Агрегированные преобразовательные комплексы для питания цеховой двигательной нагрузки на частотах, отличных от общепромышленной тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, доктор технических наук Митяшин, Никита Петрович

• Митяшин, Никита Петрович
• доктор технических наук
• 2003

Оглавление диссертации доктор технических наук Митяшин, Никита Петрович

Введение

СОДЕРЖАНИЕ

1. Электрические комплексы для питания технологической нагрузки на частотах, отличных от общепромышленной.

1.1. Области применения электрических комплексов для питания технологической нагрузки.

1.2. Проблема повышения качества электроэнергии, генерируемой электрическими комплексами.

1.3. Проблема синтеза электрических комплексов.

1.4. Агрегатно-модульный принцип построения электротехнического оборудования.

Выводы по главе.

2. Системные проблемы создания электромеханических комплексов

2.1. Агрегирование как метод синтеза нового электромеханического оборудования.

2.2. Модульная система и ее основные компоненты.

2.3. Модульная декомпозиция оборудования как метод построения модульных систем.

2.4. Принципы организации модульных систем.

2.5. Математические модели показателей модульной системы.

2.6. Математические модели процедуры агрегирования.

2.6.1. Фреймовые модели объектов МС.

2.6.2. Моделирование процедуры агрегирования.

2.6.3. Агрегирование с учетом ресурсов интерфейсов.

2.6.4. Способы задания структуры компоновки.

2.6.5. Модели процедуры агрегирования на основе сетей Петри.

2.6.6. Обобщения понятия агрегирования.

Выводы по главе.

3. Синтез модульных объектов на основе отношения агрегируемости.

3.1. Формализация и постановка задачи синтеза модульных объектов на основе отношения агрегируемости.

3.2. Существования решения задачи синтеза.

3.3. Построение модульных объектов с заданными свойствами.

3.4. Выбор вариантов синтеза.

3.5. Выбор при неравнозначности критериев.

3.6. Синтез структуры многочастотной системы электроснабжения.

3.7. Варианты схем электроснабжения многочастотного электропривода.

Выводы по главе.

4. Синтез агрегатов и комплексов.

Ш 4.1. Неформальный синтез агрегатов и комплексов.

4.2. Принципы агрегирования.

4.3. Агрегирование многофазных схем. 4.4. Примеры синтеза агрегатов и комплексов.

4.5. Агрегирование инверторов с помощью многообмоточного трансформатора и расщепленной конденсаторной батареи.

Выводы по главе.

5. Моделирование электротехнических комплексов и их элементов.

5.1. Модели электротехнических комплексов.

5.2. Моделирование элементов, узлов и блоков.

5.2.1. Модели вентиля. Модели с постоянной и переменной структурой.

5.2.2. Модели с переменной структурой вентильных узлов и блоков.

5.3. Одноуровневое моделирование вентильных агрегатов.

5.3.1. Модели на основе учета первой гармоники.

5.3.2. Модели, основанные на симметрии структуры объектов.

5.4. Установившиеся режимы структурно симметричных агрегатов.

Выводы по главе.

6. Качество электрической энергии в агрегированных источниках питания.

6.1. Особенности проблемы качества электроэнергии в агрегированных электрических комплексах.

6.2. Преобразование спектра кривой выходного напряжения при ^ агрегировании с помощью расщепленной конденсаторной батареи.

6.3. Агрегирование инверторов напряжения.

6.4. Повышение качества входного тока электрического комплекса при $1 применении агрегатно-модульного принципа.

6.5. Оценка влияния малых неопределенных параметров модулей на характеристики агрегированного объекта.

6.6. Исследование несимметричных режимов агрегированных преобразовательных комплексов.

6.7. Исследования режимов агрегированного АИТ с расщепленной конденсаторной батареей.

Выводы по главе

7. Агрегатно-модульный подход к построению электротехнических комплексов с перестраиваемой структурой.

7.1. Концепция гибкости силовых комплексов.

7.2. Оценка эффективности переагрегирования.

7.3. Электротехнический комплекс для питания много двигательного привода.

7.4. Инвертор с изменяемой структурой для питания двигательной нагрузки.

7.5. Гибкие комплексы для электроснабжения на повышенных частотах.

7.6. Управление структурой гибких преобразовательных комплексов.

