Разработка и исследование энергоэффективных электроприводов средств малой механизации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Пономарев, Юрий Геннадьевич

• Пономарев, Юрий Геннадьевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Пономарев, Юрий Геннадьевич

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ СИСТЕМ ГРУППОВОГО И ИНДИВИДУАЛЬНОГО ПРИВОДА МАШИН СРЕДСТВ МАЛОЙ МЕХАНИЗАЦИИ

1.1 Требования к машинам СММ и преобразователям частоты

1.2 Анализ современного рынка преобразователей частоты для машин СММ с высокоскоростными АД

1.3 Обзор и анализ объектно-ориентированных ПЧ кафедры ЭПиАПУ ВятГУ

2 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КАЧЕСТВО ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ, НАПРАВЛЕННЫХ НА ИХ УЛУЧШЕНИЕ

2.1 Преобразователи частоты электроприводов СММ с бестрансформаторными схемами питания

2.2 Анализ качества потребления энергии неуправляемых выпрямителей

2.3 Анализ технических решений, обеспечивающих повышение качества энергопотребления преобразователей частоты

2.3.1 Пассивные и активные сетевые фильтры

2.3.2 Активные корректоры коэффициента мощности для однофазной питающей сети

2.3.3 Однокаскадные активные корректоры коэффициента мощности для трехфазной питающей сети

3 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ С ВЫСОКИМ КАЧЕСТВОМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

3.1 Однофазный преобразователь частоты с узлом гальванической развязки

3.1.1 Преобразователь Кука с функцией ККМ и гальванической развязкой

3.1.2 Модель группового электропривода шлифовально-затирочных машин СО-86Б при питании от однофазного ПЧ с гальванической развязкой на базе преобразователя Кука

3.2 Трехфазный преобразователь частоты

3.2.1 Трехфазный мультиквазирезонансный понижающий преобразователь

3.2.2 Модель электропривода электропилы ЭПЧ-3.02 при питании от трехфазного объектно-ориентированного ПЧ со звеном постоянного тока на базе понижающего мультиквазирезонансного преобразователя напряжения

4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ С МУЛЬТИКВАЗИРЕЗОНАНСНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НАПРЯЖЕНИЯ В ЗВЕНЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

4.1 Измерительный комплекс для исследования энергетических характеристик и качества электроэнергии

4.2 Экспериментальная установка для исследования опытных образцов электропривода по системе преобразователь частоты - асинхронный двигатель

4.3 Преобразователь частоты для питания электропилы ЭПЧ-3 с мультиквазирезонансным преобразователем в звене постоянного тока

4.4 Результаты экспериментальных исследований преобразователя частоты электропривода пилы ЭПЧ-3 с понижающим мультиквазирезонансным преобразователем напряжения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Программа управления силовым ключом

понижающего МКРПН

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Свидетельство о государственной регистрации программы

для ЭВМ

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Акты о внедрении

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование энергоэффективных электроприводов средств малой механизации»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Средства малой механизации (СММ) представляют собой ручные и переносные машины, приводимые в движение встроенными двигателями [27].

СММ находят широкое и разнообразное применение в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, строительства, сферах коммунального хозяйства и быта, и являются важным фактором повышения производительности труда в технологических процессах. К СММ относятся: сверлильные, шлифовальные и завертывающие машины (гайковерты, шуруповерты); машины для обработки дерева (пилы, рубанки, долбежки, фрезерные устройства, лобзики); ножницы; перфораторы; молотки; пробойники; вибраторы; штукатурно-затирочные, стригальные и другие типы машин. Общими требованиями, предъявляемыми к ручным машинам различных видов, является обеспечение наилучших потребительских качеств (удобство в работе, высокая производительность, минимальные габариты и масса) при полной безопасности оператора.

СММ можно условно разделить на индивидуальные и промышленные. Индивидуальные СММ в основном используются в быту и характеризуются низким уровнем загруженности. Для промышленных СММ, применяемых в серийном промышленном производстве, характерна высокая степень загруженности и одновременная параллельная работа группы устройств, на нескольких рабочих местах.

Преимущественное распространение получили СММ, оснащенные электрическим и пневматическим приводом, а машины повышенной мобильности - тепловым приводом (двигатели внутреннего сгорания). Так в России доля ручного инструмента с электрическим приводом составила 60 %, а с пневматическим 30 % от общего их выпуска [32]. В настоящее время очевидные преимущества электропривода (легкость регулирования координат, высокие значения коэффициента полезного действия; относительная простота монтажа и

эксплуатации; экологическая чистота; низкий уровень шума и вибраций, отсутствие трубопроводов и аккумуляторов энергии), в сравнении с системами пневматического и теплового привода, определили четкую тенденцию использования электромеханических исполнительных устройств в качестве приводов машин СММ.

