- надежность;

- обеспечение качества энергии;

- обеспечение экономичности энергоснабжения.

О проблеме энерго- и ресурсосбережения говорят уже давно и довольно много. Тем не менее, эта проблема и по сей день остается одной из наиболее актуальных. В настоящее время эффективность использования энергоресурсов в России не превышает 30%. Около двух третей электроэнергии выработанной на электростанциях преобразуется различными электроприводами в механическую энергию. По данным «Главгосэнергонадзора» в народном хозяйстве страны почти 60% излишнего энергопотребления приходится на асинхронные электродвигатели, используемые в качестве нерегулируемого привода там, где необходимо применение регулируемого электропривода [20]. Необоснованное энергопотребление электроприводов компенсируется электростанциями, как видно на рис.В.1 преимущественно тепловыми [58]. Следовательно, возникают дополнительные потери, пропорциональные лишней потребленной энергии во всем оборудовании, участвующем в ее производстве и передаче к потребителю. Это заставляет расходовать на каждый полезно используемый киловатт в электроприводе дополнительно чрезмерно большое количество топлива. Так как сжигается большее количество топлива, происходит большее количество выбросов и тем самым ухудшается экологическая обстановка.

Вопросы энергосбережения и повышения энергоэффективности в последнее время становятся все более актуальными и для предприятий энергетики. Для ее решения на сегодняшний день применяют различные методы и системы энергосбережения. Основной упор делается на повышение качества учета энергопотребления и снижение потерь при транспортировке электроэнергии. Но только этими мерами высокой энергоэффективности не добиться. На генерирующих предприятиях энергетики задача снижения затрат на «собственные нужды» с каждым годом становится все более острой.

Дальнейшее развитие электроэнергетики возможно только на основе энергоэффективных технологий. В том числе за счет повышения КПД вспомогательного оборудования и переводом его в режимы экономичного изменения производительности с помощью регулируемого электропривода. Переход к применению электропривода с регулируемой частотой вращения принципиально позволяет:

- исключить дросселирование в трактах питательной и сетевой воды, воздуха и уходящих газов в котлах, а значит существенно повысить КПД насосов и тягодутьевых машин;

- экономить электроэнергию;

- увеличить срок службы приводных асинхронных двигателей за счет плавного пуска;

- уменьшить износ насосов и вентиляторов, подшипников, выход из строя запорной арматуры;

- исключить гидравлические удары;

- экономить затраты на ремонт оборудования;

- улучшить экологическую обстановку за счет снижения выбросов загрязняющих веществ;

В настоящее время доля тепловых электростанций России в производстве электрической энергии составляет более 60%. Существующая структура выработки электроэнергии, представленная на рис.В.1, не меняется много лет. По выполненным на перспективу проработкам производство электроэнергии в России в 2020 году практически сохранит существующие пропорции. Только вырастет на несколько процентов доля ТЭС на угле и соответственно уменьшится доля ТЭС на газе [58]. Одной из основных проблем текущего состояния электроэнергетики является лавинообразное нарастание процесса старения основного и вспомогательного оборудования электростанций и сетей. Снижение экономической эффективности работы отрасли, в том числе за счет роста потерь электроэнергии из-за применения неэффективных методов регулирования производительности насосных и вентиляторных установок.

АЭС; 15,80%

Рис. В.1. Структура производства электроэнергии на электростанциях России в 2004

19,50%

ТЭС; 64,70%

В энергетике России на период до 2015 года приняты преимущественное продление планового срока службы действующего оборудования ТЭС до 10 дополнительных лет после фактической выработки ресурса по результатам систематического обследования состояния оборудования. Системы контроля и управления, установленные более 25 лет назад, устарели физически и морально. Эксплуатация таких систем требует больших материальных затрат и кадровых ресурсов при весьма невысокой надежности их работы [14].

Цель и задачи работы. Цель настоящей диссертационной работы состоит в разработке системы регулирования разрежения в топке котла барабанного типа с уравновешенной тягой на основе асинхронного управляемого электропривода. Применение асинхронного управляемого электропривода для регулирования разрежения позволяет повысить энергоэффективность работы котлоаг-регата. В ходе проводимых исследований для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследовать котлоагрегат по тракту регулирования разрежения в верхней части топки и разработать математическую модель объекта регулирования с учетом применения регулируемого асинхронного электропривода.

