автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Создание гаммы электронных преобразователей для электропривода на современной элементной базе

На правах рукописи

ОСТРИРОВ ВАДИМ НИКОЛАЕВИЧ

СОЗДАНИЕ ГАММЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ

1 БАЗЕ

Специальность 05.09.03 - электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2003

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированного электропривода» Московского энергетического института (технического университета)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Ильинский Николай Федотович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Юньков Михаил Григорьевич, ученый секретарь ОАО «Электропривод»

доктор технических наук, профессор Шакарян Кфий Гевондович, зам. директора ОАО «НИИ Электроэнергетики»

доктор технических наук, профессор Панфилов Дмитрий Иванович, зав. кафедрой «Промышленной Электроники» МЭИ

Ведущая организация: ГУЛ «Мостеплоэнерго»,

Предприятие №1.

Защита диссертации состоится 19 сентября 2003 года в 14 час. 00 мин. в аудитории М-611 на заседании диссертационного совета Д 212.157.02 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим отправлять по адресу: 111250, г.Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «_»_2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157 к.т.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Последнее десятилетие XX века в области регулируемого электропривода отмечено в промышленно развитых странах бурным ростом производства электронной преобразовательной техники, специализированной для управления двигателями переменного тока, прежде всего асинхронными. Регулируемый электропривод на этой базе проникает практически во все технологии, основанные на преобразовании электрической энергии в механическую. Этот процесс идет повсеместно, идет он и в России.

Основоположники теории электропривода, разработчики основ регулируемого электропривода переменного тока несколько десятилетий назад предсказали и теоретически подготовили этот процесс. Решающий вклад в развитие данной отрасли науки внесли советские ученые. Их усилиями разработан математический аппарат для эффективного управления координатами электропривода переменного тока, которым сейчас успешно пользуются на практике.

Значительное внимание отечественной наукой уделялось электронному преобразователю для электропривода, рассматривались теоретические и практические аспекты создания системы электропривода. Несовершенство имевшейся в распоряжении ученых -электроприводчиков силовой и информационно-управляющей полупроводниковой техники требовало значительных интеллектуальных и материальных затрат на создание регулируемых электроприводов и тем не менее не позволяло преодолеть связанные с этим ограничения технико-экономических характеристик регулируемого электропривода переменного тока и выйти на его массовое применение.

Открывшийся в 90-е годы доступ к современным зарубежным полупроводниковым средствам управления электродвигателями застал науку и промышленность России в кризисном состоянии. На эти неблагоприятные условия накладывалась закрытость методической информации по созданию электронных преобразователей на современной элементной базе, обусловленная прежде всего жесткой конкуренцией на мировом рынке в этой динамично развивающейся отрасли.

Вакуум, связанный с отсутствием крупного производства современных отечественных преобразователей для регулируемых электроприводов, с успехом заполнили около двух десятков зарубежных фирм.

г

НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

К отечественным преобразователям можно отнести устройства, созданные на основе собственного «ноу-хау», по собственным разработкам, адаптированные к условиям применения в России, полный цикл производства которых по собственной рабочей конструкторской и программной документации освоен на отечественных Предприятиях.

К отечественным производителям данной техники вряд ли можно отнести предприятия, функции которых ограничены поставкой зарубежной техники с последующей привязкой готовых устройств к требованиям технологии, встраиванием ее в электротехнические комплексы, в том числе и собственной разработки; Нельзя также считать отечественным производством выполнение «отвер-точной» сборки преобразователей из входящих изделий, выпускаемых за рубежом, или выпуск преобразователей за рубежом и ввоз их в Россию в качестве продукции совместного производства.

Если руководствоваться приведенными выше критериями, то производством отечественных преобразователей для регулируемого электропривода на сегодняшний день занимаются отдельные, не самые мощные предприятия.

' В целом российские производители электронных преобразователей для регулируемого электропривода занимают незначительную часть своего рынка, уступая ведущим зарубежным электротехническим компаниям, таким как Siemens, ABB, Emotron, Schneider electric, Mitsubishi electric, Hitachi, Danfoss, Control'techniques, LG и другим.

Такое положение в данном сегменте высоких технологий нельзя признать удовлетворительным. Отечественная наука, создавшая свою школу в области автоматизированного электропривода, признанная во всем мире, Не используется в должной мере. Отечественное производство, которое, как и в любой промышленно развитой стране, должно доминировать на рынке собственной страны и создавать экспортный потенциал, выполняет лишь роль провайдера зарубежных технологий и разработок.

В этой связи тема диссертационной работы «Создание гаммы электронных преобразователей для электропривода на современной элементной базе» является актуальной.

Цель диссертационной работы.

Основная цель работы - обеспечить отечественным электронным преобразователям для регулируемого электропривода достойное место на рынке, посредством решения необходимых для этого теоретических, методических, технологических и организационных задач.

В связи с этим нужно определить специфику отечественного рынка, не освоенную комплексно зарубежными фирмами, и выполнить разработку электронных преобразователей на современной элементной базе с хорошими характеристиками, адаптированных к условиям производства и применения в России.

Созданию гаммы современных преобразователей способствуют достижения ведущих электротехнических корпораций мира, поставляющих на рынки, всех стран электронные компоненты, функционально подготовленные для управляемого электропривода, как в его силовом канале преобразования электрической энергии, так и для управления этим процессом. Применение этих компонентов дает возможность значительно углубить унификацию функционально законченных модулей, входящих в систему регулируемого электропривода, а также вносит свою специфику в разработку структур электронных силовых преобразователей для регулируемого электропривода.

Широкий круг технических и технологических задач в области современного регулируемого электропривода требует развития такой концепции модульного построения электронных преобразователей, которая охватывала бы ряд широко применяемых и перспективных типов электрических машин, была бы инвариантна к мощности электропривода, органично обеспечивала бы как двигательные, так и генераторные режимы работы электропривода при высоких энергетических показателях и удовлетворительной совместимости с питающей сетью. Структуры аппаратной части преобразователей, в связи с этим, должны иметь унифицированный силовой и информационный вход-выход.

В работе также уделено серьезное внимание применению созданной гаммы преобразователей в системах автоматического управления технологическими процессами путем разработки архитектур та^шх систем и обеспечения функциональной готовности преобразователей решать технологические задачи за счет собственных «интеллектуальных» средств.

С целью успешного проектирования гаммы преобразователей нужна систематизация и доработка методик расчета основных модулей силовых преобразователей, их компонентов, разработка требований к их конструированию.

Наконец, для практического решения задачи создания гаммы преобразователей необходимо выполнение значительного объема ОКР, организация производства преобразователей и их широкого применения в различных технологиях.

и

На основании изложенного, задачи работы сформулированы следующим образом:

1.Определить важные для отечественного рынка показатели качества электронных преобразователей для регулируемых электроприводов, не реализованные комплексно зарубежными производителями данной техники.

2.Разработать концепцию модульного построения электронных преобразователей, обеспечивающую их инвариантность к типу, мощности электропривода и системе электропитания, в том числе с обеспечением двунаправленной передачи энергии.

3.Разработать и реализовать структуры аппаратной части преобразователей в виде законченных модулей с унифицированным силовым и информационным входом-выходом для асинхронных, вентильных и вентильно-индукторных электроприводов.

4.Разработать рациональные архитектуры систем автоматического управления технологическими объектами, реализуемые на базе интеллектуальных возможностей преобразователей.

5.Систематизировать методики расчета модулей преобразователей и их элементов, сформулировать требования к их конструированию.

6.Выполнить опытно-конструкторские работы и проекты гаммы современных электронных преобразователей для автоматизированного электропривода, доказать'на практике их эффективность.

7.Наладить производство гаммы созданных электронных пре-1 образователей, их эффективное промышленное применение внутри

страны, обеспечив тем самым существенный объем импортозамеще-ния в данной области, а также начать экспортные поставки преобразователей.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач использовалась теоретическая, методическая и техническая литература в области автоматизированного электропривода, преобразовательной техники для электропривода, Современной элементной базы Для преобразовательной техники. Выполнен анализ и обобщение знаний и полученной информации, привлечен собственный многолетний опыт создания регулируемых электроприводов с электронными преобразователями.

В процессе" выполнения работы использовались методы расчетов, математического моделирования, макетирования, экспериментальных лабйраторных исследований и опытно-промышленных испытаний десятков модулей и готовых образцов преобразователей.

Полученные в результате знания нашли применение в проектировании и промышленном применении созданных электронных преобразователей.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов доказана хорошим совпадением теоретических и экспериментальных данных, положительными результатами проектирования 30 типов электронных преобразователей для различных электроприводов, эффективной и надежной работой более 600 штук преобразователей.

Научная новизна работы.

Проведен анализ российской специфики технических и организационных условий применения регулируемых электроприводов с электронными преобразователями в важных для экономики страны областях, и сопоставление с возможностями зарубежной техники учесть данную специфику. На этой базе сформулированы требования к отечественным электронным преобразователям, необходимые для регулирования координат электропривода и технологических процессов.

Проведен анализ современной элементной базы для реализации электронных преобразователей и обоснован выбор элементов, позволяющих в кратчайший срок создать унифицированные модули преобразователей на весь ряд мощностей асинхронных, вентильных и вентильно-индукторных электродвигателей с напряжением питания 220-380В и организовать их производство в России без привлечения зарубежных технологий.

Разработана концепция модульного построения преобразователей на современной элементной базе, обеспечивающая их инвариантность к типу, мощности электропривода и системе электропитания, в том числе с обеспечением двунаправленной передачи энергии.

Систематизированы, уточнены и модифицированы методы расчета модулей преобразователей и их элементов, сформулированы и обоснованы требования к конструированию данных модулей и преобразователей в целом.

Проведен комплекс экспериментальных исследований преобразователей в лабораторных и промышленных условиях, позволивший оптимизировать применяемые аппаратные и программные средства и доказать конкурентоспособность созданной гаммы преобразователей с лучшими зарубежными образцами.

Разработаны рациональные архитектуры систем автоматического управления технологическими объектами, реализуемые на ба-

зе интеллектуальных возможностей преобразователей. Проведены экспериментальные исследования данных архитектур в промышленных условиях, позволившие отработать эффективные алгоритмы управления и интерфейс.

Основные практические результаты диссертации.

1.Разработаны инженерные методики расчета параметров и выбора элементов модулей силовой части электронных преобразователей, разработаны требования к компоновке и конструированию блоков преобразователей на современной элементной базе, использование которых позволило решить практические вопросы создания гаммы преобразователей.

2.0своено производство гаммы общепромышленных преобразователей серии «Универсал» на весь ряд двигателей мощностью от 0,55 кВт до 220 кВт, предназначенных для питания от промышленной сети, а также специальных преобразователей (транспортного, морского и других назначений) при питании от сети с нестандартными параметрами для регулируемых асинхронных, синхронных (вентильных) и вентильно-индукторных электроприводов мощностью от 0,55 кВт до 32,5 кВт.

