WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

СМИРНОВ МИХАИЛ ИВАНОВИЧ

ПУСКО-РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО НА БАЗЕ СТАТИЧЕСКОГО КОМПЕНСАТОРА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Специальность 05.09.01. "Электромеханика и электрические аппараты"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

МОСКВА 2007

Работа выполнена в Государственном Образовательном Учреждении Высшего Профессионального Образования Московском Энергетическом Институте (Техническом Университете) на кафедре Электрических и Электронных аппаратов

Научный руководитель -

доктор технических наук,

профессор Розанов Юрий Константинович

Официальный оппонент -

доктор технических наук,

профессор Малиновский Александр Евгеньевич

кандидат технических наук,

профессор Москаленко Владимир Валентинович

Ведущее предприятие -

Концерн ООО «Русэлпром»

Защита состоится «25___» мая 2007 г.

на заседании диссертационного совета Д 212.157.15 при ГОУВПО МЭИ (ТУ)

в аудитории Е-205 в 13 час. 00 мин.

по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д.13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО МЭИ (ТУ).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, ученый совет при ГОУВПО МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «___» ______________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.15.

к.т.н., доц. Соколова Е.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При питании двигателя от сети ограниченной мощности в процессе пуска из-за большого значения пускового тока уменьшается напряжение питания двигателя. Это приводит к уменьшению перегрузочной способности двигателя, что негативно сказывается на эффективности и надежности работы машины. В случае пуска двигателя от сети ограниченной мощности широкое распространение получили устройства пуска на базе конденсаторных компенсаторов реактивной мощности. Однако их применение ограничено из-за невысокой надёжности работы, обусловленной возможностью возникновения резонансных явлений, а также из-за большой стоимости и габаритов, обусловленных использованием неполярных конденсаторов.

В последнее время большое внимание уделяется проблеме энергосбе­режения. Возрастающая потребность общества в энер­гии может удовлетворяться как за счет увеличения производства энер­гии, так и за счет ее рационального использования. Поэтому необходимо создание нового вида ПРУ с улучшенными технико-экономическими показателями, повышающее энергоэффективность работы двигателя в установившемся режиме работы за счёт компенсации его реактивной мощности.

Цель работы. Целью работы является создание нового вида ПРУ для асинхронного двигателя с управляемой мощностью, подаваемой на двигатель в процессе пуска от накопителя электроэнергии, с улучшенными технико-экономическими показателями.

Для достижения цели работы необходимо было решить следующие научно-технические задачи:

  1. создание схемотехнических решений и принципиальных схем нового вида ПРУ.
  2. разработка алгоритмов управления ПРУ для различных режимов работы.
  3. разработка инженерных методик расчёта силовых элементов ПРУ.

Научная новизна.

  1. разработан новый вид ПРУ на основе элементов силовой электроники;
  2. разработаны принципиальные схемы нового вида ПРУ;
  3. разработаны принцип построения и алгоритмы управления ПРУ, и их программная реализация на промышленном микроконтроллере.

Методы исследований, применяемые в диссертационной работе: методы теории электрических цепей, методы теории автоматического управления, математическое моделирование ПРУ и асинхронного двигателя в программном комплексе Мatlab, физическое моделирование ПРУ.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. схемотехнические решения и принципиальные схемы нового вида ПРУ.
  2. математическая модель силовой части и системы управления ПРУ.
  3. алгоритмы управления и программы ПРУ.
  4. инженерные методики расчёта силовых элементов ПРУ.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

  1. улучшение условий запуска двигателя, питающегося от сети ограниченной мощности.
  2. уменьшение величины пускового тока при увеличении пускового момента двигателя.
  3. повышение коэффициента мощности питания двигателя.

Практическое применение результатов работы:

Материалы работы были использованы при проведении НИР с «РАО ЕС» по созданию систем управления статических компенсаторов реактивной мощности и активных фильтров.