7.7. Гибкость за счет многоцелевого использования оборудования.

Выводы по главе.

8. Исследования агрегированных комплексов для питания двигательной нагрузки.

8.1. Групповая двигательная нагрузка как основной вид нагрузки агрегированных преобразовательных комплексов.

8.2. Модели потоков событий групповой двигательной нагрузки.

8.3. Переходная проводимость ГДН как случайная функция времени.

8.4. Математические модели асинхронного двигателя.

8.5. Расчет и аппроксимация переходных проводимостей АД.

8.6. Расчет средних значений проводимостей ГДН.

8.7. Сетевая модель групповой двигательной нагрузки.

8.8. Схемы организации электроснабжения ГДН на базе преобразовательных комплексов.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Агрегированные преобразовательные комплексы для питания цеховой двигательной нагрузки на частотах, отличных от общепромышленной»

Актуальность проблемы

Одним из приоритетных направлений государственной политики России является повышение эффективности производства, улучшение качества продукции в условиях усиления режима экономии. Решение этих задач немыслимо без создание и внедрения прогрессивных технологий, увеличение единичной мощности выпускаемого оборудования при уменьшении габаритов, металлоемкости и энергопотребления, а также совершенствования процессов получения, передачи и преобразования электроэнергии, разработки и внедрения новых энергоустановок с высоким КПД и улучшенными энергетическими характеристиками. Именно эти задачи ставятся в Постановлении правительства РФ №1006 " Об энергетической стратегии России".

Реализации указанных мероприятий способствует увеличением доли электроэнергии, которая используется в преобразованном виде. Поэтому в настоящее время более половины вырабатываемой электроэнергии потребляется после преобразования каких-либо ее параметров. В частности, значительная часть технологического оборудования требует для своего функционирования электроэнергию однофазного и трехфазного переменного тока повышенной частоты.

Это, прежде всего, станки и инструменты, использующие высокоскоростные асинхронные двигатели (АД). Широкая гамма таких двигателей, которая охватывает диапазон частот от 300 до 2050 Гц при уровнях напряжений от 220 В до 380 В, применяется на предприятиях подшипниковой промышленности в качестве электрошпинделей шлифовальных станков. При этом их суммарная установленная мощность на отдельном предприятии достигает 500-2000 кВА.

Настоящая диссертация посвящена разработке и созданию экономичных и надежных электротехнических комплексов на основе преобразователей частоты для централизованного электроснабжения технологического оборудования на частотах, отличных от общепромышленной.

Фундаментальные вопросы теории и практики электротехнических и преобразовательных комплексов проработаны в трудах отечественных и зарубежных ученых О.Г. Булатова, А.А.Булгакова, А.С. Васильева, Т.А. Глазенко, Г.В. Грабовецкого, В.Я. Жуйкова, Г.С. Зиновьева, И.Л. Каганова, И.И. Кантера, Ф.И. Ковалева, В.А. Лабунцова, Г.М. Мустафы, А.Д. Поздеева, B.C. Руденко, В.А. Чванова, И.М. Чиженко, А.К. Шидловского, В.П.Шипилло и др.

Пути дальнейшего повышения эффективности электротехнических и преобразовательных комплексов в указанных областях применения, и, прежде всего, обеспечения требуемого качества генерируемой ими электроэнергии следует искать, в частности, в более широком использовании системотехнических методов. Одним из таких методов является метод агрегирования, с успехом применяемый, например, в машиностроении, робототехнике и энергетике.

Агрегатно-модульный принцип состоит в построении оборудования из ограниченного набора функциональных агрегатов. Его основные преимущества в традиционных областях применения: сокращение времени и трудоемкости проектирования, сокращение избыточности оборудования, увеличение его надежность за счет отработанности агрегатов, обеспечение множества различных компоновок из ограниченной номенклатуры модулей, снижение себестоимости оборудования.

Применение агрегатно-модульного метода при синтезе электротехнического оборудования имеет свои особенности, связанные с возникновением при агрегировании внутренних обратных связей между объединяемыми модулями, приводящих к системным эффектам как соответствующим целям агрегирования, так противоречащим им. Это прежде всего относится к преобразовательным комплексам, предназначенным для питания технологической нагрузки на повышенной частоте, которые содержат большое число элементов с нелинейными характеристиками. Это обстоятельство ограничивает применение при синтезе такого оборудования аналитического подхода, для которого характерно стремление к максимальной формализации всех этапов проектирования и автоматическому получению результата. Так, матрично - топологические и тензорные методы направлены в основном на синтез линейной части преобразователей. Они эффективны в той мере, в какой линейная часть комплекса определяет его характеристики.