3.Объем выпуска в 2002 году доведен до 150 штук преобразователей при суммарной мощности 2,1 МВт и 20 станций группового управления (СГУ) двигателями при суммарной установленной мощности до 0,9 МВт.

В целом, к началу 2003 года в 50 городах и поселках России, на 130 предприятиях в эксплуатации находится около 550 штук автоматизированных электроприводов, эффективно используемых в различных технологиях, и около 60 энергосберегающих комплектов в составе преобразователей «Универсал» и СГУ насосами и вентиляторами в системах водо- и теплоснабжения зданий, городов и поселков.

4.Суммарная стоимость замещения импорта с начала серийного выпуска-преобразователей в 1996 году составила более миллиона долларов.

5.Выполнена поставка 15 преобразователей АРДН-3 за рубеж и заключены контракты на экспортные поставки в будущем.

Апробация работы.

Основные результаты работы обсуждались на 1ринадцати научно-технических конференциях и семинарах, среди которых: Научно-технический семинар "Энергосберегающий электропривод насосов и вентиляторов в промышленности и коммунальном хозяйстве'' (Москва, 4995г.); 11-я Международная научно-техническая

конференция "Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики" (Москва, 1995г.); Научно-технический семинар "Вентильно-индукторный электропривод -проблемы развития и перспективы применения" (Москва, 1996г.); П-я и Ш-я Международные конференции по электромеханике и электротехнологии (Крым, 1996г.; Москва, 2000г.); П-я и Ш-я Международные (ХП и XIV Всероссийские) научно-технические конференции по проблемам автоматизированного электропривода (Ульяновск, 1998г.; Нижний Новгород, 2001г.); заседания кафедры «Автоматизированного электропривода» Московского энергетического института (Москва, 2001г., 2002г.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 35 печатных работ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений; количество страниц - 250, в том числе иллюстраций - 87, наименований использованной литературы -115, приложений -2.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

В первой главе на основе анализа публикаций и приобретенного практического опыта сформулированы важные показатели качества электронных преобразователей для регулируемых электроприводов, прежде всего общепромышленного назначения, которые не реализованы комплексно зарубежными фирмами.

Выбрана современная элементная база, необходимая для создания гаммы преобразователей, прежде всего силовые биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT, собранные в интеллектуальные силовые модули IPM производства Mitsubishi Electric, предназначенные для прямого цифрового управления, и микропроцессорные средства управления двигателями - однокристальные микроЭВМ класса Motor Control производства Texas Instruments.

С целью обеспечения инвариантности преобразователей к типу, мощности электропривода и системе электропитания, в том числе с обеспечением двунаправленной передачи энергии развита концепция модульного построения преобразователей. Суть этой концепции отражена в обобщенной структуре, приведенной на рис.1.

Ce i ь -

t'en, -

241}

(ми о-иж KS-4S«; -5 <ÍH 4-21ЫЛ ( Л\ 2Н (МчЛ 4-ЗОмЛ

241)

22(1 H

Рис.1. Обобщенная структура разработанных цифровых рал лируемых электроприводов.

В ее состав входят функционально законченные модули, имеющие унифицированный силовой и информационный вход-выход, дающие возможность компоновать преобразователь нужного типа и мощности, с изменением параметров силовых элементов и при необходимости программного обеспечения.

Нумерацией межмодульных связей (1-8) на рис.1 обозначены возможные структуры преобразователя, из которых следует возможное отсутствие тех или иных модулей силового преобразователя и датчиков.

В электроприводе широкого применения, силовой канал преобразователя, состоит из модуля неуправляемого выпрямителя и модуля инвертора или коммутатора (1). В случае кратковременных генераторных режимов двигателя, данная структура дополняется цепью «слива» (1+2). При значительной рекуперации энергии, а также для динамичных четырехквадрантных электроприводов требуется применение модуля активного фильтра (3).

При недостаточном для двигателя или нестабильном напряжении сети переменного тока или необходимости регулирования напряжения питания инвертора (коммутатора) в силовой канал включается ^ однонаправленный повышающий или довышающе-понижающий преобразователь постоянного тока (4). Если в этой структуре есть генераторные режимы, то дополнительно вводится «слив» (4+2) или используется активный фильтр (5).

При питании привода от сети постоянного тока для регулирования или стабилизации напряжения на входе инвертора (коммутатора) используется однонаправленный преобразователь постоянного тока (6), при возможности генераторных режимов данная структура дополняется «сливом» (6+2), а при необходимости рекуперации энергии в сеть вводится двунаправленный преобразователь постоянного тока (7). Наконец, если запас напряжения сети постоянного тока достаточен для управления инвертором (коммутатором), то преобразователь постоянного тока не применяется (8).

Функционально законченными модулями для силового электронного преобразователя регулируемого электропривода являются преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор) или пульсирующий ток (коммутатор), преобразователь постоянного тока в постоянный, преобразователь переменного тока в постоянный (выпрямитель, активный фильтр).

На рис.2 приведена обобщенная функциональная электрическая схема модуля трехфазного инвертора и активного фильтра, который применим для трехфазных асинхронных, вентильных и вен-тильно-индукторных двигателей с независимым возбуждением (для последнего в типовой инвертор добавляется цепь питания обмотки

Яс

Рис.2. Обобщенная функциональная электрическая схема модуля трехфазного инвертора и активного фильтра.

возбуждения). На рисунке для упрощения трехфазный инвертор показан в однолинейном исполнении, реально имеется три полумостовых стойки IGBT ключей (выходы U, V, W) инвертора и один ключ «слива» (выход В). В данных модулях применяются различные варианты схем снабберов. На токи ключей до 100-150А применяется вариант схемы 1, на токи до 300А - вариант 2, на большие токи - вариант 3.

Для электроприводов, питающихся от сети переменного тока, применяются модули диодных или тиристорных выпрямителей, а для электроприводов с четырехквадрантными характеристиками, или значительной рекуперацией энергии в сеть при жестких требованиях к качеству этой энергии необходимо использовать активный фильтр (рис.2). В режиме рекуперации энергии в сеть он работает практически, как инвертор, а в режиме потребления энергии из сети, как три согласованно управляемых двунаправленных повышающих преобразователя постоянного тока. Для активного фильтра в типовой инвертор добавлены L-C фильтры на вводе сетевого напряжения.

На рис.3 приведена обобщенная функциональная электрическая схема модуля коммутатора и импульсного преобразователя постоянного тока, которая обеспечивает в различных комбинациях все возможные схемы преобразователей постоянного тока - повышающего, понижающего, повышающе-понижающего при любом направлении передачи энергии (в схеме отсутствует связь, данная пунктирной линией) и коммутатора для питания фазы вентильно-индукторного двигателя с самоподмашичиванием. В зависимости от назначения коммутатора одна из полумостовых ' стоек (РМ1 или РМ2) может отсутствовать в данном модуле.

В главе также рассмотрена структура САР активного фильтра, при синтезе которой использована математическая модель объекта при его непрерывной аппроксимации в осях х,у, синхронно вращающихся со скоростью вектора напряжения сети (рис.4).

Во второй главе разработаны принципы проектирования силовых унифицированных модулей преобразователей и инженерная методика их расчета.

Методика расчета силовых модулей преобразователей для трехфазных двигателей переменного тока, которая является в основном результатом систематизации известных методов, эмпирических данных, полученных при проектировании, экспериментальных и промышленных испытаниях преобразователей, содержащих данные модули, приведена в Приложении 1. Там же дан необходимый математический аппарат: расчетные соотношения для используемых в

1'ие.З Ф\ мккионалышя '»леюричсская схема wo,i}.i;i kommv iniopa и прсобргнокаимя мосюямно!о Гока

и?

К'!

■ж:

рег

цг'и

" рег

("Л

А

н

и?-

я,

■р+1

¿Г й)0

V __ змг ®0

и

-г—

УГ1у

" рег

иг !<->

1/

/Л,

¿1 •р+1

3 2

ЕН

ф

ил

Сар

3

2

Рис.4. Структурная схема САР активного фильтра.

модулях методах синусоидальной центрированной или векторной широтно-импульсной модуляции (ШИМ), расчет параметров инвертора, выпрямителя, охладителя, сглаживающего фильтра и снаббера, в том числе расчет и рекомендации по выбору их элементов, а также графический материал для пояснений принципов работы и расчетов.

Процедуры проектирования силовых преобразователей для вентильно-индукторного привода (ВИП) не имеют такой теоретической и методической базы, как для преобразователей электроприводов переменного тока, и практически не представлены в литературе. В связи с этим в главе рассмотрен принцип работы ВИП, даны основные расчетные соотношения для вентильно-индукторной машины (ВИМ) с самоподмагничиванием, проведен сравнительный анализ и систематизация по основным техническим, функциональным и стоимостным показателям известных схем силовых коммутаторов для ВИП. На основе анализа сделан вывод о рациональности для электроприводов широкого применения использования трехфазных ВИМ с двумя схемами коммутаторов - на основе несимметричного моста и схемы с «С-сбросом», для которой разработан эффективный способ управления.

Для данных схем электронных коммутаторов ВИМ и близких по схемной реализации импульсных преобразователей постоянного тока разработана инженерная методика расчета силовых унифицированных модулей преобразователей, в которой учтена специфика работы активных и пассивных элементов при рациональных способах коммутации силовых ключей. Дан математический аппарат для расчета параметров ЮВТ ключей, обратных диодов, диодов выпрямителя, дросселей и конденсаторов, рекомендации по их выбору, приведен необходимый графический материал для пояснений принципов работы, расчетов параметров и выбора элементов. В связи с нелинейностью объекта регулирования (ВИП) привлечены результаты математического моделирования системы электропривода, экспериментальных исследований и промышленных испытаний преобразователей, содержащих данные модули.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований унифицированных модулей преобразователей. В разработанных модулях трехфазных инверторов используются оба типа широтно-импульсной модуляции (ШИМ) напряжения - центрированная синусоидальная и векторная.

На рис.5 приведены осциллограммы фазных токов и напряжений на выходе инвертора при частоте основной гармоники напряжения 50Гц и коэффициенте модуляции 1,2, полученные при синусоидальной центрированной ШИМ с частотой несущей около 5кГц,

Рис.5. Осциллограммы фазных-токов, напряжений и гармонический состав напряжения при синусоидальной центрированной ШИМ.

Рис.6, Осциллограммы фазных токов» напряжений и гармонический состав фазного напряжения при синусоидальной векторной ШИМ.

«мертвым» временем переключения транзисторов в стойке полумоста 6 мкс и дан гармонический состав фазных напряжений. Наличие 3, 5 и 7-й гармоник обусловлено введением режима «сверхмодуляции» и не идеальностью силовых ключей инвертора.

На рис.6 приведены аналогичные осциллограммы и гармонический состав при синусоидальной векторной ЩИМ с частотой несущей ЮкГц и «мертвым» временем Змкс. В гармоническом составе среди низкочастотных составляющих имеется 3-я гармоника.

