Введение
ГЛАВА 1. Анализ основных направлений модернизации электроприводов вентиляторного типа 16
1.1. Обзор состояния электроприводов переменного тока на промышленных предприятиях 16
1.2. Классификация требований по регулированию частоты вращения электроприводов переменного тока 18
1.2.1. Роль «мягкого» пуска в энергосбережении 23
1.2.2. Возможности ступенчатого регулирования в электроприводах переменного тока 24
1.2.3. Условия применения плавного пуска 27
1.3. Оценка эффективности вариантов модернизации электроприводов переменного тока (на примере ОАО «ММК») 28
1.4. Классификация и характеристики механизмов с вентиляторной нагрузкой. Требования к электроприводам 34
1.4.1. Общие характеристики турбомеханизмов 34
1.4.2. Особенности характеристик насосов 37
1.4.3. Особенности работы вентиляторов 44
1.4.4. Особенности работы турбокомпрессоров 45
1.4.5. Обобщение требований к электроприводам механизмов с вентиляторной нагрузкой 47
1.5. Современные способы и средства улучшения регулировочных возможностей асинхронных двигателей 47
1.5.1. Оценка возможности применения системы ТПН-АД в энергосберегающем электроприводе с вентиляторной нагрузкой 48
1.5.2. Современные преобразователи частоты для энергосберегающего электропривода 51
1.5.3. Перспективы применения АВК и режимов двойного питания АД для целей энергосбережения 61
1.6. Обоснование возможности применения системы НПЧ-АД со ступенчатым формированием частоты для энергосберегающего вентиляторного электропривода 64
1.7. Постановка задач по созданию энергосберегающего вентиляторного электропривода по системе НПЧ-АД 70
Выводы. 72
ГЛАВА 2. Разработка алгоритмов управления вентилями НПЧ для программного формирования напряжения 73
2.1. Анализ существующих силовых схем НПЧ и выбор базового варианта низковольтного преобразователя 73
2.2. Обоснование принципов управления НПЧ при ступенчатом формировании выходной частоты 85
2.3. Основные законы управления ПЧ с АИН и АИТ при искусственной коммутации и анализ возможности их реализации в НПЧ 88
2.3.1. Представление законов управления с помощью коммутационных функций и результирующего вектора 88
2.3.2. Особенности реализации в НПЧ закона управления с двухфазным питанием АД 97
2.4. Разработка алгоритмов управления вентилями при реализации двухфазного питания 104
2.4.1. Алгоритмы формирования 3-пульсного напряжения 105
2.4.2. Алгоритмы формирования 6-пульсного напряжения 111
2.5. Разработка способов управления НПЧ при чередовании интервалов
2-х и 3-фазного питания АД 116
Выводы 126
ГЛАВА 3. Моделирование системы нпч-ад с программным формированием напряжения 127
3.1. Анализ основных методов исследования процессов в НПЧ 127
3.1.1. Метод гладкой составляющей 129
3.1.2. Метод переключающих функций 129
3.1.3. Метод универсальных математических моделей 130
3.2. Разработка математического описания НПЧ и модели на её основе 131
3.2.1. Особенности построения математического описания 132
3.2.2. Определение состояния вентилей НПЧ на модели 138
3.3. Математическое обобщение алгоритмов программного формирования напряжения 143
3.3.1. Представление работы СИФУ переключающими функциями 143
3.3.2. Представление алгоритмов управления вентилями при программном формировании напряжения НПЧ на основе переключающих функций 146
3.4. Разработка модели асинхронного двигателя 153
3.5. Обоснование задач исследований на модели системы НПЧ-АД с программным формированием напряжения 165
3.6. Моделирование процесса пуска 171
3.7. Исследование разомкнутой системы НПЧ-АД в стационарном режиме при формировании различных ступеней частот напряжения 177
Выводы 183
ГЛАВА 4. Разработка и исследование новых силовых структур НПЧ и способов формирования напряжения для вентиляторного электропривода 185
4.1. Двенадцатипульсный НПЧ с поочередным подключением потенциально не связанных групп 185
4.2. Исследование системы 12-пульсный НПЧ-АД 192
4.3. Анализ вариантов построения преобразователей для высоковольтных электроприводов вентиляторного типа 197
4.4. Разработка каскадного 18-пульсного НПЧ для высоковольтного электропривода 203
4.4.1. Система питания и силовая структура преобразователя 203
4.4.2. Принцип формирования частоты 25 Гц 207
4.4.3 Принцип и алгоритмы формирования частоты 37,5 Гц 208
4.5. Моделирование процессов программного формирования напряжения в 18-пульсной схеме НПЧ 213
4.6. Исследование системы 18-пульсный НПЧ-АД с вентиляторной характеристикой при формировании частоты 37,5 Гц 215
Выводы 222
ГЛАВА 5. Определение соотношений для расчета напряжений и минимизации токов в системе НПЧ-АД с программным управлением 223
5.1. Анализ возможности применения законов частотного управления АД при формировании режимов работы на фиксированных частотах 223
5.2. Методы расчета значений минимального тока для заданных моментов на валу АД 227
5.3. Определение соотношений по круговой диаграмме из условия установления максимального соБсрдц 230
5.4. Расчет экстремальных характеристик АД по круговым диаграммам 241
5.5. Расчет действующего значения первой гармоники напряжения в базовой схеме НПЧ 250
5.5.1. Исходные расчетные соотношения и положения 250
5.5.2. Разработка методики расчета 255
Выводы 262
ГЛАВА 6. Разработка системы НПЧ-АД программным формированием напряжения, экспериментальные исследования и промышленная реализация 263
6.1. Особенности реализации традиционных способов управления НПЧ 263
6.2. Особенности НПЧ с раздельным программным управлением 268
6.3. Разработка универсального контроллера для программного управления 271
6.4. Краткое описание экспериментальной установки 278
6.5. Задачи исследований и методика обработки экспериментальных данных 283
6.6. Анализ результатов экспериментальных исследований 288
6.7. Промышленная реализация и перспективы создания обьектно-ориентированных электроприводов по системе НПЧ-АД 310
Выводы 312
Заключение 313
Литература 316
Приложение 334