Применение агрегатно-модульного метода к преобразовательному оборудованию является проявлением системного, неформального и интерактивного подхода к решению проблемы синтеза, для которого характерно участие специалистов на наиболее трудных для формализации этапах проектирования.

Имеется большое число примеров удачного использования метода при синтезе силового электротехнического оборудования. Например, значительное число исследований, в том числе перечисленных выше авторов, посвящено теории и практике параллельной работе нескольких силовых преобразователей, позволяющей увеличить мощность комплексов и, в ряде случаев, улучшить их характеристики.

В то же время до сих пор не уделено достаточного внимания общей методологии применения агрегирования в теории и практике электротехнических, электрических и, том числе, преобразовательных комплексов, предназначенных для питания технологической нагрузки на частотах, отличных от промышленной.

Цель работы и задачи исследования

Целью диссертационной работы является разработка научных основ применения агрегатно-модульного принципа к построению электротехнических комплексов для технологических целей на основе источников питания на частотах, отличных от общепромышленной, и создание новых методов, схем и структур, обеспечивающих высокое качество генерируемой электроэнергии.

Достижение цели потребовало решения следующих задач:

1. Уточнение понятия модульной системы и развитие принципов организации модульных систем применительно к электротехническому оборудованию, разработка моделей показателей модульной системы соответствующих этим принципам.

2. Анализ процедуры агрегирования, ее обобщение и разработка моделей ее применения для синтеза электротехнических комплексов.

3. Разработка методов синтеза компоновок электротехнических комплексов на основе процедуры агрегирования и их применение для построения новых схем и систем электропитания на частотах, отличных от общепромышленной.

4. Развитие методов и алгоритмов моделирования электротехнических комплексов и групповой технологической нагрузки.

5. Разработка методов повышения качеств электрической энергии, генерируемой преобразовательными комплексами, основанных на применении агрегатно-модульного метода построения оборудования.

6. Разработка моделей гибкости модульных электротехнических комплексов и методов управления их структурой.

7. Проведение исследований разработанных моделей схем и структур электротехнических комплексов, полученных методом агрегирования с целью выявления областей их применения.

Методы исследования

При решении поставленных задач в работе использовались методы системного анализа, методы теории фреймов, нечеткой математики, методы поиска решений в пространстве состояний, методы многокритериального выбора, методы имитационного моделирования (сети Петри, системы массового обслуживания), методы численного анализа, а также методы теории электрических и магнитных цепей.

Научная новизна

Исходя из анализа методов синтеза электротехнического оборудования, а также опыта разработки и эксплуатации преобразовательных комплексов для питания цехов заводов на повышенных частотах, получены следующие научные результаты: предложен новый подход к построению электротехнических комплексов для питания технологической нагрузки, основанный на развитии понятия модульной системы, сочетании системотехнических принципов агрегирования и декомпозиции и интерактивной методики отбора синтезируемых вариантов; разработан принцип построения автономных инверторов с внутренней системой компенсации реактивной мощности, как элементов электротехнических комплексов, с помощью которого синтезированы новые схемы с улучшенными характеристиками и новыми свойствами (симметрирование системы выходных напряжений, улучшение гармонического состава их кривых); дополнены и развиты методы моделирования преобразовательных комплексов, в том числе перестраиваемых многомодульных структур, на основании чего разработаны методики расчета многомостовых преобразователей на базе автономных инверторов напряжения и тока, питающих групповую двигательную нагрузку;

- разработаны методы повышения качеств электрической энергии, генерируемой преобразовательными комплексами, основанные на применении агрегатно-модульного метода построения оборудования; предложены модели оценок гибкости агрегированных преобразовательных комплексов и чувствительности их характеристик к разбросам параметров элементов схем и управления; разработан подход к построению систем электропитания на нескольких повышенных частотах и предложены варианты структур таких систем; проведены многочисленные исследования вновь предложенных технических решений, выявлены закономерности их функционирования, выработаны рекомендации по их практическому использованию.