Оба способа модуляции применены при скалярном управлении координатами, в разомкнутой САР, т.е. напряжения и токи сформированы программно, без обратных связей и регуляторов для этих физических переменных. Исследования выполнены на серийных блоках преобразователей частоты «Универсал-7,5(В)» и «Уни-версал-7,5(Б)». Качество напряжения и тока, соответственно, достаточно высокое. Высокочастотные составляющие реально в токе не присутствуют, а являются результатом помехи на осциллограф.

Как подтверждают исследования, векторная ШИМ имеет преимущества в гармоническом составе напряжения на частотах основной гармоники более 37Гц, поскольку в пределах линейного управления, без применения искажения синусоидального напряжения на выходе инвертора добавлением гармоник, кратных трем, как это делается при центрированной ШИМ, позволяет обеспечить напряжение основной гармоники при частоте 50Гц на 15% большее по сравнению с центрированной ШИМ.

Коммутатор фаз вентильно-индукторного двигателя и преобразователь постоянного тока отнесены к одному типовому модулю (рис.3). Назначение и режим работы определяются схемой подключения этого модуля и алгоритмом управления силовыми ключами.

На рис.7 дано: осциллограммы токов модуля коммутатора для пятифазного вентильно-индукторного двигателя, при его работе на холостом ходу (рис.7а), осциллограммы тока и напряжения одйой фазы этого двигателя при работе под нагрузкой (76). На рис.8 дано: осциллограмма тока через дроссель преобразователя постоянного тока (рис.8а), осциллограмма тока одной фазы пятифазной ВИМ совместно с осциллограммой тока через дроссель преобразЬвателя по-• стоянного тока (рис.8б).

Эксперименты выполнены на БУ-32,5 - блокЬ управления ВИЛ, мощностью 32,5 кВт. При экспериментах импульсный преобразователь постоянного тока передавал до 46кВт мощности, как в режиме понижения, так и в режиме повышения напряжения.

Данная система электропривода предназначена для нестационарных объектов с автономными нестабилизированными источниками питания постоянного тока, имеющими широкий разброс пара-

Г^п ^р-] - (—;

* —лЛ ¡-Лг* .. »-Л. 1 ■ - * - Л -.^О» >>•>• » - < « ^

Рис.7. Осциллограммы физических переменных, -характеризующих работу коммутатора ВИМ:

а) ток через дроссель;

б) ток через дроссель и ток одной фазы ВИМ.

т. гмтк,-'^

Рис.8. 0сц|ишф-раммы физических переменных, характеризующих работу коммутатора ВИМ:

а) токи двигателя на холостом ходу;

б) ток и напряжение одной фазы под нагрузкой

метров. Управление двигателем осуществляется в вентильном режиме - частота вращения ротора регулируется (стабилизируется) за счет напряжения на выходе преобразователя постоянного тока (частота ШИМ 20кГц), питающего пятифазный коммутатор, а коммутация напряжения по фазам двигателя производится по датчику положения ротора и угол коммутации корректируется по частоте вращения и мощности-на валу.

Обеспечены абсолютно жесткие механические характеристики при практическй бесшумной работе привода. КПД преобразователя в номинальном режиме достигает 0,95. Высокочастотные пульсации на осциллограммах обусловлены наводкой на вход цифрового осциллографа и реально отсутствуют в силовых токах и напряжениях.

Полученные результаты подтвердили правильность инженерной методики расчета элементов модуля, проектных и конструкторских решений при создании этих новых для электропривода преобразователей.

Для трехфазного активного фильтра (выпрямителя) на лабораторном стенде при пониженном напряжении исследованы два возможных режима работы - потребление энергии из сети и рекуперация (инвертирование) энергии в сеть при заданных коэффициенте мощности и величине выпрямленного напряжения, различных управляющих и возмущающих воздействиях.

На рис.9 для одной фазы даны осциллограммы величин напряжения питания (сети), напряжения на входе активного фильтра (АФ) и тока потребляемого из сети при выключенном и включенном АФ. Для сравнения качества потребляемой электрической энергии дан гармонический состав тока в данном режиме работы. При выключенном АФ потребление идет через трехфазный диодный обратный мост модуля АФ (рис.2), т.е. так же, как и в обычном трехфазном мостовом выпрямителе. При включенном АФ реализован векторный принцип управления напряжением на зажимах переменного тока U, V, W модуля АФ с одновременным повышением напряжения Ud на звене постоянного тока в два раза по сравнению с диодным выпрямителем.

В режиме рекуперации энергии в сеть получено близкое качество процессов при фазе тока, сдвинутой на 180 эл. градусов. Характерно, что способы векторной ШИМ ключей для режима потребления и рекуперации энергии через АФ отличаются друг от друга. Традиционный способ векторной ШИМ не обеспечивает в режиме потребления энергии повышение напряжения на звене постоянного тока и его удержание на заданном уровне под нагрузкой.

Хотя работа еще не вышла из стадии экспериментальной отработки программного обеспечения, видно, что достигаемый коэффи-

Рис.9. Осциллограммы фазных величин, напряжения питания (а); напряжения на входе АФ (б); токов (в). Гармонический состав токов (г).

циент мощности при работе активного фильтра близок к единице. Сравнение с энергетическими показателями неуправляемого выпрямителя или инвертора, ведомого сетью, свидетельствует, что при высоких требованиях к энергетическим характеристикам использование модуля активного фильтра необходимо. ■•

В качестве5 модуля активного фильтра 6 экспериментах использовался инвертор преобразователя «Универсал-3,7(Б)-0Ь>, предназначенного для векторного управления асинхронным двигателем.

Полученные результаты свидетельствуют о практической реализуемости активных фильтров на современных аппаратно-программных средствах разработанных преобразователей частоты. Теоретически обоснованные режимы работы активного фильтра -поддержание близкого к единице коэффициента мощности при обмене энергией с сетью, Повышение и стабилизация выпрямленного напрй&едая подтверждены экспериментально. Синтезированная ¿САР в двухфазной системе координат'6 последовательной коррекцией практичебй^' обеспечивает удовлетворительное качество переходных процессов по управляющему и возмущающим воздействиям.

Аналогичные результаты по качеству тока и напряжения достигаются и при векторном управлении асинхронным двигателем.

В четвертой главе приведены результаты разработки и промышленной эксплуатации систем автоматического управления технологическими объектами.

Процессы разработки и производства силовых электронных преобразователей с интеллектуальной системой управления рассматривались в тесной связи с решением задач их эффективного применения в различных технологиях. Благодаря такому подходу с помощью созданных преобразователей на 130 предприятиях автоматизировано управление центробежными и плунжерными насосами, вентиляторами, компрессорами, шнековыми мешалками, центрифугами, транспортерами, покрасочными роботами, профилегибочными станами, высокочастотными электрошпинделями, приводами главного движения станков, лебедками, моталками, полиграфическими машинами, льнотрепальными машинами и др.

В основном задачи управления решены «стандартно» для подавляющего числа механизмов и технологий - использованы разработанные типовые" аппаратные средства и универсальное программное обеспечение при специализированных настройках структур и параметров систем регулирования, выполняемых оперативно при пуско-наладочных работах на технологическом оборудовании.

Отдельные задачи потребовали специальных решений, обеспечивших особую эффективность оборудованию.

К таким задачам относятся:

- комплексная автоматизация процессов водоснабжения и откачки сточных вод городов и поселков;

- комплексная автоматизация холодного и горячего водоснабжения зданий.

- автоматизация процессов дозирования жидких сред с помощью дозировочных насосов объемного типа;

- автоматизация покрасочных манипуляторов, профилегибочных станов, театральных подъемных лебедок.

Решение задач автоматизации водоснабжения, откачки сточных вод для городов, поселков или водоснабжения зданий обладает общностью.

Комплект оборудования состоит из автоматического регулятора привода переменного тока «Универсал» и станции группового управления, насосами (СГУ), являющихся продуктами диссертационной работы, а также стандартных датчиков технологической переменной (давления, уровня или температуры воды).

На основе анализа комплекса технологических и эксплуатационных задач, специфики российских потребителей данной техники, а также характеристик импортного оборудования разработаны требования к функциям вновь созданных энергосберегающих комплектов «Универсал» - СГУ, позволившие обеспечить превосходство данного комплектного оборудования над зарубежным.

Типовые функции энергосберегающих комплектов управления насосами:

- стабилизация (регулирование) заданного технологического параметра (давления, уровня, температуры);

- плавное (бесступенчатое) управление (2 или 3) насосами с поочередным переводом их питания на сеть при повышении расхода и возвратом на частотное регулирование при снижении расхода;

- произвольное назначение и изменение режима работы насосов от СГУ;

- задание технологического параметра от СГУ, блока "Универсал" или извне любым стандартным сигналом;

- обеспечение автоматического резервирования питания от двух (трех) вводных фидеров сети;

- отображение на дисплее б дока «Универсал» текущего режима работы насосов;

- индикация на панели СГУ от какого ввода поступает питание;

- обмен информацией по цифровому порту КБ485 с внешним оборудованием: принимается задание на технологический параметр

и режим работы насосов; передается информация о фактическом значении технологического параметра, потребляемой мощности, токах, частоте, режиме работы насосов, нештатных ситуациях;

- прием до трех аналоговых сигналов от датчиков технологических параметров, выдача вовне одного аналогового сигнала о технологическом параметре;

- прием до двух дискретных сигналов от датчиков граничных значений технологического параметра;

- энергонезависимые часы реального времени и календарь, банк данных для записи до 20 последних нештатных ситуаций;

- помесячный некоммерческий учет потребления электроэнергии;

- запись и отработка во времени графика задания;

- отображение текста на дисплее блока "Универсал" на русском языке, физических величин в абсолютных единицах;

- обеспечение защит двигателей и насосов - максимально-токовая, время-токовая (температурная), от обрыва и перекоса фаз двигателя, от коротких замыканий, от пониженного напряжения сети, от отказа в обратной связи; ' •

- автоматический переход на управление по командам дискретных ■ датчиков при отказе в обратной связи;

- обеспечение автоматического повторного включения йри проп'а-данйи (Понижений) и восстановлении напряжения сети;

- автоматическое* исключение неисправного насоса из алгорйтма управления, вывод информации об этом на дисплей блока «Универсал», компьютер й сигнальные аппараты диспетчерской;

- автоматическое изменение по времени очередности работы насосов для управления ресурсом их работы;

- автоматическая перестройка параметров закона управления и защит при переходе управления с одного насоса на другой, при различных мощностях двигателей и характеристик насосов, под' ключенных к комплекту;

- автоматическое переключение при отказе блока «Универсал» на постоянное питание от сети одного из насосов или на управление в режиме пуска-останова по дискретным датчикам.

Для удовлетворения сформулированных выше требований понадобилась разработка специальной станции группового управления насосами (СГУ).