Публикации по теме работы. По теме диссертации опубликовано 3 печатные работы, получен патент на изобретение №2262180 от 10 октября 2005г. «Устройство пуска асинхронного двигателя».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы и имеет объем 158 страниц, 82 рисунка, 4 таблицы и приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования и разработки. Описаны проблемы, связанные с пуском асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором от сети неограниченной и ограниченной мощности. Обусловлена актуальность разработки пуско-регулирующего устройства (ПРУ) с улучшенными техническими характеристиками.

В первой главе приведено описание существующих устройств и методов пуска асинхронного двигателя. Указаны достоинства и недостатки использующихся методов и устройств пуска. Указана актуальность проблемы повышения энергоэффективности работы асинхронного двигателя. Описано устройство пуска на базе конденсаторов, включаемых параллельно статорным обмоткам двигателя. Приведены недостатки этого устройства пуска и компенсации реактивной мощности. В этой связи, была поставлена задача создания нового вида ПРУ с улучшенными технико-экономическими показателями. В установившемся режиме работы двигателя устройство должно повышать энергоэффективность двигателя путём компенсации его реактивной мощности. Выявлена основная область применения нового вида ПРУ – пуск двигателя от сети ограниченной мощности, с целью уменьшения пускового тока, потребляемого из сети и увеличения перегрузочной способности двигателя в пусковом и статическом режимах работы.

Во второй главе описана конструкция и принцип действия ПРУ на базе компенсатора мощности сети.

Статический компенсатор реактивной мощности является базовым элементом ПРУ. Принцип работы ПРУ заключается в компенсации реактивной мощности двигателя в процессе пуска.

Преобразователь напряжения компенсатора выполнен по схеме преобразователя переменного/постоянного тока с накопителем энергии на стороне постоянного тока. Подключение преобразователя к сети показано на рис.1, а). Задачей системы управления ПРУ является измерение токов нагрузки (i­Н_a, iН_b, i­Н_c) или сети (iС_a, iС_b, iС_с), и вычислении тока задания компенсатора для создания необходимого потока мощности компенсации. Преобразователь выполнен на полностью управляемых ключевых элементах, поэтому он способен работает в четырёх квадрантах (рис.1, б), генерируя в сеть ток первой гармоники, отстающий или опережающий по фазе напряжение сети в точке подключения. На рисунке u - фазное напряжение сети, i - ток фазы преобразователя. Режим выпрямления - квадранты I и IV, режим инвертирования - квадранты II и III.

Рис.1. Устройство и принцип действия компенсатора мощности сети

а) подключение 4-х квадрантного преобразователя к трёхфазной сети;

б) четыре квадранта работы преобразователя.

Принцип действия компенсатора мощности сети основан на генерировании тока, отстающего или опережающего по фазе напряжение сети в точке подключения компенсатора, что эквивалентно потреблению или генерированию реактивной мощности, в результате чего достигается компенсация реактивной мощности сети. При наличии энергоёмкого накопителя на стороне постоянного тока, компенсатор способен генерировать в сеть или потреблять из неё активную мощность. Могут использоваться накопители различных типов, такие как: аккумуляторная батарея, батарея электролитических конденсаторов или батарея конденсаторов нового типа – молекулярных конденсаторов, имеющих большую энергоёмкость. При наличии накопителя достаточно большой энергоёмкости, ПРУ является устройством способным обмениваться с сетью мощностью различного характера. Это позволяет ПРУ управлять пуском асинхронного двигателя генерируя мощность различного характера – как реактивную для компенсации реактивной мощности двигателя, так и активную для частичного или полного питания двигателя.

Упрощённая структурная схема системы управления ПРУ показана на рис.2. Асинхронный двигатель подключается к ПРУ со стороны «нагрузка» (рис.2).