Повышение производительности труда в технологических процессах, использующих СММ, достигается за счет минимизации массы машин при допустимом уровне шума и вибрации. Анализ, проведенный на кафедре электропривода и автоматизации промышленных установок (ЭП и АПУ) Вятского государственного университета (ВятГУ) показал [33, 44, 55, 56], что электромеханический модуль (двигатель, редуктор) определяет основную долю массы машин СММ. В различных типах машин СММ масса электромеханического модуля (ЭМ) составляет 0,7-0,8 массы машины. Следовательно, наиболее эффективным путем снижения массы машины СММ является: рациональный выбор передаточного числа редуктора [45, 46, 47] и применение в приводе высокоскоростных электрических машин.

Получение высокой скорости вращения, более 3000 об/мин, способны обеспечить следующие типы электродвигателей:

- однофазные коллекторные двигатели переменного тока (КД);

- асинхронные двигатели (АД) с повышенной частотой питающего напряжения (100-400) Гц;

- вентильные двигатели (ВД) с постоянными магнитами на роторе;

- реактивные синхронные двигатели;

- вентильно-индукторные двигатели (ВИД).

В индивидуальных СММ, производства отечественных и зарубежных фирм-производителей ручного инструмента, в подавляющем большинстве случаев используются КД переменного тока [59]. При питании от однофазной сети они позволяют без дополнительных ступеней преобразования энергии получить повышенные скорости вращения 3000-12000 об/мин и обеспечивают

возможность их регулирования наиболее простым способом - изменением напряжения на якоре с помощью последовательно включенного симистора.

Однако, наряду с отмеченными положительными свойствами КД, можно отметить и присущие им недостатки, связанные в основном с наличием щеточно-коллекторного узла [20, 29]. Наличие щеточно-коллекторного узла обуславливает повышенную стоимость, низкую надежность, требует проведения постоянных профилактических мероприятий. КД имеют низкие энергетические показатели (КПД, cos ф) из-за потерь в стали, высокий уровень шума и радиопомех, обостряющих проблему электромагнитной совместимости (ЭМС) [29, 31].

АД с повышенной частотой питающей сети, при сравнительном анализе с КД, в 1,5-2 раза легче, в 2,5-4 раза дешевле, имеют в 3 раза больший показатель надежности, в 1,5-1,8 раза больший КПД. При питании АД от преобразователя частоты (ПЧ) с неуправляемым выпрямителем cos ф ~ 1 [53]. Кроме того, АД отличается сравнительно меньшим уровнем шума и более жесткой механической характеристикой. Однако применение АД повышенной частоты требует применения дополнительных устройств - ПЧ, стоимость которых в 2-3 раза превышает стоимость АД. Поэтому основным преимуществом использования в индивидуальных машинах СММ электроприводов с КД перед их аналогами по системе ПЧ-АД является их стоимость, по всем остальным показателям они существенно уступают последним.

При групповом приводе промышленных СММ, ПЧ является общим источником питания, его можно использовать для питания электроинструментов различного назначения. В этом случае разница в стоимости АД и КД позволяет не только компенсировать затраты на ПЧ, но и снизить общую стоимость группового промышленного привода СММ. В этом случае утрачивается и основное преимущество электроприводов с КД перед электроприводом с высокоскоростными АД. За счет более высоких значений КПД, cos ф, снижения затрат на техобслуживание и высокой надежности становится экономически оправданным применение электропривода промышленных СММ с высокоскоростными АД с полупроводниковыми ПЧ.

В качестве привода машин СММ возможно использование вентильного привода на базе синхронных машин с постоянными магнитами на роторе. Данный тип привода позволяет получать высокие скорости вращения до 12000 об/мин и иметь более высокие энергетические показатели в сравнении с приводами по системе ПЧ-АД и аналогичную с ПЧ структуру вентильных коммутаторов, используемых для управления АД. В литературе [15, 63, 66] приводятся примеры использования приводов данного типа для машин СММ в отечественной и зарубежной практике. Так ОАО «УралНИТИ» производит высокоскоростные вентильные двигатели малой мощности серии ДБУ в диапазоне мощностей 90250 Вт и скоростями до 12000 об/мин. двигатели поставляются в комплекте с электронными коммутаторами серии ЭК при питании от сети 220 В, 50 Гц или от сети постоянного тока 27, 12 В. Однако, высокая цена постоянных магнитов и ограничения их использования по климатическим и эксплуатационным условиям, а также ограниченный диапазон номенклатуры производимых двигателей и коммутаторов сужает сферу использования данного типа привода для машин СММ.