Отдельной задачей, нерешенной в известных аналогах энергосберегающего оборудования, явилась разработка способа и проведение сопутствующих экспериментальных исследований процессов «мягкого» перевода питания двигателей с преобразователя частоты на сеть и возврата на частотное регулирование. В постановке данной задачи изначально было решено не применять дополнительных до-

рогостоящих средств синхронизации ЭДС вращения асинхронного двигателя с напряжением сети, с помощью которых данная задача решена ранее совместно предприятиями ВНИИЭ и «Союзгид-ропоставка».

На рис.10 приведены осциллограммы перехода питания двигателя насоса с преобразователя частоты на сеть и обратно, записанные'при эксплуатационных испытаниях энергосберегающего комплекта «Универсал-7,5(В)»+СГУЗ-В-7,5(С). Гидроданамические и электродинамические нагрузки при переключениях существенно ниже, чем при прямых включениях двигателя на сеть.

Созданное комплектное оборудование нашло эффективное применение на центральных тепловых пунктах (ЦТП), районных тепловых станциях (РТС), «Водоканалах» городов и поселков России. Экономия электроэнергии составляет около 40%, воды около 10%. В эксцлуатации в Москве, городах и поселках Московской области, Малоярославце, Балобаново, Калуге, Омске, Ухте, Тульской области находится около 60-и комплектов данного оборудования.

Одним из крупных потребителей данной техники является ГУП «Мостеплоэнерго», где в эксплуатации на ряде ЦТП и РТС находится 24 энергосберегающих комплекта мощностью от 7,5 до 110кВт.

Обстоятельные исследования комплектного энергосберегающего оборудования для водоканалов проведены в течение первого года его эксплуатации на двух наиболее крупных объектах УМП «Водоканал» г.Малоярославец.

На канализационной насосной станции (КНС) МПЗ в сентябре 2001 года установлен комплект оборудования в составе: блок автоматического регулятора привода переменного тока «Универсал-75(В)», станция групцового управления насосами СГУЗ-В-75(С), датчики уровня жидкости. На станции водозабора, снабжающей город питьевой водой, в декабре 2001 года установлен комплект оборудования в составе: блок автоматического регулятора* привода переменного тока «Универсал-220(В)», станция группового управления насосами СГУЗ-В-200(С), датчики давления воды.

На рис. 11 и 12 даны фотографий данных энергосберегающих комплектов, выполненные по месту эксплуатации.

Потребление электроэнергии на КНС за год уменьшилось с 566722 кВт«ч до 207242 кВт*ч, т.е. на 63,43%, что с учетом реальных цен на электроэнергию дало экономию 275103 рубля в год. Уменьшение эксплуатационных расходов (за счет зарплаты дежурному персоналу) составило 132077 рублей в год. Таким образом, внедрение энергосберегающего комплекта на КНС МПЗ дало годо-

Рис.10. Перевод питания двигателя насоса с преобразователя частоты на сеть (а) и обратно (б).

Рис 11 Преобразователь частоты "Универсал-200В" и станция > правления на

зри насоса СГУЗ-В-200С. -

Рис 12 Преобразователь часгогь, "Универсал-75В' и станция \правления на

зри насоса СГУЗ-В-75С

вую экономию в размере 407180 рублей. При цене комплекта 357500 рублей срок окупаемости оборудования составляет 10,5 месяца.

На станции водозабора суммарно потребление электроэнергии за 11 месяцев уменьшилось с 2003419 кВт*ч до 1918690 кВт«ч, т.е. на 4,23%, в то же время отпуск воды в город увеличился с 3556766 куб.м до 3978560 куб.м, т.е. на 11,86%. Таким образом, удельное потребление электроэнергии на один куб.м воды в среднем снизилось с 0,563 кВт»ч до 0,482 кВт*ч, т.е. на 14,34%.

За 11 месяцев экономия электроэнергии составила 322263 кВт»ч, что с учетом реальных цен на электроэнергию уже обеспечило экономию 267124 рублей. Таким образом, энергосберегающий комплект на станции водозабора при его цене 770800 рублей с учетом установленной с июля 2002 года цены 0,919руб. за кВт«ч электроэнергии и достигнутой средней экономии 29296,6 кВт*ч в месяц окупится за 29,7 месяца с начала эксплуатации.

В центральном административном округе (ЦАО) г.Москвы имеется много зданий старой постройки, имеющих специфику в проложенных коммуникациях горячего и холодного водоснабжения. Специфика заключается в том, что зданий, подключенных к одному тепловому пункту (Ц'1'll) много, их этажность различная (от 2-х до 6-ти этажей), большая часть из них не требует второго подъема воды, им достаточно давления в "городской" магистрали, однако горячее водоснабжение всех зданий обеспечивается от одного ЦТП. В результате соотношение потребления холодной и горячей воды через ЦТП составляет приблизительно 30% на 70%, а не наоборот, как в районах новой 'застройки. Насосы холодного водоснабжения (ХВС), следовательно, главным Ъбрязом обеспечивают потребителей горячей вбдой.

Комплектное энергосберегающее оборудование, установленное на ЦТП №739/0Г5, расположенйой по адресу Скатертный пер., дом 11, длительное время являлось объектом исследований. Это типичный для комплекс из двадцати строений, включающий в себя жилые к офисное помещения, ббеспечйваемые горячей водой и отапливаемые от одного ЦТ1\в котором установлены узлы учета и частотно-регулируемые приводы холодного и горячего водоснабжения. На рис. 13 данк фотогр&^йя комплекта оборудования в составе блоков <<Универсал-7,5(В>>+СГУЗ-В-7,5(С) (ХВС) и «Универсал-2,2(Б)»+СГУ2-Б-2,2 (ГВС), выполненная по месту его эксплуатации.

Одной из наукоемких задач, решаемых в ходе реализации этого проекта, явилось Ъпределение способа рационального управления насосами холодного и горячего водоснабжения как единым комплексом.

ЦТП оснащен аппаратно-программными средствами учета во-

Рис. 13. Энергосберегающий комплект в составе "Универсал-7,5(В)'\ СГУЗ-В-7,5(С), "Универсал-2,2(Б)", СГУ2-Б-2,2.

¿и

ды и теплоты, измерения электрической мощности, давления и температуры с выводом данных на компьютер. На этой базе проведены экспериментальные исследования базовой схемы водоснабжения и трех различных рациональных структур в равных условиях. В результате установлено, что в наиболее рациональной структуре САР система ХВ£ должна быть замкнута обратной связью по давлению между двум# водо-водяными теплообменниками ГВС, а система ГВС - по температуре обратной ветви трубопровода ГВС.

В расчете на год эксплуатация'данного комплекта оборудования обеспечивает экономию: 36,8% электроэнергии (1204кВт*час); 20,4% водц (13104 кубометра); 28% теплоты по ГВС (229,7 Гкал), что составляет в сумме 155527 рублей. По ценам отпуска электроэнергии, воды и тепла населению срок окупаемости комплектного оборудования и его монтажа составляет 8,5 месяцев.

Отдельной крупной задачей, решенной посредством специализированного преобразователя АРДН-3 (автоматический регулятор дозировочных насосов, мощностью до 3кВт), входящего- 8 гамму созданных преобразователей, является автоматизация процессов дозирования при перекачивании жидких сред дозировочными насосами объемного типа.

Область применения^ дозировочных насосов объемного типа достаточно широкая - этохимичеркая, нефтехимическая, пищевая, текстильная, целлюлезно-бумажная и другие отрасли промышленности, а также химводопоготовка в теплоэнергетике и снабжении населения водой. . - • '

В настоящее время в эксплуатации находится около 300 блоков АРДН-3, две . „трети установлены на 16-и ТЭЦ России и стран СНГ, одна треть''- на 27-и других предприятиях, 15 блоков поставлены в Бангладеш для ТЭС Сиддирганч. Эти приборы включаются в новые проекты, ^ то^ чаре на экспорт проектными организациями Мосэнергопроек^^епЛо^нергопроект, Электроэнергопроект, Атом-энергопроект, Зар^бёжэнергопроект, Интеравтоматика и др.

На рис. 14 приведены фотографии блоков АРДН-3 макетного образца (1995 год), опытных образцов (1995 год), опытной партии (1996 лад)» берчйных блоков первых двух поколений (1996-2000 годы) и блока ЦосЛед^ей модификации, выпускаемого с 2001 года по настоящее ^»«*. ^ - ^

Цель создания АрДН-3, с одной стороны, это добиться с помощью одной модификации специализированного преобразователя автоматизации всего ряда применяемых в России плунжерных дозировочных насосов с мощностями дрцводных асинхронных двигателей от 0,25 До 4 кВт без изменения конструкции базового (нерегули-' - ч ; 4ч<,' * > , - *

Макет (1995г.)

"Зг о "Г

:

«г

Серийная продукция (2001г.-2003г.)

Опытные образцы (1995г.) 1П

Опытная партия (1996г.)

Серийная партия (1996г. - 2000г.)

Рис.!4. Блоки АРДН-3.

руемого) наоосного агрегата и снижения точности дозирования в разомкнутой системе не более, чем на 0,5%.

С другой стороны, цель состояла в том, чтобы придать электронасосному агрегату ряд новых качеств:

- автоматическое, регулирование подачи в диапазоне от 3,5 до 100%; „ • •

- автоматическое регулирование объема (дозы) в том же диапазоне;

- возможность работы в качеств^ локального автомата в разомкнутой или замкнутой С АУ или в качестве исполнительного элемента в составе АСУ;

- ббеспечение режимов местного и дистанционного управления;

- наличие индикации уровней подачи, дозы, сигналов обратных связей (показатели расхода, кислотности, электропроводности

{ жидкости и т.п.);

- обеспечение защит и блокировок, сохраняющих насос, двигатель и преобразователь;

- обеспечение интерфейса для обмена дискретными, аналоговыми сигналами, а также по последовательному цифровому порту с внешней автоматикой.

В проце^е работы над АРДН-3, кроме всего комплекса задач по созданию современного п^еобрйователя частоты для управления асинхронным двигателем ,(это был первый преобразователь в созданной гамме чтреобр&Зователей), решены специальные задачи, связанные с дозированием жидких реагентов. В результате разработан ряд структур, САР для химводоподготовки на ТЭЦ, которые реализованы во встроенном контроллере АРДН-3 и выбираются в процессе настройки АгДН-3 по^требуемую технологию программным путем.

Последняя ^ перечисленных выше задач это механизмы с возвратно-постуЦателбВым^йЖением, осуществляемым на различных линейных. скоростях, при регулируемых, но строго соблюдаемых в технологическом процессе конечных позициях. Задача решается за счет ввода в микроконтроллер информации о пути перемещения и расчета'задания ускорения при реверсе (торможении) механизма, пропорционального по "модулю квадрату начальной скорости к обеспечения тЦСсамым неизменного пути торможения или реверса независимо ^начаЛьной^СКорости'Движения.

Около 40'^Ьматйзирвванйых электроприводов данных механизмов с асиш^нными коротКозамкнутыми двигателями мощностью от 1,5 до ИГ^г ^спешно применяются на ЗВИ (г.Москва), Жуковском мехашгУаЬм Зййоде (г.Жуковский), фирме БАРД (г.Москва), театре ЛЁНКОМ (г.Москва), театре ЛУНЫ (г.Москва).