Методологическая новизна диссертационной работы определяется использованием единого формализованного подхода, позволяющего расширить класс решаемых задач, обеспечить комплексность и общность решений, что облегчает их интеграцию с другими задачами анализа и синтеза электротехнического оборудования. J

Практическая ценность работы

1. Предложенные модели модульной системы, обобщения и установленные свойства процедуры агрегирования позволили разработать алгоритмы синтеза новых компоновок электротехнических комплексов и их элементов для питания технологической нагрузки на частотах, отличных от общепромышленной.

2. Разработанная методика синтеза дала возможность получить ряд новых технических решений, обладающих полезными свойствами, направленными, в частности, на повышение качества электроэнергии, генерируемой комплексами.

3. Развитые и дополненные в диссертационной работе методы моделирования являются основой для расчета, проектирования и исследования электрических комплексов для централизованного электроснабжения широкого класса технологического оборудования. Разработанные модели и методы нашли применение при создании и внедрении электрических комплексов на ряде машиностроительных предприятий.

4. Результаты проведенных исследований предложенных технических решений дают необходимый материал для обоснованного инженерного выбора схемотехнических решений для конкретных применений.

Работа выполнена на основании задания комплексной программы фундаментальных исследований Института проблем точной механики и управления РАН, тематического плана работ, выполняемых СГТУ по единому республиканскому наряд-заказу, хозяйственных договоров на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

Основные положения, защищаемые автором

На защиту выносятся следующие результаты, полученные в диссертации:

1. Развитие понятия модульной системы применительно к электротехническому оборудованию, принципов организации модульных систем, модели показателей, соответствующих этим принципам.

2. Уточнение и обобщение процедуры агрегирования электротехнических модулей, модели процедуры агрегирования, ее свойства и методы построения компоновок модульных электротехнических комплексов.

3. Методики и алгоритмы синтеза электротехнических комплексов и их элементов, основанные на применении процедуры агрегирования.

4. Методы повышения качества электрической энергии, генерируемой агрегированными преобразовательными комплексами (симметрирование системы выходных напряжений, улучшение гармонического состава их кривых, повышение коэффициента мощности).

5. Концепция гибкости агрегированных электротехнических комплексов и методы управления их структурой.

6. Методы построения математических моделей агрегированных электротехнических комплексов, питающих групповую технологическую нагрузку.

7. Результаты исследования агрегированных электротехнических комплексов и их элементов, способов управления их структурой и качеством генерируемой электроэнергии.

Реализация результатов работы

1.Результаты диссертационной работы использованы при создании электротехнических комплексов для централизованного электроснабжения цехов внутришлифовальных станков на частотах от 300 до 2050 Гц на единичные мощности от ЮкВА до 200кВА общей мощностью более 1200кВА и внедренных в период с 1980 по 2002гг. на предприятиях подшипниковой промышленности городов: Саратов, Курск, Москва, Ижевск, Волжский.

2. Разработка вопросов теории систем модульной структуры проводились в рамках фундаментальных исследований Института проблем точной механики и управления РАН и использованы в опытно-конструкторских разработках ОАО НИИ «Тесар».

Апробация работы

Основные результаты работы были представлены: на Всесоюзной конференции по теории и методам расчета нелинейных электрических цепей и схем (г. Ташкент, 1971), Всесоюзном научно-техническом семинаре «Разработка и промышленное применение полупроводниковых преобразователей для индукционного нагрева металлов», (Уфа, 1974), VIII Всесоюзной НТК по проблемам автоматизированного электропривода, силовых полупроводниковых приборов и преобразователей на их основе (Ташкент, 1979), Всесоюзной НТК «Применение в технологических процессах машиностроительного производства полупроводниковых преобразователей частоты» (Уфа, 1980), V Всесоюзной НТК «Автоматизация новейших электротехнологических процессов в машиностроении на основе применения полупроводниковых преобразователей частоты с целью экономии материальных, трудовых и энергетических ресурсов» (Уфа, 1984), 5-ой Всесоюзной НТК по проблемам управления развитием систем (Саратов, 1986), IV Всесоюзной научно-техническая конференция «Проблемы преобразовательной техники» (Киев, 1987), Всесоюзной НТК «Математическое моделирование в энергетике» (Киев, 1990), Международных НТК «Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении» (Саратов, 1997, 2002), Международной НТК «Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем», (Пенза, 1998), V и VI Международных НТК «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Новосибирск, 2000, 2002), VII Международной конференции «Проблемы современной электротехники», (Киев, 2002), Международной НТК «Силовая электроника и энергосбережение», (Алушта, 2002).