Электроприводы на базе реактивных синхронных двигателей питаются от ПЧ, аналогичных тем, что используются для АД и ВД. Основными преимуществами реактивных синхронных двигателей, по сравнению с АД, являются больший КПД, меньшая инерционность ротора и лучшие массогабаритные показатели. Тем не менее, развитие такого привода сдерживается относительно сложной и нетехнологичной конструкцией ротора. Серийное производство таких двигателей в настоящее время отсутствует

Вентильно-индукторные двигатели имеют простую и технологичную конструкцию. К достоинствам ВИД можно отнести высокий КПД, низкую стоимость, ремонтопригодность и удобство утилизации. Однако, несмотря на положительные свойства, ВИД в настоящее время не находит широкого практического применения [5, 18, 88, 89]. Основными причинами отсутствия широкого предложения вентильно-индукторных приводов на рынке являются:

- ориентированность крупных компаний на традиционные системы

электропривода;

- сложность управления электромагнитными процессами ВИД;

- отсутствие опыта работы и квалификации специалистов в данной области электропривода.

Проведенный анализ развития электроприводов с высокоскоростными двигателями, с точки зрения технической и технологической базы их производства и сопутствующих компонентов, наличия квалифицированного персонала, позволяет сделать вывод о том, что единственным альтернативным вариантом электропривода с КД для СММ, на данный момент времени, является вариант электропривода с высокоскоростными АД по системе ПЧ-АД.

Вторым важным фактором, определяющим актуальность электропривода с высокоскоростным АД в составе машин СММ является то, что по-прежнему сохранилась технологическая база и их серийное производство. Кроме того, у предприятий и организаций, особенно строительной отрасли и деревообработки, имеется в наличии достаточно большое количество СММ с высокоскоростными АД, невостребованными в связи с отсутствием на рынке надежных, с приемлемой стоимостью ПЧ, адаптированных к условиям работы в составе машин СММ.

Несмотря на широкое предложение полупроводниковых ПЧ зарубежными и отечественными фирмами установлено [30, 51, 54], что они не полностью соответствуют требованиям, предъявляемым к источникам питания машин СММ по стоимости, функциональным возможностям, климатическому исполнению и степени защиты.

В настоящее время зарубежные фирмы в силу очевидных преимуществ своей продукции по качеству, надежности, эстетическому внешнему виду и высоким эргономическим свойствам, практически вытеснили с рынка отечественных производителей индивидуальных СММ с КД. Однако, рынок СММ с электроприводом на основе высокоскоростных АД индивидуальных и промышленных СММ до настоящего времени не подвергся существенной экспансии со стороны зарубежных производителей. Проблемы сохранения рынка машин СММ с высокоскоростными АД требуют решения задач, направленных на

создание конкурентоспособных СММ, отвечающих современному уровню научно-технического прогресса, что достижимо при реализации приводов по системе ПЧ-АД с использованием полупроводниковых ПЧ на современной элементной базе силовой полупроводниковой техники и микроэлектроники.

В последние годы значительное внимание стало уделяться вопросам энергосбережения, повышения надежности и качества электроэнергии [10, 11, 13, 21]. При проектировании, как питающих сетей, так и электротехнических комплексов и систем с полупроводниковыми преобразователями, необходимо не только правильно учитывать и разделять все составляющие полной или кажущейся мощности, но и закладывать мероприятия по уменьшению мощностей обменного характера. Наличие на входе ПЧ нелинейных элементов в виде выпрямительного моста и накопительной емкости в звене постоянного тока приводит к появлению высших гармоник [14]. Проблема высших гармоник напряжений и токов в распределительных сетях электроснабжения является крайне актуальной и требует пристального внимания со стороны научно -исследовательских структур, занимающихся разработкой электротехнических установок.

Актуальность выполненной работы определяется требованиями научно-технического прогресса в области создания объектно-ориентированных полупроводниковых ПЧ с высоким уровнем надежности, эксплуатационных и энергетических характеристик и требований по ЭМС при приемлемом уровне стоимости.

