Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Исследование электромагнитных процессов в компенсированном преобразователе частоты

Диссертация: Исследование электромагнитных процессов в компенсированном преобразователе частоты
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Научные положения и результаты, выносимые на защиту: — возможность совместной работы компенсированного выпрямителя с автономным инвертором токадля снижения уровня потребления реактивной мощности ПЧ со звеном постоянного тока целесообразно использовать схемы на основе компенсированных выпрямителейустановленное оборудование ПЧ с двенадцатифазными компенсированными выпрямителями с фильтрацией… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Анализ схемных решений преобразователей частоты со звеном постоянного тока
    • 1. 1. Схемы выпрямителей, используемые в составе преобразователей частоты
    • 1. 2. Сравнение вариантов схем автономных инверторов
    • 1. 3. Анализ существующих исследований преобразователей частоты со звеном постоянного тока
    • 1. 4. Выводы по главе
  • 2. Исследование статических характеристик компенсированного преобразователя частоты
    • 2. 1. Аналитическая связь параметров выпрямителя и автономного инвертора тока
    • 2. 2. Внешние и энергетические характеристики выпрямителя и их влияние на автономный инвертор
    • 2. 3. Входные и внешние характеристики автономного инвертора тока
    • 2. 4. Выводы по главе
  • 3. Исследование электромагнитных процессов в компенсированном преобразователе частоты в установившихся и переходных режимах
    • 3. 1. Представление комплекса «питающая сеть -компенсированный выпрямитель — сглаживающий дроссель — автономный инвертор тока — нагрузка» цепью с многополюсными компонентами
    • 3. 2. Формирование полной системы уравнений комплекса
    • 3. 3. Анализ свойств компенсированного преобразователя частоты в установившихся режимах
    • 3. 4. Динамические процессы в компенсированном преобразователе частоты
    • 3. 5. Выводы по главе 90 4 Подтверждение теоретических выводов и инженерная методика расчета
    • 4. 1. Экспериментальное исследование электромагнитных процессов в компенсированном преобразователе частоты
    • 4. 2. Инженерная методика расчета компенсированного преобразователя частоты
    • 4. 3. Пример расчета компенсированного преобразователя частоты
    • 4. 4. Выводы по главе 1
  • Заключение
  • Литература
  • Приложение № 1
  • Приложение №
  • Приложение №

Исследование электромагнитных процессов в компенсированном преобразователе частоты (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность проблемы. Одной из важнейших в политике энергосбережения является проблема снижения потерь и повышения качества электрической энергии в электрических сетях энергоемких производств. Современные тенденции развития технологий требуют использования систем электроснабжения на основе устройств силовой преобразовательной техники (СПТ). Большой шаг, сделанный в последние годы в области создания новых классов электронных приборов, таких структур как GTO, IGCT тиристоры и IGBT транзисторы, определяет направление совершенствования СПТ. Создаются системы электроснабжения с мощными выпрямителями на основе указанных приборов. Улучшаются уже известные способы повышения электромагнитной совместимости СПТ с питающей сетью (ПС) за счет новых схемных решений, алгоритмов и способов управления на базе современных силовых вентилей. Однако наряду с хорошей управляемостью процессами такие системы пока еще имеют ряд недостатков, связанных со сложностью как схемных решений, проектированием, наладкой и эксплуатацией, так и с достаточно высокими экономическими затратами. Поэтому по-прежнему остается актуальной задача создания простых как в исполнении, так и в эксплуатации, но вместе с тем и эффективных устройств СПТ, использующих принципы полезного применения естественных физических свойств индуктивно-емкостных схем. Это позволяет проектировать максимально надежные, не требующие больших затрат системы электроснабжения на основе СПТ, удовлетворяющие всем современным требованиям по энергосбережению.

Уже существует ряд хорошо проработанных в этом направлении теорий компенсированных выпрямителей. Однако область возможного использования этого класса выпрямителей становится шире, если учесть, что в качестве нагрузки может выступать не только элемент с неизменной топологией в виде двигателя постоянного тока, электролизной серии и других подобных им, но и автономный инвертор, составляющий в купе с выпрямителем преобразователь частоты (ПЧ) со звеном постоянного тока.

Все чаще для электротехнологий требуются источники питания с регулируемой частотой на основе эффективных, энергосберегающих преобразователей. В связи с этим актуальной задачей развития современной преобразовательной техники является проведение дополнительных исследований по работе компенсированных выпрямителей на нагрузку с изменяемой топологией, оказывающую влияние на процессы, происходящие во всем комплексе «питающая сетькомпенсированный выпрямитель — сглаживающий реактор — автономный инвертор — нагрузка».

Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование нового типа ПЧ со звеном постоянного тока, построенного на основе совместной работы компенсированного выпрямителя и автономного инвертора тока.

Идея работы заключается в использовании компенсированных выпрямителей в составе ПЧ со звеном постоянного тока.

Методы исследования. В основу анализа статических характеристик комплекса на математической модели положен метод основной гармоники. Для анализа электромагнитных процессов в компенсированном преобразователе частоты (КПЧ) с помощью цифровой модели при формировании полной системы уравнений применялись теория графов и смешанный контурно-узловой метод (СКУ). Численное решение полной системы уравнений на ЭВМ проводилось с помощью метода Рунге-Кутта. При оценке спектрального состава напряжений и токов использован метод гармонического анализа. Так же были применены элементы дифференциального и интегрального исчислений.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту: — возможность совместной работы компенсированного выпрямителя с автономным инвертором токадля снижения уровня потребления реактивной мощности ПЧ со звеном постоянного тока целесообразно использовать схемы на основе компенсированных выпрямителейустановленное оборудование ПЧ с двенадцатифазными компенсированными выпрямителями с фильтрацией в коммутирующие конденсаторы нечетнократных — пятой и седьмой гармоник токов преобразовательных блоков используется эффективнее, чем при традиционных способах компенсации реактивной мощностирезультаты теоретических и экспериментальных исследований электромагнитных процессов в КПЧ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием метода основной гармоники при общепринятых допущениях в математической модели, смешанного контурно-узлового метода и метода Рунге-Кутта при цифровом моделировании, а так же удовлетворительным совпадением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными. Научное значение работы: впервые получено аналитическое выражение связи основных параметров компенсированного выпрямителя и автономного инвертора токавпервые разработана цифровая модель КПЧ с учетом конечного значения индуктивного сопротивления сглаживающего реактора, активных сопротивлений и токов намагничивания трансформатора и реактороврезультаты анализа электромагнитных процессов в КПЧ позволили сформулировать критерии выбора элементов силовой части предложенной схемы.

Практическое значение работы: предложена новая энергоэффективная схема преобразователя частоты со звеном постоянного токаразработана инженерная методика расчета, позволяющая рассчитать параметры основных элементов, предложенной схемы КПЧразработана и реализована физическая модель КПЧ, с помощью которой подтверждены теоретические выводы.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы приняты к использованию ОАО «Южноуральский арматурно-изоляторный завод» при реконструкции установки плавки металла на основе тиристорного преобразователя частоты.

Оформленные в виде отдельных разделов и математических моделей результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ЮУрГУ в курсах «Основы энергосберегающей энергетической электроники», «Системы электроснабжения на основе устройств силовой преобразовательной техники».

Апробация работы. Основные теоретические положения, результаты и выводы диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-практических конференциях ЮУрГУ, на Международной научно-технической конференции «Уральская металлургия на рубеже тысячелетий» (ЮУрГУ, г. Челябинск, 1999), научно-практической конференции «Энергосбережение в промышленности и в городском хозяйстве» (ЮУрГУ, г. Челябинск, 2000), Межотраслевой научно-технической конференции «Дни науки ОТИ МИФИ» (г. Озерск, апрель 2002), Научно-технической конференции «Электроснабжение, электрооборудование, энергосбережение» (г. Новомосковск, 2002).

Публикации. По результатам работы опубликовано 7 печатных трудов.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержит 80 стр. основного текста, 47 иллюстраций, 9 стр. списка литературы из 75 наименований, 3 приложения. Общий объем работы составляет 157 стр.

§ 4.4 Выводы по главе.

1. Разработана и изготовлена физическая модель КПЧ.

2. На физической модели подтверждена работоспособность исследуемого комплекса.

3. Экспериментальные исследования, проведенные на физической модели подтвердили выводы второй главы о влиянии внешних характеристик компенсированного выпрямителя на статические характеристики КПЧ.

4. КПЧ способен функционировать при любом режиме работы компенсированного выпрямителя (некомпенсированном, компенсированном, с повторной проводимостью и без повторной проводимости), что подтверждают полученные осциллограммы.

5. Разработана инженерная методика, позволяющая рассчитать основные параметры всех элементов комплекса.

6. Практическое применение разработанной инженерной методики реализовано при расчете и изготовлении физической модели КПЧ.

Заключение

.

В диссертационной работе представлено новое решение актуальной научно-технической задачи — исследование работы компенсированных выпрямителей на нагрузку с изменяемой топологией. При этом получены следующие основные результаты:

1. Анализ современного состояния проблемы создания энергоэффективных ПЧ подтвердил необходимость исследования комплекса на основе компенсированного выпрямителя и АИТ.