2. С учетом специфики объекта управления и характера нагрузки разработать варианты построения регулируемого асинхронного электропривода, реализующие переменную жесткость механических характеристик.

3. Разработать структуру и алгоритмы управления одноканальной системы управления разрежением котлоагрегата с использованием регулируемого асинхронного электропривода.

4. Провести теоретические исследования и создать основу построения рациональной системы автоматического управления разрежением котлоагрегата с использованием асинхронного регулируемого электропривода тягодутьевых машин.

Методы исследований. Разработанные в диссертации научные подходы к решению задач управления регулируемым асинхронным электроприводом тягодутьевых машин основываются на базе фундаментальных законов и уравнений термодинамики, теории электропривода. Использованы теория автоматического управления и регулирования, математический аппарат дифференциального и интегрального исчислений, методы переменных состояний и модального управления.

Научная значимость. В диссертационной работе развиты элементы теории построения регулируемого асинхронного электропривода в системе автоматического управления разрежением котлоагреагата с учетом вентиляторного характера нагрузки. Это позволяет математически адекватно описывать поведение электропривода, и строить на его основе системы автоматического управления разрежением с улучшенными технико-экономическими характеристиками.

Научная новизна.

1. Разработан алгоритм управления электроприводом, предполагающий работу электропривода на механических характеристиках, ортогональных к вентиляторной характеристике нагрузки, позволяющий обеспечить постоянство времени переходных процессов в различных режимах работы тягодутьевых машин.

2. Предложены варианты реализации регулируемого асинхронного электропривода с большим моментом инерции и вентиляторным характером нагрузки, уменьшающие динамические перегрузки электропривода.

3. Созданы варианты построения и методы расчета одноканальных САУ разрежением на основе регулируемого асинхронного электропривода с учетом нелинейностей тракта разрежения.

4. Разработана структура системы управления разрежением по двум каналам воздействия на основе регулируемого асинхронного электропривода тягодутьевых машин позволяющая сократить время неустановившихся режимов в топке котлоагрегата.

Достоверность полученных результатов исследований определяется корректностью поставленных задач, обоснованностью принятых допущений, адекватностью используемых при исследовании математических моделей и методов, сравнением полученных результатов путем параллельного расчета и моделирования, экспериментальными исследованиями.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Принципы построения и структуры построения регулируемого асинхронного электропривода с вентиляторным характером нагрузки.

2. Способ построения и расчет параметров регуляторов одноканальной системы автоматического управления разрежением котлоагрегата с использованием регулируемого асинхронного электропривода.

3. Основы построения системы автоматического управления разрежением по двум каналам воздействия на основе регулируемого асинхронного электропривода тягодутьевых машин.

4. Структура системы регулирования разрежения котлоагрегатов с уравновешенной тягой по двум каналам воздействия.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что:

1. Для тягодутьевых машин предложен новый алгоритм управления, предполагающий работу асинхронного электропривода на характеристиках ортогональных механической характеристике нагрузки. Данный вариант может быть использован для управления другими механизмами с вентиляторным характером нагрузки и применен разработчиками автоматизированного электропривода.

2. Разработаны методики синтеза одноканальной и по двум каналам воздействия систем регулирования разрежения на основе модифицированного модального метода. Данные методики могут быть использованы проектными организациями при построении систем регулирования разрежения котлоагрегата, а также в учебном процессе.