При решении задач по разработке и исследованию объектно -ориентированных ПЧ с улучшенными энергетическими характеристиками и высокими показателями по ЭМС электроприводов машин группового и индивидуального питания автор опирался на труды ведущих отечественных и зарубежных ученых и организаций, имеющих научные школы по проблемам преобразовательной техники и электропривода переменного тока: Ковача К.П., Раца И., Уайта Д., Вудсона Г., Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М., Ключева В.И., Терехова В.М., Беспалова В.Я., Ильинского Н.Ф., Присмотрова

Н.И., Синайлова Г.А., Кононенко К.А., Эпштейна И.И., Вейгнера А.М., Поздеева А.Д., Соколовского Г.Г., Виноградова А.Б., Колганова А.Р., Гнездова Н.Е., Мещерякова В.Н., Middlebrook R.D., Cuk S., Erickson R.W., Maksimovic D., Jovanovic M.M., Lee F.C., Jang Y. и многогранные труды ученых и инженеров г. Москвы, Санкт-Петербурга, Екатеринбурга, Челябинска, Кирова, Нижнего Новгорода, Чебоксар, Иваново, Липецка, Новосибирска, Томска, Новочеркасска.

Объект исследования - индивидуальные и групповые электроприводы средств малой механизации на базе высокоскоростных асинхронных двигателей по системе ПЧ-АД.

Предмет исследования - энергоэффективность и электромагнитная совместимость объектно-ориентированных ПЧ электроприводов СММ.

Цель работы - создание и исследование объектно-ориентированных ПЧ электроприводов СММ, отвечающих современному уровню научно-технического прогресса, с высоким уровнем надежности, эксплуатационных и энергетических характеристик, при соответствии требованиям по ЭМС.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

- проведение анализа и обоснования необходимости разработки объектно -ориентированных ПЧ для индивидуальных и групповых систем электропривода СММ, с целью обеспечения необходимых регулировочных характеристик, энергетических показателей и ЭМС на основе разработанных требований;

- анализ технических решений, направленных на повышение качества энергопотребления, улучшение регулировочных и энергетических характеристик электроприводов машин СММ по системе ПЧ-АД при однофазном и трехфазном питании;

- разработка ПЧ для питания машин СММ I и III класса защиты с преобразователями напряжения в звене постоянного тока, реализующими функцию коррекции коэффициента мощности;

- разработка и исследование имитационных моделей объектно -ориентированных ПЧ в составе электроприводов машин СММ;

- исследование созданных объектно-ориентированных ПЧ в составе электроприводов машин СММ на комплексном экспериментальном стенде, с целью анализа работы и оценки энергетических характеристик.

Научная новизна работы:

1. Синтезированы новые схемы однофазного и трехфазного преобразователей частоты, адаптированных к условиям работы в составе электроприводов средств малой механизации I и III класса защиты, отличающиеся применением однотактных преобразователей в звене постоянного тока. Полученные решения обеспечивают высокие показатели энергоэффективности и качества потребления электроэнергии.

2. Предложен способ коррекции коэффициента мощности с помощью преобразователя Кука, отличающийся тем, что используется режим прерывистого напряжения на разделительном конденсаторе при частотно- импульсном методе модуляции. Данный подход обеспечивает эквивалентность входного сопротивления преобразователя активному сопротивлению при единственном контуре регулирования выходного напряжения.

3. Впервые выявлена аналитическая зависимость между входным и выходным напряжениями трехфазного понижающего мультиквазирезонансного преобразователя напряжения, системно учитывающая взаимосвязь всех электромагнитных переменных. Полученное выражение позволяет определять параметры элементов преобразователя при заданных технических требованиях.

4. Разработаны математические модели, отличающиеся наличием подсистем имитации работы корректоров коэффициента мощности, обеспечивающие возможность исследований электромагнитных процессов и оптимизации параметров трехфазного понижающего мультиквазирезонансного преобразователя напряжения и преобразователя Кука, работающего в режиме прерывистого напряжения на разделительном конденсаторе.

5. Определены ограничения на параметры понижающего мультиквазирезонансного преобразователя напряжения, обеспечивающие условия работы преобразователя в режиме коммутации силового ключа при

нулевом токе, полученные методом имитационного моделирования электромагнитных процессов.

Практическая значимость работы:

1. Принятая в работе концепция построения индивидуальных и групповых электроприводов машин СММ на базе высокоскоростных АД однозначно определяет структуру полупроводниковых ПЧ при их практической реализации.

2. Предложенные схемотехнические решения по построению ПЧ адаптированы к условиям работы в составе электропривода машин СММ, обеспечивают регулирование скорости и требуемые переходные процессы при высоких энергетических показателях.

3. Разработанные инженерные методики позволяют рассчитать параметры узлов ПЧ в соответствии с заданными технологическими требованиями.

4. Частотно-импульсный метод управления преобразователем Кука, работающего в режиме прерывистого напряжения на разделительном конденсаторе, позволяет снизить требования к элементам преобразователя при изменении нагрузки на его выходе в широком диапазоне.

5. Разработанные имитационные модели позволяют корректировать схемную реализацию и значения параметров элементов ПЧ с целью улучшения их технико-экономических показателей.