Рис.15. Блоки "УНИВЕРСАЛ"с системой управления "Б"

Рис 16 Блоки "УНИВЕРСАЛ"с системо^у.правдщ^^^^

БИБЛИОТЕКА С.Петербург 1 ОЭ 800 №

зр

В пятой главе даны выработанные на основе приобретенных теоретических и практических знаний требования к компоновке и конструкции преобразователей, которые необходимо соблюдать при создании данной техники, показаны особенности разработанных конструкций и рассмотрены основные результаты проектирования и производства преобразователей для автоматизированного электропривода, достигнутые в ходе выполнения работы.

Всего на базе сформулированных требований совместно кафедрой АЭП МЭИ, КБ ИБП РАН, ООО НПП "ЦИКЛ+" и НПФ "ВЕКТОР" выполнены около 30 проектов силовых электронных преобразователей для электроприводов различного типа и назначения с электродвигателями мощностью от 0,55 до 320кВт. Типы электронных преобразователей и станций управления, освоенные в производстве и выпущенные до конца 2002 года, перечислены в таблице I. Суммарно выпущено 680 преобразователей и 60 станций группового управления.

По степени гибкости системы управления преобразователи разделены на три уровня: «А» - специализированные, с цифровым дисплеем и кнопками управления; «Б» - универсальные, с цифровым дисплеем, кнопками управления и настройки; «В» - универсальные, с алфавитно-цифровым дисплеем, перепрограммируемые пользователем. На рис.15 и 16 даны фотографии серийно выпускаемых преобразователей частоты для общепромышленных частотно-регулируемых электроприводов с системами управления «Б» и «В».

Динамика роста производства созданных электронных преобразователей для автоматизированного электропривода с 1996 года -начала серийного выпуска данных преобразователей приведена на рис.17.

Таблица 1.

Наименование Мощность Тип сис- Начало ОКР/ Объем

преобразователей электро- темы Начало се- вы-

двигате- управле- рийного про- пуска,

лей, кВт ния изводства шт.

1 2 3 4 5

Автоматический 0,37-4,0 «Б» 1994г./1996г. 301

ре1улятор дозиро-

вочных насосов

«АРДН-3» «

Автоматический 0,55-2,2 «А» 1998г./1999г. 18

регулятор приво- 1,5-22 «Б» 1995г./1997г. 237

дов переменного 7,5-220 «В» 1996г./1997г. 61

тока «Универсал»

1 2 3 4 5

Блок преобразования электропитания «БПЭ» 0,5-2,2 «А» 2000г./2000г. 23

Блок управления ВИП «БУ» 0,55-32,5 «Б» 2000г./2000г. 40

Станция группового управления двигателями «СГУ» 2,2-200 «Б» или «В» 1998г./1999г. 60

19вб г даг 1вевг _ 1Шг 2ооо г таг тег

Рис.17. Динамика производства разработанных преобразователей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В работе получены следующие основные результаты:

1,Определены важные для отечественного рынка показатели качества электронных преобразователей для регулируемых электроприводов, не реализованные комплексно зарубежными производителями данной техники. ,

Основными из них являются:

Высокая надежность в жестких условиях эксплуатации - существенные колебания напряжения сети, отсутствие защитной земли, высокая запыленность воздуха, неквалифицированный эксплуатационный персонал.

Допустимость многократных, в том числе автоматических повторных пусков после аварийных состояний.

Обеспечение подхвата вращения двигателя.

Обеспечение ряда свойств промышленного котроллера - регулятора технологических переменных, расширенного интерфейса по аналоговым и дискретным сигналам, расширенного объема информации по технологическим и энергетическим показателям, наличие простого интерфейса пользователя, наличие расширенной энергонезависимой «фискальной» памяти.

Повышенная защищенность от вандализма.

Невысокая цена в сравнении с аналогами.

2.Развита и обоснована теоретически и экспериментально концепция модульного построения электронных преобразователей, обеспечивающая их инвариантность к типу, мощности электропривода и системе электропитания, в том числе с обеспечением двунаправленной'передачи энергии.

3 .Разработаны и реализованы структуры аппаратной части преобразователей в виде законченных модулей с унифицированным силовым и информационным входом-выходом для асинхронных, вентильных и вентильно-индуКторных электроприводов, рациональные для оперативного освоения их производства.

4.Разработана минимизированная по аппаратным затратам архитектура систем автоматического управления технологическими объектами, реализованная на базе интеллектуальных возможностей преобразователей, отвечающая специфике отечественных потребителей.

5.Выполнен комплекс стендовых и натурных испытаний разработанных электронных преобразователей, основным результатом которых стало доказательство их высокой эффективности.

Основные практические результаты работы.

1.Разработаны инженерные методики расчета параметров и выбора элементов модулей силовой части электронных преобразователей, разработаны требования к компоновке и конструированию блоков преобразователей на современной элементной базе, использование которых позволило решить практические вопросы создания гаммы преобразователей.

2.Выполнены опытно-конструкторские работы и проекты 30 типов современных электронных преобразователей для автоматизированного электропривода.

3.Освоено производство гаммы общепромышленных преобразователей серии «Универсал» на весь ряд двигателей мощностью от 0,55 кВт до 220 кВт, предназначенных для питания от промышленной сети, а также специальных преобразователей (транспортного, морского и других назначений) при питании от сети с нестандартными параметрами для регулируемых асинхронных, синхронных (вентильных) и вентильно-индукторных электроприводов мощностью от 0,55 кВт до 32,5 кВт.

4.0бъем выпуска в 2002 году доведен до 150 штук преобразователей при суммарной мощности 2,1 МВт и 20 станций группового управления (СГУ) двигателями при суммарной установленной мощности до ?00 кВт.

К началу 2003 года в 50 городах и поселках России, на 130 предприятиях в эксплуатации находится около 550 штук автоматизированных электроприводов, эффективно применяемых в различных технологиях, и около 60 энергосберегающих комплектов в составе преобразователей «Универсал» и СГУ насосами и вентиляторами в системах водо- и теплоснабжения зданий, городов и поселков.

' 5.Суммарная стоимость замещения импорта с начала серийного выпуска преобразователей в 1996 году составила более миллиона долларов.

б.Выполнена поставка 15 преобразователей АРДН-3 за рубеж и заключены контракты на экспортные поставки в будущем.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: 1

1. Проектирование электротехнических устройств / Анисимов В .А., Гбрнов А.О., Остриров В.Н. и др. - М.: Изд-во МЭИ, 2001. -128с.

2.Бирюков A.B., Носач C.B., Остриров В.Н. Частотно-регулируемый электропривод для дозировочных насосов. // Электромеханика и электротехнология: Тез. докл. Часть II. П-й Междунар. конф. 1-5 октября 1996г. - Крым, 1996. - С. 35-36.

3. A.c. 1019579 СССР, МКИ H 03 В 27/00. Цифровой генератор синусоидальных сигналов. / И.Ш. Кадыров, В.Н. Остриров, Н.Ф. Оли-фир, A.A. Савченко (СССР). - 4с.: ил.

4. Системы электропривода и электрооборудование роторных экскаваторов / Калашников Ю.Т., Горнов А.О., Остриров В.Н. и др. -М.: Энергоатомиздат, 1988. - 312с.

5. A.c. 1767686 СССР, МКИ H 02 Р 5/16. Многоканальное устройство возбуждения. / ВЛ. Остриров, C.B. Носач, В.В. Березин, Е.М. Садовников (СССР) - 7с.: ил.

б.Остриров В.Н., Сафонов Ю.М., Маслова Н.К. Элементы систем управления промышленными роботами. - М.: Изд-во МЭИ, 1989. - 112 с.

7,Остриров В.Н., Лебедев A.C., Садовский JI.A. Электроприводы для станков и промышленных роботов. - М.: Изд-во МЭИ, 1991. - 100 с.

8.А.С. 1078579 СССР, МКИ H 02 Р 13/30. Устройство для управления вентильным непосредственным преобразователем частоты. / В.И. Юпочев, И.Ш. Кадыров, В.Н. Остриров, М.П. Гаврилов (СССР) -4с.: ил.

9.Козаченхо В.Ф., Остриров В.Н. Перспективные разработки микропроцессорных объектно-ориентированных частотно-регулируемых электроприводов. // Энергосберегающий электропривод насосов и вентиляторов в промышленности и коммунальном хозяйстве: Тез. докл. Науч.-техн. семин. 1-2 февраля 1995г. - М., 1995. - С. 27-29.

10.Остриров В.Н. Оптимизация режимов управления многосвязных электроприводов одноковшовых экскаваторов. // Электричество. -1992. - №8. - С. 37-41. .

• 11.Остриров В.Н., Носач C.B. Система управления генератор-двигатель на перспективной элементной базе. // Электротехника. -1993. - №6. -С 32-36.

■ • 12.0стриров В.Н., Фатих, Огар, Микати Омар. Исследование многосвязной системы частотно-регулируемых асинхронных электроприводов главных механизмов экскаватора-драглайна. // Электротехника, - 1995. - №1. - С. 14-19.

13.Остриров В.Н., Бирюков A.B., Микати Омар. Объектно-ориентированный частотно-регулируемый электропривод на современной элементной базе. // Электротехника. - 1995. - №7. - С. 26-29.

14.0стриров В.Н., Носач C.B., Бирюков A.B. Частотно-регулируемый электропривод для дозировочных насосов. // Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики: Тез. докл. II Между нар. науч.-техн. конф. 3-5 октября 1995 г. -М., 1995. -С 292-294.

15.Остриров В.Н., Бурыкин Ю.Т. Перспективные системы электропривода для горных машин открытых разработок. // Новые дости-

жения в науках о земле: Тез. докл. науч.-техн. конф. 17 мая 1995 г. -М., 1995.-С. 1.

16.0стриров В.Н., Омар Микати, Бельхадж Фейсел. Компьютерная среда для исследования многосвязной системы частотно-регулируемых асинхронных электроприводов главных механизмов экскаватора-драглайна. // Электроприводы переменного тока: Тез. докл. Х-й науч.-техн. конф. 14-17 марта 1995 г. - Екатеринбург., 1995. -С. 94-97.

17.0стриров В.Н., Голыптейн М.Ю. Универсальный силовой преобразователь для венгильно-индукторного электропривода. // Вен-тильно-индукторный электропривод - проблемы развития и перспективы применения: Тез. докл. науч.-техн. семин. 30-31 января 1996 г. -М., 1996.-С. 15-16.

18.0стриров В.Н., Иржак Ю.М. Современное состояние и перспективы развития электроприводов одноковшовых экскаваторов. // Развитие строительных машин, механизации и автоматизации строительства и открытых горных работ: Матер. науч.-техн. конф. 28-31 мая 1995 г.-М., 1996.-С. 141-144.