2. Предложена новая схема ПЧ со звеном постоянного тока, обладающего высокими показателями электромагнитной совместимости с ПС и выгодными массогабаритными показателями.

3. Получена аналитическая связь основных параметров компенсированного выпрямителя с параметрами АИТ при общепринятых допущениях. Это позволило обобщить теорию КПЧ, где вариант питания АИТ от некомпенсированного выпрямителя является частным случаем.

4. Анализ результатов, полученных с помощью цифровой модели, показал, что КПЧ может устойчиво работать во всех известных номинальных режимах выпрямителя и АИТ.

5. Разработана инженерная методика расчета КПЧ с оптимальными параметрами схемы и массогабаритными показателями, учитывающая требования технологии, системы электроснабжения и параметры ПС.

6. Выработаны рекомендации по использованию предложенной схемы КПЧ.

7. Эксперименты, проведенные на разработанной и выполненной физической модели КПЧ, подтвердили теоретические исследования и показали возможность эффективной компенсации реактивной мощности, потребляемой ПЧ.

8. Результаты теоретических исследований приняты к использованию «Южноуральским арматурно-изоляторным заводом» в перспективе развития производства и внедрены в учебный процесс ЮУрГУ в курсах «Основы энергосберегающей энергетической электроники» и «Системы электроснабжения на основе устройств силовой преобразовательной техники».