6. Созданный измерительный комплекс позволяет производить оценку энергетических характеристик и качества энергопотребления электроустановок с нелинейным характером нагрузки в широком диапазоне временных интервалов, как при общепромышленной частоте 50 Гц, так и при повышенных частотах напряжения питающей сети.

7. Результаты диссертационной работы использовались при разработке и реализации перспективных ПЧ систем электропривода СММ внедренных и находящихся в эксплуатации в ООО «Отделочник» г. Киров и ООО «Вятская деревообрабатывающая компания» г. Киров.

8. Результаты исследований применялись при выполнении НИР по теме «Анализ искажений переменного тока в питающей сети и коэффициента

мощности. Разработка рекомендаций по выбору корректирующих устройств» и внедрены в практическую деятельность АО «Электропривод» г. Киров.

9. Материалы диссертации используются в учебном процессе кафедры Электропривода и автоматизации промышленных установок Вятского Государственного университета при чтении лекций, проведении лабораторных и практических занятий по курсам «Цифровой и частотный привод», «Качество электроэнергии», «Энергосбережение», «Электропривод в современных технологиях».

Методы научных исследований. Для решения поставленных задач использовались методы анализа, синтеза, сравнения, имитационного компьютерного моделирования, теории колебаний и процессов управления в нелинейных системах, аналитические и эмпирические методы расчета электрических параметров, спектрального анализа, инструментальных исследований.

Положения, выносимые на защиту:

- сформулированные требования к ПЧ индивидуальных и групповых электроприводов машин СММ;

- новые схемотехнические решения объектно-ориентированных ПЧ для машин СММ с улучшенными регулировочными и энергетическими характеристиками;

- инженерные методы расчета параметров преобразователя Кука, работающего в режиме прерывистого напряжения на разделительном конденсаторе, и мультиквазирезонансного преобразователя напряжения в составе звена постоянного тока ПЧ;

- имитационные модели электроприводов машин СММ по системе ПЧ-АД с преобразователем Кука и мультиквазирезонансным преобразователем напряжения в звене постоянного тока ПЧ;

- структура построения и алгоритм управления измерительным комплексом контроля и анализа энергетических параметров и качества электроэнергии системы ПЧ-АД.

Достоверность результатов обеспечивается корректностью постановки задач и обоснованностью принятых допущений, результатами моделирования и экспериментальных исследований, подтверждающих теоретические положения диссертации. Адекватность разработанных математических моделей и алгоритмов управления подтверждаются хорошей сходимостью результатов аналитических расчетов и математического моделирования с экспериментальными данными.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы докладывались:

- на международных конференциях: VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014, г. Саранск; IX Международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2016, г. Пермь; X Международной конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2018, г. Новочеркасск;

- на всероссийских конференциях: Всероссийских ежегодных научно-практических конференциях «Общество, наука, инновации» 2013-2016 гг., г. Киров.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в Перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК, 2 статьи в журналах, входящих в базу цитирования Scopus, получено 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

1 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ СИСТЕМ ГРУППОВОГО И

ИНДИВИДУАЛЬНОГО ПРИВОДА МАШИН СРЕДСТВ МАЛОЙ

МЕХАНИЗАЦИИ

1.1 Требования к машинам СММ и преобразователям частоты

Машины и электрооборудование СММ должны: соответствовать современным требованиям по эстетическому оформлению и эргономическим свойствам; обеспечивать, согласно ГОСТ 12.2.013.0-91 [8], необходимую механическую и электробезопасность; по воздействию климатических факторов соответствовать исполнению УХЛ1; иметь малый вес, высокие значения КПД и коэффициента мощности; обладать высокой надежностью при максимальной простоте используемых технических решений, наличии устройств защиты и сигнализации рабочих и аварийных режимов.

Далеко не полный перечень серийно производимого и имеющегося в наличии на предприятиях в настоящее время электроинструмента с высокоскоростными АД, приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Электроинструмент на базе высокоскоростных АД