19.0стрирдв В.Н., Бурыкин Ю.Т., Жаров К.С., Курдюмов А.Г. Перспектива применения вентильно-индукторного привода для автоматизации вращательно-подающей системы бурового станка. // Электротехника. - 1997. - №2. - С. 3-7.

20.0стриров В.Н., Жаров К.С. Новая серия частотно-регулируемых электроприводов-эффективное средство энерго- и ресурсосбережения. // "Энергоменеджер". - 1997. - №5. - С. 22-24.

21.0strirov Vadim, Srour Jamil. Computer aided design and analysis for electromechanical systems of main drives of excavator-draglines. // The proceeding of the IV International Symposium on Mine Mechanisation and Automation, July 1997, vl, A3-13. Australia. 5p.

22.0стриров B.H., Козаченко В.Ф., Носач C.B. Преобразователи для асинхронных частотно-регулируемых электроприводов широкого применения. // Приводная техника. -1997. - №2. - С. 15-17.

23.0стриров В.Н., Усов Н.Н., Кудряшов В.К., Козаченко В.Ф. Опыт внедрения и перспективы производства отечественных преобразователей частоты. И Приводная техника. - 1998. - №4. - С. 23-28.

24.0стриров В.Н., Уткин С.Ю. Рациональная схема регулируемого электропривода для экстремальных условий эксплуатации. // II Международная (XII Всероссийская) научно-техническая конференция по проблемам автоматизированного электропривода: Тез. докл. -Ульяновск, 1998. - С. 90-91.

25.0стриров В.Н., Козаченко В.Ф., Ионов А.А. Серия преобразователей частоты «Универсал» со встроенными функциями управления станциями группового управления двигателями насосов. // Междуна-

Р1 20 0 7

родная конференция по электротехнике, электромеханике и электротехнологии: Тез. докл. -М., 2000. - С.111-113.

26.0стриров В.Н., Уткин С.Ю. Сравнительный анализ схем силовых преобразователей для вентильно-индукторного электропривода массового применения. // Приводная техника. - 2000. - №4. - С. 44-50.

27.0стриров В.Н., Уткин С.Ю. Силовой преобразователь для вентильно-индукторного привода массового применения. // Вестник МЭИ. - 2000. - №5. - С. 8-13.

28,Остриров В.Н. Опыт создания и промышленного применения серии отечественных преобразователей частоты. И Ш Междунар. (XIV Всерос.) конфер. по автоматизированному электроприводу АЭП-200: Тез. докл. - Нижний Новгород, 2001. - С. 167.

29.0стриров В.Н. Вентильно-индукторный электропривод с простейшим электронным коммутатором. // Вестн. НТУ "Харьковский политехнический институт". Серия "Электротехника, электроника и электропривод". - 2001. -Вып. 10. - С. 181-182..

ЗО.Остриров В.Н., Козаченко В.Ф., Пермяков Е.А., Кудряшов В.К., Джус A.C. Разработка и освоение производства комплектных энергосберегающих устройств управления электроприводами. // Вест. НТУ "Харьковский политехнический институт". Серия "Электротехника, электроника и электропривод". - 2001. - Вып. 10. - С. 319-320.

31.0стриров В.Н. Энергосберегающий комплектный электропривод производства ИБП РАН. // Приборы. - 2002. - №8. С 19-24.

32.0стриров В.Н. Разработав серии силовых электронных преобразователей для регулируемых электроприводов на современной элементной базе. // Компоненты и технологии.- 2002. - №8. С. 64-68.

ЗЗ.Остриров В.Н. Опыт разработки и внедрения комплектного энергосберегающего электропривода насосов городского водоснабжения и откачки сточных вод. // Электричество. - 2003, - №4. С. 67т71.

34.0стриров В.Н., Корпусов Д.Е., Репецкий Д.В. Эффективное применение частотно-регулируемого электропривода в системе холодного и горячего водоснабжения домов старой застройки. // Вестник МЭИ. - ,2003. - №1. С. 55-59.

35.0стриров В.Н. Разработка структур силовых электронных преобразователей для регулируемых электроприводов. с цифровым управлением на базе унифицированных модулей. // Вестник МЭИ. -2003.-№1. С. 72-79. . ■

Печ.л. Z.S

Тираж iC'j'

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.

Заказ АчС -

Введение.

1.Электронные преобразователи для регулируемых электроприводов.

1.1.Электроприводы с электронными преобразователями.

1.2.Показатели качества преобразователей.

1.3.Концепция модульного построения преобразователей.

1.4.Функции, выполняемые преобразователями.

1.5.0пределение состава модулей.

1.6.Элементная база модулей.

1.7.Функциональная схема модуля трехфазного инвертора — активного фильтра.

1.8.Функциональная схема модуля однофазного коммутатора - преобразователя постоянного тока.

1 ^.Функциональная схема модуля выпрямителя.

1.10.Вь1воды.

2.Принципы и методика проектирования силовых модулей и преобразователей на их основе.

2.1.Общие принципы проектирования силовых модулей.

2.2.Трехфазный активный фильтр.

2.3.Проектирование модуля трехфазного инвертора -активного фильтра.

2.4.Схемы силовых электронных коммутаторов для вентильно-индукторного электропривода.

2.5.Проектирование модуля коммутатора - импульсного преобразователя постоянного тока.

2.6.Проектирование модуля выпрямителя.

2.7.Вывод ы.

З.Экспериментальные исследования унифицированных модулей преобразователей.

3.1.Постановка задач исследования модуля трехфазного инвертора - активного фильтра.

3.2.Результаты исследования модуля в режиме инвертора.

3.2.1.0пределение рациональной частоты несущей и мертвого» времени.

3.2.2.0пределение токовой нагрузки конденсатора фильтра.

3.2.3.Сопоставление типов ШИМ напряжения.

3.3.Результаты исследования модуля в режиме активного фильтра.

3.4.Постановка задач исследования модуля коммутатора -импульсного преобразователя постоянного тока.

3.5.Результаты исследования модуля в составе вентильно -индукторных электроприводов.

3.6.Вывод ы.

4.Системы автоматического управления технологическими объектами.

4.1.Общая характеристика применений систем управления технологическими объектами.

4.2.Комплектное энергосберегающее оборудование для автоматизации центробежных насосов.

4.2.1 .Комплектный энергосберегающий электропривод насосов городского водоснабжения и откачки сточных вод и его исследования в эксплуатации.

4.2.2.Комплектный энергосберегающий электропривод насосов холодного и горячего водоснабжения домов старой застройки и его исследования в эксплуатации.

4.3.Атоматизация процессов дозирования при перекачивании жидких сред.

4.3.1.Экспериментальные исследования мембранного и плунжерного дозировочных насосов при регулировании частоты вращения двигателей.

4.3.2.Структуры САУ, реализуемые АРДН-3 для уравления типовыми технологическими процессами химводоподготовки в теплоэнергетике.

4.3.3.Результаты исследований АРДН-3 в промышленных условиях.

4.4.Вывод ы.

5.Проектирование и производство преобразователей для автоматизированного электропривода.

5.1.Основные требования к компоновке и конструкции преобразователей.

5.2.Конструирование и производство преобразователей.

5.3.Вывод ы.

Последнее десятилетие XX века в области регулируемого электропривода отмечено в промышленно развитых странах бурным ростом производства электронной преобразовательной техники, специализированной для управления двигателями переменного тока, прежде всего асинхронными. Регулируемый электропривод на этой базе проникает практически во все технологии, основанные на преобразовании электрической энергии в механическую. Этот процесс идет повсеместно, идет он и в России.

Основоположники теории электропривода, разработчики основ регулируемого электропривода переменного тока несколько десятилетий назад предсказали; и теоретически подготовили этот процесс. Решающий вклад в развитие данной отрасли науки внесли советские ученые [4, 5, 13, 76, 78, 87, 89]. Их усилиями разработан математический аппарат для эффективного управления координатами электропривода переменного тока, которым сейчас успешно пользуются на практике.

Значительное внимание отечественной наукой уделялось электронному преобразователю для электропривода, рассматривались теоретические и практические аспекты создания системы электропривода [1, 12, 14, 77,79, 90, 91, 95]. Несовершенство имевшейся в распоряжении ученых -электроприводчиков силовой ш информационно-управляющей полупроводниковой техники требовало значительных интеллектуальных и материальных затрат на создание регулируемых электроприводов и тем не менее не позволяло преодолеть связанные с этим ограничения технико-экономи-ческих характеристик регулируемого электропривода переменного тока и выйти на его массовое применение.

Открывшийся в 90-е годы доступ к современным зарубежным полупроводниковым средствам управления электродвигателями застал науку и промышленность России в кризисном состоянии. На эти неблагоприятные условия накладывалась закрытость методической информации по созданию электронных преобразователей на современной элементной базе, обусловленная прежде всего жесткой конкуренцией на мировом рынке в этой динамично развивающейся отрасли.

Вакуум, связанный с отсутствием крупного производства современных отечественных преобразователей для регулируемых электроприводов, с успехом заполнили около двух десятков зарубежных фирм [6].

К отечественным преобразователям можно отнести устройства, созданные на основе собственного «ноу-хау», по собственным разработкам, адаптированные к условиям применения в России, полный цикл производства которых по собственной рабочей конструкторской и программной документации освоен на отечественных предприятиях.

К отечественным производителям данной техники вряд ли можно отнести предприятия, функции которых ограничены поставкой зарубежной техники с последующей привязкой готовых устройств к требованиям технологии, встраиванием ее в электротехнические комплексы, в том числе и собственной разработки. Нельзя считать отечественным производством выполнение «отверточной» сборки преобразователей из входящих изделий, выпускаемых за рубежом, или выпуск преобразователей за рубежом и ввоз их в Россию в качестве продукции совместного производства.

Если руководствоваться приведенными выше критериями, то производством отечественных преобразователей для регулируемого электропривода на сегодняшний день занимаются отдельные, не самые мощные предприятия, перечисленные далее.

- ОПТ и Э НИИЭМ, г.Истра — специализированная техника для асинхронных двигателей в основном вспомогательных электроприводов пассажирских вагонов и для электрошпинделей станков на мощности до 18 кВт.

- ООО «ЭЛСИЭЛ», г.Москва - специализированная для асинхронных двигателей вспомогательных электроприводов пассажирских вагонов, а также для общепромышленных электроприводов с асинхронными двигателями на мощности до 75 кВт.

- ИБП РАН совместно с ООО НПП «ЦИКЛ+», г.Москва - общепромышленная техника с асинхронными двигателями на мощности от 0,55 до 400 кВт, специальная техника с асинхронными, вентильно-индукторными и вентильными двигателями на мощности от 0,55 до 32,5 кВт.

- ЗАО «Электротекс», г.Орел - общепромышленная техника с асинхронными двигателями на мощности от 5,5 до 315 кВт.

- АО «ЭРАСИБ», г.Новосибирск - общепромышленная техника с асинхронными двигателями на мощности от 2,2 до 315 кВт.