3. Разработано программное обеспечение процесса управления разрежением котлоагрегата на основе регулируемого асинхронного электропривода. Апробация работы. Основные результаты работы представлялись, докладывались и обсуждались на семинаре по обмену опытом на кафедре эксплуатации тепломеханического оборудования Петербургского энергетического института повышения квалификации, на научных семинарах факультета мехатро-ники и автоматизации Новосибирского государственного технического университета, на 3-й международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт», г. Омск 2007 г., на третьей и четвертой научно-технических конференциях с международным участием «Электротехника, электромеханика, электротехнологии», г. Новосибирск 2007, 2009 г., на международной научно-практической конференции «Электроэнергетика в сельском хозяйстве», Эрларгол 2009 г., на X международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» г. Новосибирск, 2010 г., на второй международной научно-практической конференции «Электроэнергетика в сельском хозяйстве», Новосибирск-Барнаул, 2011 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе: четыре научные статьи в рецензируемых журналах, рекомендованном перечнем ВАК РФ; 5 опубликованных докладов на международных и всероссийских научно-технических конференциях, две статьи в сборнике научных трудов НГТУ «Автоматизированные электромеханические системы».

Объем и содержание. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 85 наименований и приложений. Объем работы составляет 159 страниц основного текста, включая 74 рисунка.

5.4 Выводы по главе

1. Осуществлена микропроцессорная реализация разработанных алгоритмов управления разрежением в топке котлоагрегата для одноканальной и по двум каналам воздействия систем регулирования.

2. С использованием инструментальной среды «Конграф» разработаны программы предложенных вариантов управления разрежением в топке котлоагрегата для одноканальной и по двум каналам воздействия систем регулирования.

3. Проведены экспериментальные исследования регулятора разрежения одноканальной системы регулирования, синтезированного модифицированным модальным методом. Экспериментальные исследования подтвердили правильность проведенных расчетов и работоспособность предложенного варианта построения одноканальной системы регулирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Цель работы состояла в разработке системы регулирования разрежения в топке барабанного котла с уравновешенной тягой на основе асинхронного управляемого электропривода. Проведенные в диссертационной работе исследования позволили получить следующие основные результаты:

1. Составлено математическое описание объекта регулирования с учетом применения регулируемого асинхронного электропривода с нелинейным характером нагрузки и существующих нелинейностей объекта регулирования.

2. Разработан способ построения регулируемого асинхронного электропривода, работающего с использованием условия ортогональности механических характеристик электропривода и нагрузки. Это позволяет обеспечить постоянство качества переходных процессов при изменении скорости вращения.

3. Разработана структура и алгоритмы управления одноканальной системы управления разрежением котлоагрегата с использованием регулируемого асинхронного электропривода. Предложен вариант учета нелинейности объекта при построении структуры управления разрежением.

4. Проведены исследования, создана структура и предложены алгоритмы управления разрежением котлоагрегата по двум каналам воздействия с использованием асинхронного регулируемого электропривода тягодуть-евых машин. Динамика системы регулирования разрежения улучшается, так время переходных процессов в двухканальной системе регулирования уменьшается практически в два раза, по сравнению с одноканальной.

1. Артюх В. М., Литвак В. В. Потери электроэнергии в оборудовании собственных нужд электростанции // Электрические станции. 2007. № 2. С. 13-15.

2. Аэродинамический расчет котельных установок (Нормативный метод) / под ред. С. И. Мочана. М. ; Л. : Энергия, 1964. 144 с. : ил. +43 с. графики для расчетов.

3. Аэродинамический расчет тяги и дутья котлоагрегата ТП-81 при работе на Кузнецком каменном угле марки ОК-1 и ОК-2. Котлоагрегат типа Е 420/140 ГОСТ 3619-59 (модель ТКЗ 81, 1=570° С) / Новосибирская ТЭЦ-4. Новосибирск, 1965. 25 с.

4. Базаров И. П. Термодинамика : учеб. пособие для вузов. 4-е изд. перераб. и доп. М. : Высш. шк., 1991. 376 с.

5. Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами : учеб. пособие для вузов. Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. 392 с.

6. Браславский И. Я., Ишматов 3. Ш., Поляков В. Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод : учеб. пособие для вузов / под ред. И. Я. Браслав-ского. М. : Академия, 2004. 256 с.

7. Вахвахов Г. Г. Работа вентиляторов в сети. М. : Стройиздат, 1975. 101 с.

8. Востриков А. С. Задача синтеза в теории регулирования : учеб. пособие. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2011. 104 с.