Показать весь текст

Список литературы

  1. B.C., Сенько В. И., Чиженко И. М. Основы преобразовательной техники. — М.: Высшая школа, 1980. — 423 с.$. Гельман М. В. Преобразовательная техника. 4.2. — Челябинск: ЮУрГУ, 2002. — 104 с.
  2. А.В. Схемы и режимы электропередач постоянного тока. — Л.: Энергия, 1973. — 303 с.
  3. Ш. М. Преобразовательные схемы и системы. — М.: Высшая школа, 1967. — 527 с.
  4. И.В. Показатели качества электроэнергии и их роль на промышленных предприятиях. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 167 с.
  5. B.C., Соколов В. И. Режимы потребления и качества электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 297 с.
  6. Л.А. Широкополосные фильтрокомпенсирующие устройства для тиристорных преобразователей //Электричество, 1985. —№ 4. —С. 27−30.
  7. Патент 2 643 934 (ФРГ). Einrichtung zur Kompensation der Blindleistung eines Verbrauchers, der aus einem mehrphasigen Wechselspannungsnetz gespeist ist, und/oder zum Verminden der Unsymmetrie in diesem Wechselspannungsnetz //Siemens AG, 1978.
  8. Г. Н., Мятеж С. В. Шуров Н.И. Многопульсовые выпрямители с трансформаторными преобразователями числа фаз //Электрика, 2001. — № 9. — С.25−28.
  9. М.И., Жемеров Г. Г. Управляемый выпрямитель на запираемых тиристорах. //Техническая электродинамика, 1990. — № 3. —С. 43−48.
  10. Г. Г., Ильин Н. А., Крылов Д. С. Преобразователь с единичным коэффициентом мощности. //Техшчна електродинамша, тематичшй выпуск: Проблеми сучасноТ електротехшки. — 4.4, 2000.
  11. Г. Г., Соколов Е. И., Крылов Д. С. Новый класс преобразователей перменного напряжения в постоянное, электромагнитно совместимых с питающей сетью. //Техшчна електродинамша, тематичнш випуск: Силовая електрошка та енергоефективнють. — 4.1, 2001.
  12. Г. Г., Крылов Д. С. Характеристики управляемого выпрямителя в режиме полной компенсации реактивной мощности. //Электричество, 2002. — № 11. — С.4016.
  13. Г. Г., Крылов Д. С. Гармоники в сетевом токе компенсированного управляемого выпрямителя. //Техшчна електродинамша, 2001. — № 6. — С.26−31.
  14. C.P. Тиристорные преобразователи со статическими компенсирующими устройствами. — Л.: Энергоатомиздат, 1988. — 240 с.
  15. С.Р. Электромагнитные процессы и режимы мощных статических преобразователей. — Л.: Изд-во Наука, 1968. — 308 с.
  16. О.Г., Шитов В. А. Вентильный преобразователь с высоким коэффициентом мощности и уменьшенным влиянием на питающую сеть //В кн.: Уменьшение искажений в цепях с силовымиу* полупроводниковыми преобразователями. — Таллин: АН ЭССР, 1981. —С. 59−64.
  17. О.Г., Лабунцов В. А., Шитов В. А. Особенности применения принудительной коммутации в ведомых сетью преобразователях //Электричество, 1985. —№ 12. — С. 30−37.
  18. В.Н., Кузьмин В. Л., Леонов В. В. Исследование ^ электромагнитных процессов двухмостового компенсационногопреобразователя //В кн.: Электромеханические системы и устройства автоматического управления. — Томск: ТГУ, 1977. — С. 97−101.
  19. С.Р., Ушаков Ю. А. Электромагнитные процессы в преобразователе с сериесными конденсаторами при учете пульсаций выпрямленного тока //Электромеханика, 1974. — № 4. — С. 28−36.
  20. Вентильные преобразователи с конденсаторами в силовых цепях /А.В. Баев, Ю. К. Волков, В. П. Долинин, В. Я. Корнеев. — М.: Энергия, 1. Ъ 1969. —256 с.
  21. М.З., Палванов В. Г. Компенсационные выпрямители. — Ташкент: АН УзССР, 1973. — 192 с.
  22. Pirog S. Sterowanie trojfazowego mostkowego prostownika tyrystorowego zmniejszajace skladow^ biernq. podstawowej harmonieznej pr^du zrodfa. //Prz.elektrotechn., 2000, 76. — № 9. — C. 213−218.
  23. Zhang Xing, Zhang Chongwei Diangong jishu xuebao. //Trans. China Elektrotech. Soc., 2001, 16. — № 3. — C. 39−43.
  24. Ю.И. Компенсированные преобразовательные системы электропитания с нечетнократной составляющей спектра тока блоков в коммутирующих конденсаторах в статике и динамике //Силовая полупроводниковая техника и ее применение в народном хозяйстве: к
  25. Тезисы докладов VIII Всесоюзной научно-технической конференции. — Челябинск: ЧПИ, 1989. — С. 153−154.
  26. Ю.И. Компенсированные многофазные преобразователи //Электротехника, 1989. —№ 7. —С. 12−17.
  27. Ю.И., Красногорцев И.Л. Схемы и характеристики компенсированных многофазных преобразовательных систем с конденсаторами, работающими при повышенной частоте
  28. Электричество, 1985. — № 4. — С. 38−42.
  29. Ю.И., Красногорцев И. Л. Электромагнитные процессы в компенсированном преобразователе с резонансными явлениями в контуре уравнительного тока //Электричество, 1988. — № 4. —1. С. 34−41.
  30. Ю.И. Схемные варианты двенадцатифазных компенсированных преобразовательных систем с пятой и седьмой гармониками тока в конденсаторах //Промышленная энергетика, 1985. —№ 4. —С. 29−33.
  31. Ю.И. Компенсированные выпрямители с фильтрацией в коммутирующие конденсаторы нечетнократных гармоник токов преобразовательных блоков. — Челябинск: ЧГТУ, 1995. — 355 с.