- ОАО «ЧЭАЗ», г.Чебоксары - общепромышленная техника с асинхронными двигателями на мощности от 16 до 32 кВт.

Ряд предприятий, не упомянутых в списке и выступающих под российской маркой, не подходят под сформулированные выше критерии.

По объемам производства среди отечественных производителей лидирует НИИЭМ, г.Истра. ИБП РАН с ООО НПП «ЦИКЛ+» [64] имеет значительно более широкую номенклатуру выпускаемых преобразователей для различных типов двигателей, в том числе при нестандартном питании и нестандартных двигателях, в частности и для мобильных объектов, но меньший объем производства.

Другие отечественные производители пока уступают двум лидерам по разным показателям.

В целом же российские производители электронных преобразователей для регулируемого электропривода занимают незначительную часть своего рынка, уступая ведущим зарубежным электротехническим компаниям, таким как Siemens, ABB, Emotron, Schneider electric, Mitsubishi electric, Hitachi, Danfoss, Control techniques, LG и другим.

Такое положение в данном сегменте высоких технологий нельзя признать удовлетворительным. Отечественная наука, создавшая свою школу в области автоматизированного электропривода, признанная во всем мире, не используется в должной мере. Отечественное производство, которое, как и в любой промышленно развитой стране, должно доминировать на рынке собственной страны и создавать экспортный потенциал, выполняет лишь роль провайдера зарубежных технологий и разработок.

В этой связи тема диссертационной работы «Создание гаммы электронных преобразователей для электропривода на современной элементной базе» является актуальной.

Чтобы найти место в процессе проникновения регулируемого электропривода в различные технологии и обеспечить отечественной продукции более значительное место на российском рынке, нужно не только выполнить разработку электронных преобразователей на современной элементной базе с хорошими характеристиками, но и определить специфику отечественного рынка, не освоенную комплексно зарубежными фирмами.

Созданию гаммы современных преобразователей способствуют достижения ведущих электротехнических корпораций мира, поставляющих на рынок электронные компоненты, функционально подготовленные для управляемого электропривода, как в его силовом канале преобразования электрической энергии, так и для управления этим процессом.

Применение этих компонентов дает возможность значительно углубить унификацию функционально законченных модулей, входящих в систему регулируемого электропривода, а также вносит свою специфику в разработку структур электронных силовых преобразователей для регулируемого электропривода.

Широкий круг технических и технологических задач в области современного регулируемого электропривода требует развития такой концепции модульного построения электронных преобразователей, которая охватывала бы ряд широко применяемых и перспективных типов электрических машин, была бы инвариантна к мощности электропривода, органично обеспечивала бы как двигательные, так и генераторные режимы работы электропривода при высоких энергетических показателях и удовлетворительной совместимости с питающей сетью. Структуры аппаратной части преобразователей, в связи с этим, должны иметь унифицированный силовой и информационный вход-выход.

В работе также уделено серьезное внимание применению созданной гаммы преобразователей в системах автоматического управления технологическими процессами путем разработки архитектур таких систем и обеспечения функциональной готовности преобразователей решать технологические задачи за счет собственных «интеллектуальных» средств.

С целью успешного проектирования гаммы преобразователей нужна систематизация и доработка методик расчета основных модулей силовых преобразователей, их компонентов, разработка требований к их конструированию.

Наконец, для практического решения задачи создания гаммы преобразователей необходимо выполнение значительного объема ОКР, организация производства преобразователей и их широкого применения в различных технологиях.

На основании изложенного, задачи работы сформулированы следующим образом:

1 .Определить важные для отечественного рынка показатели качества электронных преобразователей для регулируемых электроприводов, не реализованные комплексно зарубежными производителями данной техники.

2.Разработать концепцию модульного построения электронных преобразователей, обеспечивающую их инвариантность к типу, мощности электропривода и системе электропитания, в том числе с обеспечением двунаправленной передачи энергии.

3.Разработать и реализовать структуры аппаратной части преобразователей в виде законченных модулей с унифицированным силовым и информационным входом-выходом для асинхронных, вентильных и вентильно-индукторных электроприводов.

4.Разработать рациональные архитектуры систем автоматического управления технологическими объектами, реализуемые на базе интеллектуальных возможностей преобразователей.

5.Систематизировать методики расчета модулей преобразователей и их элементов, сформулировать требования к их конструированию.

6.Выполнить опытно-конструкторские работы и проекты гаммы современных электронных преобразователей для автоматизированного электропривода, доказать на практике их эффективность.

7.Наладить производство гаммы созданных электронных преобразователей, их эффективное промышленное применение внутри страны, обеспечив тем самым существенный объем импортозамещения в данной области, а также начать экспортные поставки преобразователей.

5.3.ВЫВОДЫ

1 .Разработаны требования к компоновке и конструированию блоков преобразователей на современной элементной базе, использование которых позволило решить практические вопросы создания гаммы преобразователей.

2.Выполнены опытно-конструкторские работы и проекты 30 типов современных электронных преобразователей для автоматизированного электропривода.

З.Освоено производство гаммы общепромышленных преобразователей серии «Универсал» на весь ряд двигателей мощностью от 0,55 кВт до 220 кВт, предназначенных для питания от промышленной сети, а также специальных преобразователей (транспортного, морского и других назначений) при питании от сети с нестандартными параметрами для регулируемых асинхронных, синхронных (вентильных) и вентильно-индукторных электроприводов мощностью от 0,55 кВт до 32,5 кВт.

4.0бъем выпуска в 2002 году доведен до 150 штук преобразователей при суммарной мощности 2,1 МВт и 20 станций группового управления (СГУ) двигателями при суммарной установленной мощности до 900 кВт.

К началу 2003 года в 50 городах и поселках России, на 130 предприятиях в эксплуатации находилось около 550 штук автоматизированных электроприводов, эффективно применяемых в различных технологиях, и около 60 энергосберегающих комплектов в составе преобразователей «Универсал» и СГУ насосами и вентиляторами в системах водо- и теплоснабжения зданий, городов и поселков.

5.Суммарная стоимость замещения импорта с начала серийного выпуска преобразователей в 1996 году составила более миллиона долларов.

6.Выполнена поставка 15 преобразователей АРДН-3 за рубеж и заключены контракты на экспортные поставки в будущем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные положения диссертации на тему: «Создание гаммы электронных преобразователей для электропривода на современной элементной базе».

Г.Определены важные для отечественного рынка показатели качества электронных преобразователей для регулируемых электроприводов, не реализованные комплексно зарубежными производителями данной техники.

Основными из них являются:

Высокая надежность в жестких условиях эксплуатации - существенные колебания напряжения сети, отсутствие физической земли, высокая запыленность воздуха, неквалифицированный эксплуатационный персонал.

Допустимость многократных, в том числе автоматических повторных пусков после аварийных состояний.

Обеспечение подхвата вращения двигателя.

Обеспечение ряда свойств промышленного контроллера - регулятора технологических переменных, расширенного интерфейса по аналоговым и дискретным сигналам, расширенного объема информации по технологическим и энергетическим показателям, наличие простого интерфейса пользователя, наличие расширенной энергонезависимой «фискальной» памяти.

Повышенная защищенность от вандализма.

Невысокая цена в сравнении с аналогами.

2.Развита и обоснована теоретически и экспериментально концепция модульного построения электронных преобразователей, обеспечивающая их инвариантность к типу, мощности электропривода и системе электропитания, в том числе с обеспечением двунаправленной передачи энергии.

3.Разработаны и реализованы структуры аппаратной части преобразователей в виде законченных модулей с унифицированным силовым и информационным входом-выходом для асинхронных, вентильных и вентильно-индукторных электроприводов, рациональные для оперативного освоения их производства.

4.Разработана минимизированная по аппаратным затратам архитектура систем автоматического управления технологическими объектами, реализованная на базе интеллектуальных возможностей преобразователей, отвечающая специфике отечественных потребителей.

5.Выполнен комплекс стендовых и натурных испытаний разработанных электронных преобразователей, основным результатом которых стало доказательство их высокой эффективности.

Основные практические результаты работы.

1.Разработаны инженерные методики расчета параметров и выбора элементов модулей силовой части электронных преобразователей, разработаны требования к компоновке и конструированию блоков преобразователей на современной элементной базе, использование которых позволило решить практические вопросы создания гаммы преобразователей.

2.Выполнены опытно-конструкторские работы и проекты 30 типов современных электронных преобразователей для автоматизированного электропривода.

3.Освоено производство гаммы общепромышленных преобразователей серии «Универсал» на весь ряд двигателей мощностью от 0,55 кВт до 220 кВт, предназначенных для питания от промышленной сети, а также специальных преобразователей (транспортного, морского и других назначений) при питании от сети с нестандартными параметрами для регулируемых асинхронных, синхронных (вентильных) и вентильно-индукторных электроприводов мощностью от 0,55 кВт до 32,5 кВт.

4.0бъем выпуска в 2002 году доведен до 150 штук преобразователей при суммарной мощности 2,1 МВт и 20 станций группового управления (СГУ) двигателями при суммарной установленной мощности до 900 кВт.

К началу 2003 года в 50 городах и поселках России, на 130 предприятиях в эксплуатации находится около 550 штук автоматизированных электроприводов, эффективно применяемых в различных технологиях, и около 60 энергосберегающих комплектов в составе преобразователей «Универсал» и СГУ насосами и вентиляторами в системах водо- и теплоснабжения зданий, городов и поселков.

5.Суммарная стоимость замещения импорта с начала серийного выпуска преобразователей в 1996 году составила более миллиона долларов.

6.Выполнена поставка 15 преобразователей АРДН-3 за рубеж и заключены контракты на экспортные поставки в будущем.

1.Аранчий Г.В., Жемеров Г.Г., Эпштейн И.И. Тиристорные преобразователи для регулируемых электроприводов. // Москва. Энергия. 1968. 128с.

2. Анисимов В.А., Горнов А.О., Москаленко В.В., Остриров В.Н., Фролов А.А. Проектирование электротехнических устройств. // Учебное пособие для студентов. Издательство МЭИ. 2001. 128с.

3. Аракелян А.К., Афанасьев А.А. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод. // Москва. Энергоатомиздат. 1997.2кн.

4. Бродовский В.Н., Иванов Е.С. Приводы с частотно-токовым управлением / Под ред. В.Н.Бродовского. // Москва. Энергия. 1974. 168с.

5. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными электродвигателями. 2-е изд., доп.//Москва. Наука. 1966. 297с.

6. Бычкова Е.В; Обзор современного российского рынка преобразователей частоты для электропривода. // Живая электроника России. Том 2. 2001. 8с.

7. Бюттер Ю., Гусяцкий Ю.М, Кудрявцев АВ и др. /Под ред. Г.А.Щукина. Электропривод переменного тока с частотным управлением. // Москва. МЭИ. 1989.76с.

8. Бычков М.Г. Основы теории, управление и проектирование вентильно-индукторного электропривода. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. // Москва. 1999. 354с.