9. Востриков А. С. Синтез систем регулирования методом локализации : монография. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2007. 252 с.

10. Востриков А. С., Французова Г. А. Теория автоматического регулирования : учеб. пособие. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2006. 368 с.

11. П.Выгодский М. Я. Справочник по высшей математике. Изд. 14-е. М. : Большая медведица, 2001. 864 с.

12. Гапоненко А. М., Добробаба Ю. П., Ничепуренко С. В. Синтез программных систем автоматического управления теплоэнергетическими процессами барабанных котлов : монография. Краснодар : Изд-во КубГТУ, 2003. 106 с.

13. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в МАТЬАВ 6.0 : учеб. пособие. СПб. : КОРОНА принт, 2007. 320 с.

14. Гололобов В. И. Поэтапная автоматизация тепловых электростанций // Электрические станции. 2007. № 3. С. 27-33.

15. Грузнов А. Ю. Модернизация средств автоматизации и внедрение АСУ ТП на электростанциях ОАО «Мосэнерго» // Электрические станции. 2007. № 12. С. 18-21.

16. Глинкин Е. И., Герасимов Б. П. Микропроцессорные средства : монография. Изд. 2-е, испр. Тамбов : Изд-во ТГТУ, 2007. 144 с.

17. Жуловян В. В. Электромеханические преобразователи энергии : учеб. пособие. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2005. 252 с.19.3ах Р. Г. Котельные установки : учеб. для техн. учеб. заведений. М. : Энергия, 1968. 351, 1. с. : ил.

18. Зиновьев Г. С. Основы силовой электроники : учеб. пособие. 2-е изд., испр. и доп. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2003. 664 с.

19. Киселев В. И. Насосы, компрессоры и вентиляторы. М. : Металлургиздат, 1961.400 с.

20. Клюев А. С., Лебедев А. Т., Новиков С. И. Наладка систем автоматического регулирования барабанных паровых котлов.М.:Энергоатомиздат,1985. 280 с.

21. Клюев А. С., Товарное А. Г. Наладка систем автоматического регулирования котлоагрегатов. М. : Энергия, 1970. 280 с.

22. Ковчин С. А., Сабинин Ю. А. Теория электропривода : учеб. для вузов. СПб. : Энергоатомиздат. С.-петерб. отд-ние, 1994. 496 с.

23. Крылов Ю. А., Сапожников С. С. Проблемы применения энергосберегающего электропривода на дымососах котлоагрегатов // Изв. Тул. гос. ун-та. Техн. науки. 2010. Вып. 3, ч. 4. С. 52-58.

24. Крюков О. В., Киянов Н. В. Электрооборудование и автоматизация водообо-ротных систем предприятий с вентиляторными градирнями : монография. Н. Новгород : Нижегород. гос. техн. ун-т, 2007. 260 с.

25. Кузовков Н. Т. Модальное управление и наблюдающие устройства. М. : Машиностроение, 1976. 184 с.

26. Виноградов А. Б. Векторное управление электроприводами переменного тока. Иваново : Иванов, гос. энергет. ун-т им. В. И. Ленина, 2008. 298 с.

27. Лазарев Г. Б. Частотно-регулируемый электропривод эффективная технология снижения расходов электроэнергии на собственные нужды ТЭС // Главный энергетик. 2007. № 1. С. 33-39.

28. Лезнов Б. С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках. М. : Энергоатомиздат, 2006. 359 с.

29. Литвин А. М. Теоретические основы теплотехники: техническая термодинамика и теория теплопередачи : учеб. для механико-энергет. и теплотехн. специальностей техникумов. М. ; Л. : Госэнергоиздат, 1960. 343 с. : табл., схемы.

30. Малюшенко В. В., Михайлов А. К. Насосное оборудование тепловых электростанций. М. : Энергия, 1975. 279 с.

31. Манусов В. 3., Мятеж А. В. Выбор оптимального алгоритма управления напряжением асинхронного электропривода на основе нечеткой логики // Научный вестник НГТУ. 2008. № 3 (32). С. 15-26.