Основные результаты работы отражены в 63 печатных работах, в том числе в 3 монографиях, 4 учебных пособиях. Получено 43 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 329 наименований, и приложения. Объем работы составляет 450 страниц текста, 97 рисунков и 5 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Митяшин, Никита Петрович

Выводы по главе 8

1. Типичным видом нагрузки агрегированных преобразовательных комплексов является групповая двигательная нагрузка (ГДН). Под этим термином понимается совокупность нескольких получающих питание от общей сети АД, в которой пуск, загрузка и отключение каждого двигателя происходит независимо от состояния других двигателей группы.

2. При исследовании электротехнических комплексов необходимо иметь экономичные с расчетной точки зрения модели, описывающие переходные и стационарные режимы ГДН, так как непосредственное интегрирование ДУ ГДН приводит к значительным временным затратам. В работе построена приближенная модель ГДН, основанная на методах теории массового обслуживания. Потоками событий здесь являются потоки пусков и загрузки двигателей, каналом обслуживания - сеть, обеспечиваемая преобразовательным комплексом.

При моделировании ГДН АД может быть представлена дискретно-непрерывной моделью, дискретная часть которой есть сеть Петри, Непрерывные аспекты АД отражаются задержками актуализации маркеров, величины которых управляются переменными состояния АД. В силу идентичности логических частей модели сетевая модель ГДН построена на основе единственной сети, для чего каждому двигателю сопоставлен определенный цвет маркера.

Представлены результаты межуровневого моделирования комплекса на основе ПЧАИТ-НПЧ, в которой нагрузкой каждого непосредственного преобразователя является ГДН. Основным уровнем моделирования является уровень агрегатов (инверторы, компенсаторы, регулируемые выпрямители). На нижних уровнях проработаны модели вентильных мостов, групповой двигательной нагрузки, резистивных и реактивных элементов. Исследование моделей преобразовательных комплексов позволили предложить ряд мероприятий, направленных на повышения их нагрузочной способности без привлечения дополнительного силового оборудования. Одним из них является временное разделение пусковых режимов АД ГДН за счет ограничения числа одновременно пускаемых двигателей. Предложены варианты децентрализованной системы, в которой контроль состояния комплекса и выработка сигнала на разрешение или запрет пуска осуществляется в местах установки двигателей нагрузки. Возможность реализации таких систем определяется зависимостью ряда параметров выходного напряжения питающего комплекса от величины и характера нагрузки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итоги проведенных в диссертационной работе исследований могут быть сформулированы кратко следующим образом.

1. На основании анализа специфических особенностей задач теории и практики электрических комплексов, предназначенных для питания технологической нагрузки на частотах, отличных от общепромышленной, сделан вывод о перспективности агрегатно-модульного принципа построения оборудования. Модульный принцип наиболее полно отвечает требованиям повышения качества электроэнергии, надежности комплексов, способствует естественному решению задач оперативной перестройки их структуры с изменением целей или условий функционирования при отсутствии избыточности оборудования, сокращении времени и трудоемкости его проектирования.

2. Модульная система (МС) данной предметной области рассматривается как развивающаяся иерархическая структура, ядро которой содержит множество первичных модулей с определенным на нем отношением агрегируемости. Сформулированы системообразующие принципы организации МС (вариативность, полнота, избыточность), построены модели показателей, позволяющих оценивать степень выполнения этих принципов в конкретной системе оборудования. Иерархия МС образуется уровнями ее компоновок: первичных модулей, узлов, блоков, агрегатов, комплексов и сетей.

3. Процедура агрегирования формализована как частичная ассоциативная операция, отражающая основные практические свойства техники образования компоновок (в том числе объединение модулей по входу и выходу, учет ограниченности передаваемых ресурсов). Сформулированные свойства операции позволили установить условия существования компоновок МС с заданными свойствами и разработать алгоритм их построения. Отношение агрегируемости обобщено на случай привлечения дополнительного согласующего оборудования, что позволяет распространить предлагаемую методику на немодульные системы.