Электроинструмент Модель Рн, кВт ин, В ^н, Гц

1 2 3 4 5

Гайковерт ИЭ-3114Б 0,18 42 200

ИЭ-3118 0,25 42 200

Шуруповерт ИЭ-3601Б 0,12 42 200

Сверлильная машина ИЭ-1025Б 0,12 42 200

ИЭ-1026Б 0,18 42 200

ИЭ-133А 0,25 42 200

ИЭ-1017 0,55 42 200

Электропила ЭПЧ-3.02 3,0 220 400

Штукатурно- СО-112Б 0,2 42 200

затирочные машины СО-86Б 0,2 42 200

Окончание таблицы 1.1

1 2 3 4 5

Вибраторы ВЭР-10 0,2 42 200

ИВ-102А 0,75 42 200

ИВ-103 0,8 42 200

ИВ-95А 0,8 127;220 200

Виброрейка СО-131В 0,26 36 200

СО-132В 0,26 36 200

СО-163 0,26 36 200

Шлифовальная ИЭ-2009Б 0,75 42 200

машина

Стригальные машины МСУ-200 0,1 42 200

МС-4 0,1 42 200

Помимо удовлетворения общих требований, предъявляемых к машинам и электрооборудованию СММ по безопасности, способу охлаждения, уровню шума и вибраций, устойчивости к внешним воздействиям и климатическому исполнению, разрабатываемые объектно-ориентированные ПЧ должны обеспечивать реализацию (в отличие от известных) дополнительных конструктивных и функциональных возможностей:

- выполняться в виде законченных устройств, предназначенных для ручной транспортировки и установки на рабочем месте без необходимости выполнения специальных мер по их монтажу и размещению;

- обеспечивать питание как от однофазной, так и трехфазной сети переменного тока;

- допускать работу ПЧ в различных климатических зонах, в широком диапазоне температур от -40 ^ до +40 чаще всего на открытом воздухе;

- иметь повышенную степень защиты обслуживающего персонала (№44 и

- иметь в своем составе устройства подключения ПЧ к сети и нагрузке, а также узел гальванической развязки (для машин ручного инструмента с классом защиты III);

— соответствовать нормам ЭМС [11, 12].

Система управления ПЧ должна реализовывать ряд специальных режимов работы ПЧ и ЭП, связанных с особенностями и условиями эксплуатации машин

- в ПЧ для ЭП с групповым питанием в сочетании с повышенной коммутационной способностью обеспечивать стабилизацию выходного напряжения;

- блокировку пуска ПЧ при подключенной нагрузке на его выходе;

- блокировку работы ПЧ при отключенной нагрузке;

- блокировку одновременного пуска двух и более ЭП (при групповом питании);

- прогрев ПЧ перед включением в рабочий режим при отрицательной температуре.

В результате проведения научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ по созданию, опытно-промышленному и промышленному внедрению ЭП по системе ПЧ-АД для систем группового и индивидуального ЭП машин СММ на кафедре ЭП и АПУ ВятГУ при непосредственном участии автора сформулированы требования к конструкции, устойчивости к внешним воздействиям, безопасности, климатическому исполнению, техническим характеристикам, видам защит и сигнализации специализированных ПЧ машин

ремонтопригодная конструкция;

- в отношении механических факторов соответствует группе условий

СММ:

СММ:

конструктивное исполнение преобразователя

единая

ГОСТ 17516-90

...М4; УХЛ1;

по климатическому исполнению, согласно ГОСТ 15150-69

по способу охлаждения ГОСТ 20459-87

1С00 и 1С01;

- по степени защиты обслуживающего персонала (в зависимости от

Р54149-2010.

Виды защит:

- от токов короткого замыкания преобразователя;

- от пуска преобразователя при включенной нагрузке;

- от работы преобразователя без нагрузки.

Сигнализация включенного состояния и аварийных режимов - световая.

Указанные требования к ПЧ сформированы исходя из условий эксплуатации, режимов работы машин СММ и уровня квалификации обслуживающего персонала.

1.2 Анализ современного рынка преобразователей частоты для машин СММ с высокоскоростными АД

Используемые в промышленности ПЧ по принципу преобразования можно разделить на две большие группы:

- электромашинные;

- полупроводниковые.

Данные по производимым электромашинным ПЧ представлены в таблице 1.2.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пономарев, Юрий Геннадьевич, 2018 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Баженов А. Стандарты GPIB, 488.2 и SCPI и их влияние на развитие автоматизации измерений // Мир компьютерной автоматизации. - 2000. - № 1.

2. Бладыко Ю.В. Выпрямитель с емкостным фильтром // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. -Белорусский национальный технический университет, 2010. - № 5. - С. 20-24.

3. Борисов П.А. Применение MatLab/Simulink для измерения и оценки качества электроэнергии в трехфазных симметричных системах с активными преобразователями // Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB: материалы второй всероссийской научной конф. - Москва, Институт проблем управления РАН, 25-26 мая 2004 г. - С. 1372-1386.

4. Бурлака В.В. Обзор методов управления активными фильтрами / В.В. Бурлака, С.К. Поднебенная, М.Д. Дьяченко // Электромеханические и энергосберегающие системы. - 2011. - №1. - С. 51-54.