  32. Ю. И., Титов И. П., Никулин Д. Н., Дзюба М. А., Прохоров В. В. Энергосбережение в системах электроснабжения //В кн.: Стратегия энергосбережения. Региональный подход. — Челябинск: Южно-Уральский издательско-торговый дом, 1999. — С.178−185.
  33. Автономные тиристорные резонансные инверторы с комбинированной рекуперацией энергии для электротехнологических нагрузок /Шипицын В.В., Лузгин В. И., Волков И. В., Губаревич В. Н. — Киев, 1991. — 56 с.
  34. Л.Я. Стабилизированные автономные инверторы тока на тиристорах. — М.: Энергия, 1970. — 95 с.
  35. Ф 44. Ковалев Ф. И., Мосткова Г. П., Чванов В. А., Толкачев А.И.
  36. Стабилизированные автономные инверторы с синусоидальнымвыходным напряжением. — М.: Энергия, 1972. — 151 с.
  37. А.с. 862 339 (СССР). Резонансный последовательно-параллельныйинвертор /В.В. Шипицын, В. И. Лузгин, А. А. Новиков, А. В. Абрамов,
  38. Д.В. Чуркин //Бюл. изобр., 1981. — № 33.j 46. Шипицын В. В., Лузгин В. И., Новиков А. А, Слепухин И. А., т
  39. М.М., Шипицын В. В., Антонова В. Н., Дягилев В. И., Ухов B.C. Исследование двухмостового последовательного инвертора. — Известия вузов. — Изд-во «Энергетика», 1976. — № 2. — С.76−79.
  40. А.с. 1 598 086 (СССР). Автономный последовательный инвертор /В.И. Лузгин, В. А. Глухих, В. В. Шипицын, А. А. Рухман //Бюл. изобр., 1990. —№ 37.
  41. Тиристорные преобразователи повышенной частоты для электротехнологических установок /Е.И. Беркович, Г. В. Ивенский, Ю. С. Иоффе, А. Т. Матчак, В. В. Моргун. — Л.: Энергоатомиздат, 1983. —208 с.
  42. Р.Х., Сивере М. А. Тиристорные генераторы и инверторы. — Л.: Энергоиздат, 1982. — 223 с.
  43. А.С. Тиристорные инверторы с широтно-импульсной модуляцией для управления асинхронными двигателями /А.С. Сандлер, Ю. М. Гусяцкий. — М.:Энергия, 1968. — 95 с.
  44. А.С., Гуревич С. Г., Нестеров С. А. Особенности работы выпрямителей, питающих статические преобразователи средней частоты //Электричество, 1981. — № 2. — С. 40−44.
  45. А.А., Шинкаренко Г. В. Переходные режимы в преобразовательных системах «выпрямитель реактор — инвертор» //Электричество, 1981. — № 1. — С. 38−51.
  46. W. Berkman, P. Berowski, S. Serafin, К. Zymmer Optimization of D.C. link reactor of indirect frequency converter for induction heating //Техшчна електродинамжа, 2000. — № 10. — С. 81−84.
  47. И.И. Преобразовательные устройства в системах электроснабжения. — Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1989. — 258 с.
  48. В.И. Многоинверторные средне-частотные преобразователи в системах электропитания индукционных установок /В .И. Лузгин, А. Ю. Петров, В .В .Шипицын, К. В .Якушев //Электротехника, 2002. — N9. — С.57−63.
  49. Модель комплекса тиристорных преобразователей с учетом звена постоянного тока /Ю.М. Голембиовский, Г. Э Суманеев //Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода /Сарат. политехи, ин-т. — Саратов, 1992. — С.35−42.
  50. Ю.И., Дзюба М. А. Статические характеристики компенсированного преобразователя частоты //Вестник ЮУрГУ, 119серия «Энергетика» .— Выпуск 3. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003. —№ П. —С. 30−35.
  51. М.А., Хохлов Ю. И. Компенсированные преобразователи частоты //Межотраслевая научно-техническая конференция «Дни науки ОТИ МИФИ»: Тезисы докладов. — Озерск Челябинской обл.: Изд-во ООО «Форт Диалог Исеть», 2002. — С.138−139.
  52. Ю.И., Дзюба М. А., Хусаинов Ш. Н. Исследование компенсированного преобразователя частоты //Вестник ЮУрГУ, серия «Энергетика». — Выпуск 1.— Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001, —№ 4. —С.38−43.
  53. Ю.И., Хусаинов Ш. Н. Анализ сложных многофазных вентильных цепей контурно-узловым методом //Электричество, 1989. —№ 2. —С. 43−51.
  54. А. Е. Индукторы. — JL: Машиностроение, 1979. — 72 с.
  55. А. А. Индукционные нагревательные установки. — М.: Энергия, 1970.
  56. B.C., Демидович В. Б. Теория и расчет устройств индукционного нагрева. — Л.: Энергоатомиздат, 1988. — 271 с.
  57. А.Е., Рыскин С. Е. Индукторы для индукционного нагрева машиностроительных деталей. — JI.: Энергия, 1975. — 183 с.
  58. С. Н., Земан С. К, Уваров А. Ф. Аналитические соотношения для практического расчета индукционных установок высокочастотного нагрева /Сборник под ред. Ю. А. Шурыгина. — Томск: Изд-во Том. Ун-та, 2000. — 297с.
  59. Ш. Н. Смешанный контурно-узловой метод анализа электрических схем с многополюсными элементами //Теоретическая электротехника, 1976. — № 20. — С. 53−59.
  60. Ю.И. Построение и анализ РК-схем /под ред. С.С. Артемьева- АН СССР, Сиб. отд-ние ВЦ. — Новосибирск: ВЦ CP АН СССР, 1990. — 132 с.
  61. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения: ГОСТ 13 109–97. — Взамен ГОСТ 13 109–87- введ. 01.01.99.
  62. Г. В., Жемеров Г. Г., Эпштейн И. И. Тиристоные преобразователи частоты для регулируемых электроприводов. — М.: Энергия, 1968. — 128 с.
  63. А.В., Ивенский Г. В. Электротермические установки с ионными преобразователями повышенной частоты. — Л.: Энергия, 1964. —211 с.
  64. Расчет пульсаций тока в реакторах шестифазного и двенадцатифазного преобразователей /Зборовский И.А. //Электричество, 1992. — № 11. — С. 28−36.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?