4. Формализованный подход к синтезу модульных объектов пригоден для построения функциональных схем компоновок при наличии изученных условий агрегируемости модулей. В общем случае условия агрегируемости требуется уточнять в процессе проектирования модульного объекта. Подобная проблема возникает в естественных системах с разнообразными возможностями агрегирования, не все из которых приводят к известным свойствам агрегатов. В этом случае формализованный подход дополняется интерактивными процедурами, использующими методы узкой области электротехники, к которой принадлежат агрегируемые объекты, и методы математического моделирования. В частности, предложены методы получения новых полюсов агрегирования, а на их основе сформулированы правила агрегирования базовых схем инверторов и пассивных узлов, с помощью которых найдены новые технические решения задач повышения качества электроэнергии и компенсации реактивной мощности.

5. Методика синтеза, используя избыточность модульной системы, генерирует ряд компоновок. Предлагаемое решение задачи многокритериального выбора одной или минимального числа компоновок позволяет учитывать взаимное влияние критериев в соответствии с системой предпочтений, отвечающих условиям задачи.

6. При исследовании агрегированных объектов методом математического моделировании приходится иметь дело с высокой размерностью, системными эффектами, необходимостью согласования временных масштабов процессов модулей. Так, расчет преобразовательного комплекса, питающего типичную ГДН, требует интегрирования системы ДУ, имеющей порядок не ниже 70. Для снижения размерности в зависимости от цели исследований рассматриваются одноуровневые модели, межуровневые модели с минимальной или фрагментарной детализацией объектов нижних уровней. Предложенная в диссертации модель ГДН имеет минимальный дифференциальный порядок, отражая при этом статистику изменения нагрузки, ее влияние на работу комплекса и систему управления. Модель позволяет использовать совместно с ней точную модель АД для одного или нескольких двигателей группы, что повышает ее адекватность при исследовании динамики.

7. Показано, что агрегирование является одним из эффективных приемов решения задач повышения качества электроэнергии, генерируемой преобразовательными комплексами. В частности, преобразовательные комплексы с конденсаторным суммированием токов модулей обеспечивают требуемые ГОСТ 13109-97 значения показателей качества напряжения в режимах инвертирования и компенсации реактивной мощности. Метод агрегирование позволяет также автоматически поддерживать требуемое значение коэффициента асимметрии системы напряжений по обратной последовательности при существенно несимметричной нагрузке.

Проведены исследования специфической проблемы теории и практики агрегированных комплексов, заключающейся в их повышенной чувствительности к межмодульной асимметрии, возникающей из-за неизбежной не идентичности модулей. Предложен метод оценки чувствительности показателей качества входного тока и выходного напряжения агрегированного комплекса к разбросу трудно учитываемых параметров модулей (в частности, входных сопротивлений). Разработаны технические решения, позволяющие компенсировать влияние подобных факторов на работу комплексов.

8. Важным свойством агрегатно-модульного метода построения оборудования является простота изменения его структуры с целью повышения эффективности путем придания оборудованию многоцелевого назначения или новых полезных свойств. Переагрегирования классифицируются по ряду признаков: цели, уровню, масштабу времени и степени привлечения дополнительного оборудования. Предлагаются модели показателей для оценки возможности и целесообразности создания гибких комплексов для каждого из этих классов.

Одним из предлагаемых гибких электрических комплексов является преобразователь для питания ГДН, для которой имеется возможность раздельного пуска двигателей, что существенно при ограниченной мощности источника питания. Преобразователь на основе АИТ содержит дополнительную конденсаторной батареи (КБ), подключаемую на время пуска очередного АД к выходу инвертора. По истечению времени, достаточного для снижения тока АД, КБ переключается из выходной сети комплекса во входную, где используется как основная часть фильтро-компенсирующего устройства. Благодаря подключению КБ на время пуска АД обеспечивается коммутационная устойчивость инвертора в условиях потребления пускового тока. Переключение КБ после завершения пуска АД позволяет снизить потери мощности в цепях компенсатора реактивной мощности. Одновременно решается задача повышение качества тока, потребляемого комплексом в течение большей части времени работы комплекса, соответствующей установившемуся режиму многодвигательного привода.