5. Бычков М.Г. Исследования и разработки вентильно-индукторных электроприводов // Научной и учебно-методической школе электропривода МЭИ 80 лет//Н 346. Докл. науч.-метод. семинара. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. -80 с. - С. 52.

6. Гельман М.В.Преобразовательная техника: учебное пособие / М.В. Гельман, М.М. Дудкин, К.А. Преображенский. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2009. - 425 с.

7. Горюнов В.Н. Определение управляющего воздействия активного фильтра / Электро. -2009. - №6.

8. ГОСТ 12.2.013.0-91. Машины ручные электрические. Общие требования безопасности и методы испытаний. - М.: Стандартинформ, 2007.

9. ГОСТ 29322-2014. Напряжения стандартные. - М.: Стандартинформ,

2015.

10. ГОСТ 30804.3.12-2013. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы гармонических составляющих тока, создаваемых

техническими средствами с потребляемым током более 16 А, но не более 75 А (в одной фазе), подключаемыми к низковольтным распределительным системам электроснабжения. Нормы и методы испытаний. - М.: Стандартинформ, 2014.

11. ГОСТ 30804.3.2-2013. Совместимость технических средств электромагнитная. Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе). Нормы и методы испытаний. - М.: Стандартинформ, 2014.

12. ГОСТ Р 54149-2010. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - М.: Стандартинформ, 2012.

13. Государственная программа Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года». Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2010 г. № 2446-р.

14. Григорьев О. Высшие гармоники в сетях электроснабжения 0,4 кВ / О. Григорьев // Новости электротехники. - 2003. - № 1. - С. 18-19.

15. Дмитриевский В.А. Высокоскоростной двигатель с переключением потока / В. А. Дмитриевский, В. А. Прахт, В.А. Климарев // Труды IX Международной конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2016 (ICPDS'2016) 3-7 октября 2016 г. - Пермь, 2016. - С. 332-335.

16. Дьяконов В.П. Генерация и генераторы сигналов/ В.П. Дьяконов. - М.: ДМК Пресс, 2009. - 384 с., ил.

17. Жижеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения предприятий. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2000. - 331 с.

18. Ильинский Н.Ф. Вентильно-индукторный электропривод -проблемы и перспективы развития // Вентильно-индукторный электропривод. - 2007. -Т. 1000. - №. 2. - С. 4.

19. Кассакаян Дж.Г., Шлехт М.Ф. Высокочастотные преобразователи высокой удельной объемной мощности для распределенных систем

электропитания. ТИИЭР. Тем. вып. «Энергетическая электроника» / Под ред. В.А. Лабунцова. - М.: Мир. - Т. 76. - 1988. - № 4. - С. 67-83.

20. Копылов И.П. Электрические машины. - М. : Энергоатомиздат, 1986. -

306 с.

21. Куско А., Томпсон М. Качество энергии в электрических сетях./пер. с англ. Рабодзея А.Н. - М.: Додэка-XXI, 2008. - 336 с.

22. Ли Ф.К. Будущее - за резонансными источниками питания // Электроника. - 1992. - № 2. - С. 71-72.

23. Ли Ф.К. Высокочастотные квазирезонансные преобразователи. ТИИЭР. Тем. вып. «Энергетическая электроника» / Под ред. В. А. Лабунцова. - М.: Мир. -Т. 76.- 1988. - № 4. - С. 83-97.

24. Лихошерст В.И. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии с импульсным регулированием: учебное пособие /В.И. Лихошерст. -Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2002. - 166 с.

25. Маевский О.А. Энергетические показатели вентильных преобразователей. - М.: Энергия, 1978. - 320 с.

26. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. - М.: Техносфера, 2005. - 632 с.

27. Механизированный инструмент, отделочные машины и вибраторы / Бойко В.Т. и др. - М.: Машиностроение, 1993. - 19 с.

28. Овчинников Д.А., Кастров М.Ю., Лукин А.В., Малышков Г.М., Герасимов А.А. Пассивные корректоры коэффициента мощности // Практическая силовая электроника. - 2002. - № 5.

29. Осин И.Л. Электрические машины автоматических устройств : учеб. пособие для вузов / И.Л. Осин, Ф.М. Юферов. - М.: Изд-во МЭИ, 2003. - 424 с. -ISBN 5-7046-0741-1.

30. Охапкин С.И. Электроприводы средств малой механизации по системе ПЧ-АД / С.И. Охапкин, Е.Н. Пировских, Н.И. Присмотров, С.А. Корякин // Труды IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному

электроприводу (АЭП-2004, Магнитогорск, 14-17 сентября 2004 г.). -Магнитогорск, 2004. - С. 145-147.