32. Симаков Г. М., Марченко М. А. Линеаризованная математическая модель котлоагрегата по тракту разрежения // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2009. № 1. С. 194-200.

33. Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / под ред. Л. Г. Мамиконянца. 4-е изд., переработ, и доп.-М.: Энерго-атомиздат, 1984. 240 с.

34. Марченко М. А., Симаков Г. М. Применение регулируемого асинхронного электропривода в системе управления разрежением парового котла // Автоматизированные электромеханические системы : сб. науч. тр.. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2008. С. 188-196.

35. Симаков Г. М., Марченко М. А. Процессы пуска и торможения асинхронного электропривода с частотным управлением при вентиляторной нагрузке // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2010. № 2. С. 383-387.

36. Марченко М. А., Симаков Г. М. Регулируемый асинхронный электропривод тягодутьевых машин в системе двухканального управления разрежением котлоагрегатов с уравновешенной тягой // Ползуновский вестник. 2011. № 2-1. С. 95-100.

37. Симаков Г. М., Марченко М. А. Система автоматического регулирования разрежения в топке парового котла барабанного типа с управляемым асинхронным электроприводом // Транспорт: наука, техника, управление. 2010. № 8. С. 35-37.

38. Симаков Г. М., Марченко М. А., Симаков Д. Г. Формирование пуско-тормозных режимов работы асинхронного электропривода с вентиляторной нагрузкой // Автоматизированные электромеханические системы : сб. науч. тр.. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2011. С. 61-68.

39. Мейкляр М. В. Современные котельные агрегаты ТКЗ. 3-е изд., перераб. и доп. М. : Энергия, 1978. 223 с.

40. Методика реконструкции дымососов и вентиляторов / В. И. Горшков и др.. М. ; J1. : Госэнергоиздат, 1953. 144 с.

41. Модин Б. П., Васютинский В. Ю., Буяков Д. В. Внедрение гидромуфт и частотно-регулируемых приводов в ОАО «Мосэнерего» в 2006—2008 гг. // Электрические станции. 2007. № 12. С. 35-37.

42. Москаленко В. В. Автоматизированный электропривод : учеб. для вузов по специальности «Электроснабжение промышленных предприятий, городов и сельского хозяйства». М. : Энергоатомиздат, 1986. 415 с.

43. Панкратов В. В., Зима Е. А., Нос О. В. Специальные разделы современной теории автоматического управления : учеб. пособие. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2007. 220 с.

44. Панкратов В. В., Зима Е. А. Энергооптимальное векторное управление асинхронными электроприводами : учеб. пособие. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2005. 118, 1. с.

45. Парогенераторы : учеб. пособие / под общ. ред. А. П. Ковалева. М. ; JI. : Энергия, 1966. 448 с.

46. Панкратов В. В. Векторное управление асинхронными электроприводами : учеб. пособие для 4—5 курсов ЭМФ / Новосиб. гос. техн. ун-т. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 1999. 66 с.

47. Перминов Э. М. О стратегии развития энергетики // Энергетик. 2008. № 9. С. 19-25.

48. Пиотровский Jl. М. Электрические машины : учеб. для энерг. техникумов / под ред. А. Р. Деро. Л. : Энергия, 1972. 504 с.

49. Плетнев Г. П. Автоматизация технологических процессов и производств в теплоэнергетике : учеб. для студентов вузов. 4-е изд., стер. М. : Изд. дом МЭИ, 2007. 352 с.

50. Профос П. Регулирование паросиловых установок / пер. с нем.: Е. Н. Сергиевская, Д. К. Федотов. М. : Энергия, 1967. 368 с.

51. Резников М. И. Парогенераторные установки электростанций. М. : Энергия, 1968. 240 с.

52. Роддатис К. Ф. Котельные установки : учеб. пособие для студентов неэнер-гет. специальностей вузов. М. : Энергия, 1977. 413 с.

53. Сидоров М. Д. Справочник по воздуходувным и газодувным машинам. М. ; Л. : Машгиз, 1962. 260 с.

54. Симаков Г. М. Системы автоматического управления электроприводов металлорежущих станков : учеб. пособие. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2007. 299 с. : схемы. (Учебники НГТУ).