9. Бычков М.Г. Элементы теории вентильно-индукторного электропривода. // Электричество. 1997. №12. Юс.

10. Ю.Белопольский И.И. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. 2-е изд., перераб. и доп. // Москва. Энергия. 1973.400с.11 .Белоконова А.Ф. Водно-химические режимы тепловых электростанций.//Москва. Энергоатомиздат. 1985.

11. Бернштейн А.Я., Гусяцкий Ю.М:, Кудрявцев А.В., Сарбатов Р.С. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе. / Под ред. Сарбатова Р.С. // Москва. Энергия. 1980. 328с.

12. Вейнгер A.M. Регулируемый синхронный электропривод. // Энергоатомиздат. 1985. 224с.

13. Глазенко Т.А., Гончаренко Р.Б. Полупроводниковые преобразователи частоты в электроприводах. //Ленинград. Энергия. 1969. 184с.

14. Гаммамет информ 2. Силовые трансформаторы. Интернет-документ. http://\vww.gammamet.ru. 2002. 6с.

15. Гаммамет информ 6. Накопительный трансформатор в однотактном преобразователе с обратным включением диода. Интернет-документ. http://wwvv.gammamet.ru. 2002. 6с.

16. Гаммамет информ 7. Технические условия на ленточные кольцевые магнитопроводы Гаммамет. Интернет-документ, http://www,gammamet.ru. 2002. 12c.

17. Гликман И.Я., Горский A.H., Русин Ю.С. Электромагнитные элементы радиоэлектронной аппаратуры. // Москва. Радио и связь. 1991.

18. Ильинский Н.Ф. Энергосберегающий электропривод насосов. // Электротехника. 1995. №7. 5с.

19. Ильинский Н.Ф. Вентильно-индукторный электропривод перед выходом на широкий рынок. // Приводная техника. 1998. №3. 4с.

20. Ильинский Н.Ф. Вентильно-индукторные машины в современном электроприводе. // Вентильно-индукторный электропривод проблемы и перспективы применения. Тезисы доклада научно-технического семинара. 30-31 января 1996. Москва. МЭИ. 1996. 2с.

21. Ильинский Н.Ф. Энергосбережение в центробежных машинах средствами электропривода. // Вестник МЭИ. 1995. № 1. с.

22. Изосимов Д.Б., Москаленко В.В., Остриров В.Н., Юньков М.Г. Состояние и перспективы развития регулируемых электроприводов (аналитический обзор докладов). // Электротехника. 1994. №7. 4с.

23. Изосимов Д.Б., Рывкин С.Е. Сопоставление алгоритмов широтно• импульсной модуляции для трехфазных автономных инверторов. // Электричество. №6. 1997. 7с.

24. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. // Москва. Энергия. 1980.927с.

25. Кадыров И.Ш., Остриров В.Н., Олифир Н.Ф., Савченко А.А. Цифровой генератор синусоидальных сигналов. А.с. №1019579.7/ Б.И. №19. 1983. 4с.

26. Ключев В.И., Кадыров И.Ш., Остриров В.Н. Устройство для управления вентильным непосредственным преобразователем частоты. А.с. №1078579. // Б.И. №9. 1984.4с.

27. Ключев В.И., Остриров В.Н., Ежов С.В., Калашников Ю.Т., Кошевой М.М., Пузанов В.И. Устройство для импульсно-фазового управления трехфазным тиристорным преобразователем. А.с. №1136279. // Б.И. №3. 1985. 8с.

28. Ключев В.И., Остриров В.Н., Ежов С.В., Данченков А.А., Кошевой М.М., Шолтыш В.П., Пузанов В.И. Устройство для импульсно-фазового управления трехфазным преобразователем. А.с. №1288859. // Б.И. №5. 1987. 7с.

29. Ключев В.И., Остриров В.Н., Качлишвили К.Н., Калашников Ю.Т., Пузанов В.И., Кошевой М.М. Устройство для раздельного управления реверсивным тиристорным преобразователем. А.с. №1429256. // Б.И. №37. 1988.4с.

30. Ключев В.И. Теория электропривода. // Москва. Энергоатомиздат. 1985. 560с.

31. Калашников Ю.Т., Горнов А.О., Остриров В.Н., Солохненко Р.Г., Шолтыш В.П. Системы электропривода и электрооборудование роторных экскаваторов. // Энергоатомиздат. 1988. 312с.

32. Козаченко В.Ф., Обухов Н.А., Чуев П.В. и др. Высокопроизводительные встраиваемые системы управления двигателями на базе сигнального микроконтроллера TMS320F241 // CHIP NEWS. 2000. №5. 6с.

33. Козаченко В.Ф., Чуев П.В. Уменьшение искажений выходного напряжения инвертора с векторной широтно-импульсной модуляцией. // Вестник МЭИ. 2002: №4. 6с.

34. Козаченко В.Ф. Микроконтроллеры: Руководство по применению шестнадцатиразрядных микроконтроллеров Intel МС-196/296 во встроенных системах управления. // Москва. ЭКОМ. 1997. 688с.

35. Кудрявцев А.В., Богаченко Д.Д., Ладыгин А.Н. Частотно-регулируемый электропривод насоса системы водоснабжения здания. // Вестник МЭИ. 1995. №1. с.

36. Копылов И.П. Электрические машины. 2-е изд., перераб. // Москва. Высшая школа. 2000. 670с.

37. Уткин С.Ю. Разработка электронных коммутаторов вентильно-индукторных электроприводов широкого применения: Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Научный руководитель Остриров В.Н. // Москва, МЭИ -2002.-219с.

38. Садовский JI.A., Виноградов B.JI: Электродвигатели с переменным магнитным сопротивлением для современного регулируемого электропривода. // Электротехника. №2. 2000. 6с.

39. Садовский Л.А., Виноградов BJL, Черенков А.В. Новые типы двигателей для регулируемого электропривода. // Информэлектро. Октябрь 1999, с.23.

40. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Частотное управление асинхронными двигателями.//Москва. Энергия. 1966. 144с.

41. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Преобразователи частоты для управле-нияасинхронными двигателями. / Под ред. М.Г.Чиликина // Библиотека по автоматике. Вып. 159. М.-Л. Энергия. 1966. 144с.

42. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. // Москва. Энергия. 1974. 328с.

43. Сандлер А.С., Гусяцкий Ю.М. Тиристорные инверторы с широтно-импульсной модуляцией для управления асинхролнными двигателями. // Москва. Энергия. 1968i 96с.

44. Токарев В.В. Силовые полупроводниковые приборы Inernational Rectifier. Книга по применению. Пер. с англ. 1-е изд. // Воронеж. 1995. 661с.

45. Уильяме Б. Силовая электроника: приборы, применение, управление. // Москва. Энергоатомиздат. 1993. 240с.

46. Уайт Д., Вудсон Г. Электромеханическое преобразование энергии. // Москва-Ленинград. Энергия. 1964. 527с.

47. Чуев П.В. Преобразователи частоты «Универсал» с двухзонной системой векторного управления асинхронными двигателями. // Электротехника. 2002. №11. 7с.

48. Чиликин М.Г., Соколов М.М., Терехов В.М., Шинянский А.В. Основы автоматизированного электропривода. // Москва. Энергия. 1974. 567с.

49. Четвертаков И.И., Дьяконов М.Н. Конденсаторы. Справочник. // Москва. Радио и Связь. 1993. 392с.

50. Шрейнер Р.Т., Гильдебранд А.Д., Федоренко А.А. Исследование системы автоматического управления асинхронным электроприводом с автономным инвертором напряжения. // Преобразовательные устройства в тиристорном электроприводе. Кишинев. Штиинца. 1977. 8с.

51. Шрейнер Р.Т., Дмитренко Ю.А. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами. // Кишинев. Штиинца. 1982. 234с.

52. Шубенко В.А., Шрейнер Р.Т., Лихошерст В.И; Построение преобразователей для частотного управления электроприводами: // Электротехника. 1965. №10. 4с.

53. Шубенко В.А., Браславский И.Я., Шрейнер Р.Т. Асинхронный электропривод стиристорнымуправлением.//Москва. Энергия. 1967. 96с.

54. Шакарян Ю.Г., Ильинский Н.Ф. Инструкция по расчету экономической эффективности применения частотно регулируемого электропривода. Утверждена МИНТОПЭНЕРГО. // Москва. 1997. 11с.

55. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения. // Москва. Радио и связь. 1986. 264с.

56. Энергетическая электроника: Справочное пособие: Пер. с нем./ Под ред. В.А.Лабунцова. // Москва. Энергоатомиздат. 1987. 464с.

57. Яцук В.Г., Талов В.В., Гром Ю.И. Принципы построения частотно-регулируемых электроприводов на базе ТПЧ со звеном постоянного тока. // Промышленная энергетика. 1978. №11. 5с.

58. Ehsani М., James Т.В., Miller T.J. Development of Unipolar Converter for Variable Reluctance Motor Drives: IEEE transactions on industry applications. May-j'une 1987. Vol.IA-23. No.3.

59. Fukuda S., Hasegawa H., Iwaji Y. PWM technique for Inverter system with sinusoidal output current. PESC'88 RECORD. Apr. 1988. p35-41.

60. Heumann K. Trends in semiconductors devices and impact on power electronics and electric drives. PEMS-94, 20-22 sept. 1994. Warsaw, Poland, 1994. pl288-1299.

61. Hitachi new generation IGBT modules GS series. June 1996. №01-022. Applications handbook.

62. Hitachi AIC. Compact Aluminium-Electrolytic Capacitors. // DAS Kata-log-kontor. Hamburg. 1998.

63. Habetler T.G. A Space Vector-Based Rectififier Regulator for AC/DC/AC Converters. IEEE Transactions on Power Electronics, 1993, vol.8, No 1.

64. Holtz.J. Pulsewidth modulation a survey. // Proc. Of the PESC'92, pp.11-18.

65. Lawrenson P.J. Brief Status Review of Switched Reluctance Drives: EPE Journal. Oct. 1992. Vol.2. No.3. lip.

66. Miller T. Switched Reluctance Motors and Their Control. MagnaPhysics Publishing and Clarendon Press. Oxford. 1993. 200p.

67. Mitsubishi 3-rd Generation IGBT and Intelligent Power Modules Application Manuel. 1996.88р.

68. Pollock C., Williams B.W. Power converter circuits for switched reluctance motors with the minimum number of switches: IEE Proceeding. November 1990. Vol.137. No.6.

69. Rev ox Rifa. Electrolytic capacitors. 1997-1998.

70. Siemens. IGBT Modules. Data Book. // Published by Semiconductur Group. 1995.

71. Semikron. Innovation+service. Power Electronics. // Semikron international. Dr.Fritz GmbH & Co. KG. Nurnberg. 1997.

72. Veas D.R., Dixon J.W., Ooi В.Т. A Novel Load Current Control Method for Leading Power Factor Voltage Source PWM Rectifier. IEEE Transactions on Power Electronics, 1994, vol.9, No 2.