Разработан также гибкий преобразовательный комплекс для питания двигательной нагрузки на основе инвертора с изменяемой структурой. В режиме пуска двигателя нагрузки комплекс принимает состояние, совпадающее с АИН с отсекающими диодами, чем обеспечивается коммутационная устойчивость при значительных токовых перегрузках при ограниченной мощности КБ. При снижении тока до номинального гибкая схема принимает вид АИТ, благодаря чему достигается высокое качество питающего напряжения.

Исследуется также преобразовательный комплекс для электроснабжения цеховой нагрузки на повышенной частоте, построенный на основе параллельно работающих модулей, оперативно переключаемых из режима инвертирования в режим компенсации реактивной мощности и обратно.

9. Исследование преобразовательных комплексов позволили предложить ряд мероприятий, направленных на повышения их нагрузочной способности без привлечения дополнительного силового оборудования. Одним из них является временное разделение пусковых режимов АД ГДН. Разработана де

Централизованная система, в которой контроль состояния системы электропитания и выработка сигнала на разрешение или запрет пуска осуществляется в местах установки двигателей нагрузки на основании информации о величине и характере нагрузки, заключенной в мгновенных значениях параметров выходного напряжения питающего комплекса. В частности, для большинства схем инверторов такая информация содержится в величине наиболее сильно выраженных гармоник в спектре кривой напряжения. Предложены технические решения, основанные на этих информативных свойствах автономных инверторов.

10. Теоретические разработки диссертации позволили предложить ряд структур агрегированных преобразователей. Целью агрегирования было получение новых полезных свойств, среди которых главными являлись: повышение качества кривой питающего напряжения; увеличение мощности преобразовательных комплексов в единице оборудования; повышение управляемости комплексов путем расширение множества регулируемых показателей качества генерируемой электроэнергии, достигаемое, в частности, за счет изменения их структуры; расширение набора функций, выполняемых отдельными преобразовательными агрегатами.

Разработки нашли практическое применение на ряде машиностроительных предприятий подшипникового профиля.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Митяшин, Никита Петрович, 2003 год

1. Автоматизированное проектирование силовых электронных схем / В.Я. Жуйков, В.Е. Сучик, П.Д.Андриенко, М.А.Еременко. К.:Техшка,1988.168 с.

2. Автономные инверторы / Под ред. Г.В. Чалого. Кишинев: Штиинца, 1974. 336 с.

3. Адамия Г.Г. К вопросу распределения нагрузок между параллельно работающими инверторами // Электроэнергетика и автоматика. Кишинев: Штиинца, 1973. Выпуск 15. С. 16-18.

4. Адамия Г.Г., Билинкис П.Г., Чванов В.А. Распределение нагрузок между параллельно работающими инверторами // Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника. № 17. 1971. С. 15—18.

5. Адамия Г.Г., Чванов В.А. Принципы построения систем, содержащих параллельно работающие автономные инверторы // Материалы семинара по кибернетике. Часть 1.Динамика систем управления. Кишинев: Штиинца, 1975. С.22-25.

6. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. М.: Высш. шк., 1989. 263 с.

7. Алтунин Б.Ю., Туманов И.М. Математическое моделирование тиристорных устройств РПН трехфазных трансформаторов // Электротехника. 1996.№6. С. 22-25.

8. Алтунин Б.Ю. Коммутационные процессы в тиристорных переключающих устройствах с токоограничивающим реактором. // Электротехника. 1996. №3. С. 34-36.

9. Алиев Р.А., Абдикеев Н.М., Шахназаров М.М. Производственные системы с искусственным интеллектом. М.: Радио и связь. 1990. 264 с.

10. Ю.Алферов Н.Г., Мамонтов В.И., Розанов Ю.К. Инверторный модуль для систем гарантированного электропитания // Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника. 1981. № 7. С.13-15.

11. Антонов И.М., Глебов Б.А. Надежность системы электропитания, состоящей из однотипных преобразовательных ячеек // Труды МЭИ. 1986. №92. С. 123127

12. Артеменко М. Е. Матрично-топологический синтез вентильных преобразователей // Техшчна електродинамша, 1998. Спец. випуск №2. Т.1. С. 13-16.