55. Основные направления развития электроэнергетики в период до 2020 г. / В. Ф. Ситников, В. И. Чемоданов, Н. В. Бобылев, Р. К. Адамоков // Электрические станции. 2007. № 5. С. 8-12.

56. Фираго Б. И., Павлячик Л. Б. Теория электропривода : учеб. пособие. Минск : Техноперспектива, 2004. 527 с.

57. Соколовский Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием : учеб. для студентов высш. учеб. заведений. М. : Академия, 2006. 272 с.

58. Стерман Л. С., Тевлин С. А., Шарков А. Т. Тепловые и атомные электростанции : учеб. для вузов / под ред. Л. С. Стермана. 2-е изд., испр. и доп. М. : Энергоатомиздат, 1982. 456 с.

59. Тарасов Д. В. Требования к частотно-регулируемым электроприводам насосов и вентиляторов при аварийных режимах в системе электроснабжения котельных // Электрические станции. 2006. № 1. С. 52-56.

60. Тепловой расчет котла при сжигании Кузнецкого каменного угля. Котлоаг-регат Е 420/140 (модель ТКЗ 81,1=570° С) / Новосибирская ТЭЦ-4. Новосибирск, 1965. 38 с.

61. Обоснование направлений развития пылеугольных ТЭЦ с новыми ресурсосберегающими технологиями / В. Г. Томилов, П. А. Щинников, Г. В. Нозд-ренко, В. В. Зыков ; отв. ред. В. Е. Накоряков. Новосибирск : Наука, 2000. 151 с.

62. Датчик давления Метран-150 : рук. по эксплуатации СПГК. 5225.000.00 РЭ, версия 2.3. Челябинск, 2011. 129 с.

63. Трембовля В. И., Фигнер Е. Д., Авдеева А. А. Теплотехнические испытания котельных установок. М. : Энергия, 1977. 296 с.

64. Тягодутьевые машины: вентиляторы и дымососы Электронный ресурс. Режим доступа http://www.moven.ш/new/catalog2/TD]VI/tdm.pdf.Зaгл.c экрана.

65. Усольцев А. А. Векторное управление асинхронными двигателями Электронный ресурс.: учеб. пособие по дисциплинам электромехан. цикла. СПб., 2002. Режим доступа: Ьйр://е18лйпо.ги:8101 /изо1геу/розоЫе 1/vectupr.htm. Загл. с экрана.

66. Усынин Ю. С. Системы управления электроприводов. Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2004. 328 с.

67. Филиппова Т. А. Энергетические режимы электрических станций и электроэнергетических систем : учебник. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2007. 298 с.

68. Фираго Б. И., Павлячик Л. Б. Регулируемые электроприводы переменного тока. Минск : Техноперспектива, 2006. 363 с.

69. Черкасский В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры : учеб. для теплоэнер-гет. специальностей вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Энергоатомиздат, 1984.416 с.

70. Чиликин М. Г. Теория автоматизированного электропривода : учеб. пособие для вузов. М. : Энергия, 1979. 615 с.

71. Шрейнер Р. Т., Ключев В. И., Сандлер А. С. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург : Изд-во УРО РАН, 2000. 654 с.

72. Энергосбережение и применение преобразователей частоты в теплоснабжении Электронный ресурс. Режим доступа http://www.univolts.ru/services/saveenergy. Загл. с экрана.

73. Технико-экономическое обоснование внедрения регулируемого электропривода для изменения производительности дымососовкотлоагрегата ТП-81

74. ПЛ.Технико-экономическое обоснование внедрения регулируемогоэлектропривода для изменения производительности дымососовкотлоагрегата ТП-81

75. Для расчета экономии электрической энергии при использовании частотно-регулируемого электропривода двух дымососов проведено сравнение потребленной электроэнергии дымососами по счетчику и расчетной.

76. Для расчета использованы следующие параметры:

77. Номинальная нагрузка котла 0Н=420 т/ч

78. Произведено пара за декабрь 0к=276000т.