Рис.2. Упрощённая структурная схема системы управления ПРУ

Преобразователь напряжения компенсатора может иметь различное схемотехническое исполнение в зависимости от его мощности, а также напряжения сети к которой он подключён. В компенсаторах небольшой мощности и напряжения могут использоваться следующие топологии схем преобразователей: двухуровневая трёхфазная, трёхуровневая трёхфазная, трёхфазная топология, состоящая из трёх однофазных (в иностранной литературе «Н»-схем), с общим накопителем энергии на стороне постоянного тока. Благодаря использованию статического компенсатора реактивной мощности, разрабатываемое ПРУ имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогами (устройство пуска на базе неполярных конденсаторов, включённых параллельно статорным обмоткам двигателя):

  • энергия на пуск двигателя может расходоваться из накопителя устройства пуска, что делает возможным пуск с потреблением минимального количества энергии от сети или же осуществлять пуск в автономном режиме работы (без потребления энергии от сети);
  • отсутствие возможности возникновения резонансных явлений;
  • отсутствие возможности возникновения ударных коммутационных сверхтоков, так как принцип регулирования мощности статического компенсатора обуславливает плавность и точность компенсации реактивной мощности двигателя;
  • возможно уменьшить номинальную мощность ПРУ за счёт его способности работать с некоторой перегрузкой в процессе пуска;
  • в качестве накопителя устройства может использоваться полярный электролитический конденсатор, который дешевле и имеет меньшие габариты по сравнению с неполярным конденсатором;

В третьей главе описана система управления ПРУ. Так как базовым элементом ПРУ является статический компенсатор реактивной мощности, то в третьей главе приведено описание и сравнение двух наиболее часто использующихся методов управления статическим компенсатором. Это метод «мгновенной мощности» (или «p-q теория») и метод управления в синхронной системе координат, основанный на прямом и обратном преобразовании Парка-Горева.Функционально система управления ПРУ разделена на две подсистемы. Задачей первой является вычисление значений активной и реактивной составляющих мощности, которые компенсатор должен генерировать в сеть для компенсации активной и реактивной мощности нагрузки. Задачей второй подсистемы является управление переключением ключевых элементов преобразователя напряжения для создания заданного потока мощности. Преимуществом использования теории «мгновенной мощности» является отсутствие необходимости использования системы синхронизации сигналов токов задания компенсатора с напряжением сети, так как это осуществляется автоматически. Это обеспечивает хорошее качество управления мощностью компенсатора в динамических режимах работы. Это особенно важно при работе с сетью ограниченной мощности, когда изменение мощности компенсатора приводит к изменению фазы напряжения сети в точке подключения.

Метод «мгновенной мощности» основан на вычислении мощности нагрузки с использованием токов и напряжений нагрузки в стационарной ортогональной системе координат. Переход к этой системе координат от трехфазной системы координат осуществляется посредством преобразования Кларка (abc- преобразование) (1):

(1)

где и - проекции пространственного вектора тока на оси двухфазной стационарной системы координат,,, - проекции пространственного вектора тока на оси трёхфазной системы координат.

Вводятся понятия действительной и мнимой мгновенных мощностей в координатах:

(2)

Среднее значение действительной составляющей мгновенной мощности (2) соответствует активной мощности в традиционном представлении. В то же время, мнимая мгновенная мощность не соответствует традиционной реактивной мощности. Поскольку составляющие мгновенных мощностей и, соответствующие активной и реактивной мощности, являются величинами постоянными (или медленно меняющимися в динамических режимах работы), то упрощается их выделение. Постоянные величины и выделяются посредством информационных фильтров низких частот (ФНЧ) с минимальной фазовой задержкой и ослаблением выделяемой составляющей входного сигнала (рис.3). Эти значения являются мощностью задания компенсатора ПРУ ().

Рис.3. Блок-схема системы вычисления тока задания компенсатора ПРУ с использованием метода p-q теории

Токи задания компенсатора определяются по найденным значениям мощности компенсатора и напряжению сети в точке его подключения:

(3)

где - токи задания компенсатора в двухфазной системе координат, - активная и реактивная мощности задания компенсатора.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»