13. Н.Артеменко М. Е. Топологическая теория построения транзисторных преобразователей напряжения // Proceedings of the 3rd ISTC "Unconventional

14. Electromechanical and Electrical Systems", Alushta, the Crimea, Ukraine, 1997.V.2. P. 521-526.

15. Артеменко M. E. Топологический синтез однотактных транзисторных преобразователей напряжения, работающих в режиме прерывистого магнитного потока // Техшчна електродинамша, 1998. №2. С. 19-24.

16. Артеменко М.Е. Аналитический синтез структур транзисторных преобразователей постоянного напряжения // Электроника и связь, 1997. Вып.З. 4.2. С. 8-11.

17. Артеменко М.Е. Синтез кваз1резонансних перетворювач!в постшно1 напруги // HayKOBi BicTi НТУ Украши. КГП. 1998. №1. С. 5-9.

18. Артеменко М.Е. Синтез однотактных преобразователей постоянного напряжения с непрерывной кривой потребляемого тока // Техшчна електродинамнса, 1999. Тематичний випуск. Системы електроживлення елекгротехшч1х установок i комплекЫв .С. 18-21.

19. Артеменко М.Е. Синтез регуляторов переменного напряжения // Электроника и связь, 1998. Вып. 4. 4.2. С. 221-225.

20. Артеменко М.Е. Синтез транзисторных преобразователей напряжения на основе главной топологической матрицы // Электроника и связь, 1997. Вып. 2. Ч.1.С. 67-71.

21. Артеменко М.Е., Тахер М.А. Синтез транзисторных преобразователей напряжения с заданными свойствами //Техническая электродинамика, 1994.№4. С. 43-47.

22. Артюхов И.И., Митяшин Н.П. Тиристорные источники для группового электропривода и их проектирование с применением ЭВМ. Саратов, 1990. 68 с.

23. Артюхов И.И., Томашевский Ю.Б., Серветник В.А. Тиристорные преобразователи частоты с перестраиваемой структурой // Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: Межвуз. науч. сб. Саратов: Сарат. политехи, ин-т, 1985.С.47-53.

24. Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения //

25. Успехи физ. наук. 1996. №11.С. 1145-1170

26. Афанасьев А.И. К вопросу о циклостойкости силовых тиристоров устройств

27. РПН трансформаторов // Изв. вузов. Энергетика, 1980,№4. С.27-30.

28. Балабанян H. Синтез электрических цепей. M.: Д.: Госэнергоиздат, 1961. 416 с.

29. Бардин С.М. О законе распределения циклостойкости тиристоров Т2-320// ^ Силовые полупроводниковые приборы и преобразовательные устройства.

30. Саранск: Мордов. ун-т, 1980. С.32-37.

31. Бари Н.К. Тригонометрические ряды, Государственное изд. физ мат.литературы, Москва, 1961. 670 с.

32. Бару А.Ю., Шинднес Ю.Л. Перспективные схемы автономных инверторовтока для мощных преобразователей частоты // Техшчна електродинамша, 2000. Тематичний випуск. Силова електрошка та енергоэффектившсть.Ч. 1. С.35-39.

33. Бару А.Ю., Эпштейн И.И. Состояние и задачи в области автономныхинверторов для асинхронного электропривода // Силовая электроника в решении проблем ресурсо- и энергосбережения: Сб. Трудов Международной науч.- техн. конф. Харьков, 1993. С. 16-20.

34. Бедфорд Б., Хофт Р. Теория автономных инверторов / Перевод с англ.- М.:1. Энергия, 1969. 280с.

35. Белоусенко И.В., Шварц Г.Р., Шпилевой В.А. Энергетика и электрификация ^ газовых промыслов и месторождений. Тюмень, 2000. 273 с.

36. Бенгина Т.Н., Чванов В.А. Анализ режимов автономного инвертора привнешних несимметричных коротких замыканиях//Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника.1982. Выпуск 3(140).С.1-3.

37. Беркович Е.И., Зуев А.И., Иоффе Ю.С., Мотыль А.П. Параллельная работапреобразователей частоты для индукционного нагрева // Электрическая промышленность. Преобразовательная техника, 1973.Выпуск 11.С. 18-20.

38. Болотовский Ю.И., Виноградова Т.А. Топологический метод синтеза схемавтономных инверторов // Вопросы анализа и синтеза устройств электропитания на ЭВМ. Киев, 1983. С. 56-6441.44.47,48