79. Время работы котла в течении декабря 1Р=744 ч

80. Мощность установленного электродвигателя Рн=800 кВт

81. Потребленная электроэнергия двумя дымососами за декабрь месяц по счетчику Есч=650700 кВтч

82. Скорость, при которой будет обеспечена требуемая производительность, определена по формулам пропорциональности:ютР = «иск ^ = 77,807 -УУ- = 60,816 с"1. (П. 1.1)1. Чисх 133,056

83. За это время было выработано пара:

84. Окн=*рнВн = 43750 т, (П. 1.3)

85. И потреблено дымососами электроэнергии:

86. Ен =21рнРрасч = 146800 кВтч. (П. 1.4)

87. Средняя нагрузка котлоагрегата за оставшееся время работы:

88. Оср = Рк"Ркн = 363,023 т/ч. (П. 1.5)*рн

89. По формулам пропорциональности определена скорость, при которой будет обеспечена производительность дымососа С2сро>сп = ютп= 77,807 89,891 = 52,566с"1. (ПЛ.8)1. Р 133,056

90. Мощность на валу дымососа при средней нагрузке котла определяется также по формулам пропорциональности:со ^ С л л г\оп\->1. Р = Рг ср г расчср41,087^1217,699. (П. 1.9)60,816

91. Количество потребленной электроэнергии электродвигателями двух дымососов за время работы со средней нагрузкой:

92. Еср=2Рср(1р-1рн)=2*217,699(744-104) = 278700 кВт«ч. (П. 1.10)

93. Суммарное потребление электроэнергии за месяц равно:

94. Е^ = Ен + Еср = 146800 + 278700 = 425500 кВтч. (П. 1.11)

95. Экономия электроэнергии за декабрь составляет:

96. Еэд = Есч Ее = 650700-425500 = 225200кВтч. (П. 1.12)

97. В среднем котлоагрегаты, для которых производится расчет, работают в год около 5500 часов. На основании этих данных найдена экономия электроэнергии в год:1. Е 99^ 00

98. Е.г = * 5500 =-* 5500 = 1665000. (П. 1.13)эг 1р 744

99. Экономия электроэнергии составляет около 1665000 кВтч при работе котла за год. Эта цифра не учитывает расход электроэнергии за время работыдымососов без выработки пара котлоагрегатом (вентиляции топки во время пуска и останова котлоагрегата и т.п.).

100. При розничной цене 1 кВтч 1,86 руб. в 2012 году экономия в год составит:

101. Ц = Еэг * 1,76 = 1665000 * 1,86 = 3078300 руб. (П. 1.14)

102. Построение механической характеристики тягодутьевоймашины

103. П.2. Построение механической характеристики тягодутьевоймашины

104. Поток имеет струйчатую структуру, т.е. состоит из множества струй повторяющих геометрическую форму лопасти.

105. Имеет место осевая симметрия потока, т.е. все струи, составляющие поток, совершенно одинаковы геометрически и кинематически.

106. Поток является плоским, т.е. градиент скорости вдоль оси, параллельной геометрической оси машины отсутствует.

107. Теоретическая мощность передаваемая потоку в межлопастных каналах1. РТ00=МТ00ю, (П.2.2)отсюда1. Мтоо = ^ (П.2.3)со

108. Используя законы подобия (П.2.1) и характеристику Н=:Р(С)) конкретной машины и с учетом (П.2.2), (П.2.3) мы имеем возможность построить теоретическую механическую характеристику практически любой машины82.

109. Затем по законам подобия (П.2.1) вычисляем координаты этих точек при различных скоростях с шагом 50 об/мин начиная с п=700 мин"10 = 0соном1. Н = Нсономномсо1. Vю ном у1. Р = Р,номсо1. Ч®ном J1. П.2.4)

110. Рис. П.2.1. Механическая характеристика дымососа

111. Реализация разработанных алгоритмов управления разрежениемв топке котлоагрегата

112. П.З. Реализация разработанных алгоритмов управления разрежением в топке котлоагрегата1. Задатчик разрежения

113. Сигнал с дат-ка разреженияенков1—ггнапряжени1|» *р!ов'азндс.ть.1.