31. Панихин М.В. Электромагнитная совместимость электрических машин / М.В. Панихин, В.Я. Беспалов // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. десятой межд. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. В 3-х т. 27-28 февраля 2004 г. - М.: Изд-во МЭИ, 2004. - Т. 2. - С. 27.

32. Петров Б.А. Манипуляторы. - Л.: Машиностроение, 1984. - 238 с.

33. Пировских Е.Н. Оптимизация электромеханических модулей машин средств малой механизации / Е.Н. Пировских, Н.И. Присмотров, С.А. Корякин // Вестник Вятского научного центра Верхне-Волжского отделения Академии технологических наук Российской Федерации. - Киров, 2003. - 1(4). - С. 64-69.

34. Плехов А.С., Титов Д.Ю., Чернов Е.А. Расчет емкости конденсатора в цепи постоянного тока активного фильтра гармоник // Инженерный вестник Дона. - 2014. - Т. 28. - № 1.

35. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи напряжения в устройствах электропитания РЭА. - М.: Радио и связь. - 160 с.

36. Пономарев Ю.Г. Контроль энергоэффективности и качества потребления электроэнергии приемников с нелинейными характеристиками // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2017. -№ 7. - С. 315-324.

37. Пономарев Ю.Г. Анализ энергетических показателей в системах средств малой механизации включенных по системе ПЧ-АД с однофазным мостовым выпрямителем // Общество, наука, инновации (НПК-2013) Всероссийская ежегодная научно-практическая конференция: сборник материалов. - 2013. -С. 1136-1139

38. Пономарев Ю.Г. Измерение параметров электромагнитной совместимости электроустановок с питающей сетью с помощью ПК / Общество, наука, инновации (НПК-2015) Всероссийская ежегодная научно-практическая конференция: сборник материалов: Общеуниверситетская секция, БФ, ХФ, ФСА,

ФАМ, ЭТФ, ФАВТ, ФПМТ, ФЭМ, ФГСН, ЮФ. ФГБОУ ВПО «Вятский государственный университет». - 2015. - С. 1383-1387.

39. Пономарев Ю.Г. Моделирование преобразователя Чука с функцией корректора коэффициента мощности в среде MatLab // Общество, наука, инновации (НПК-2014) Всероссийская ежегодная научно-практическая конференция: сборник материалов: общеуниверситетская секция, БФ, ГФ, ФЭМ, ФАВТ, ФАМ, ФПМТ, ФСА, ХФ, ЭТФ. Вятский государственный университет. -2014. - С. 1148-1150.

40. Пономарев Ю.Г. Разработка энергоэффективных объектно-ориентированных преобразователей частоты для питания ручного инструмента на базе асинхронного двигателя // Труды IX международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2016. - 2016. -С. 466-469.

41. Пономарев Ю.Г. Расчет DC-DC преобразователя Чука с гальванической развязкой и корректором коэффициента мощности // Общество, наука, инновации (НПК-2014) Всероссийская ежегодная научно-практическая конференция: сборник материалов: общеуниверситетская секция, БФ, ГФ, ФЭМ, ФАВТ, ФАМ, ФПМТ, ФСА, ХФ, ЭТФ. Вятский государственный университет : сборник материалов. - 2014. - С. 1143-1147.

42. Пономарев Ю.Г., Присмотров Н.И. / Оценка эффективности применения корректора коэффициента мощности в системах средств малой механизации включенных по системе ПЧ-АД // Общество, наука, инновации (НПК-2013) Всероссийская ежегодная научно-практическая конференция: сборник материалов. - 2013. - С. 1150-1154.

43. Попков О.З., Чаплыгин Е.Е. Расчет выпрямителей с емкостным фильтром // Практическая силовая электроника. - 2007. - Вып. 25. - С. 15-19.

44. Присмотров Н.И. Ограничение статорного тока и момента в системах ПЧ-АД в переходных режимах / Н.И. Присмотров, Ю.Г. Пономарев, Е.Н. Пировских ; ВятГУ, ФАВТ, каф. ЭПиАПУ, ВятГУ, ФСА, каф. НГиЧ // Общество,

наука, инновации. НПК-2013 : всерос. ежегод. научно-практич. конференция: 1526 апреля 2013 г. : сборник материалов / ВятГУ. - Киров, 2013. - С. 1150-1151.

45. Присмотров Н.И. Выбор оптимального передаточного числа редуктора из условия минимума массы электромеханического модуля машин средств малой механизации / Н.И. Присмотров, Ю.Г. Пономарев, Е.Н. Пировских ; ВятГУ, ФАВТ, каф. ЭПиАПУ, ВятГУ, ФСА, каф. НГиЧ // Общество, наука, инновации. НПК-2013 : всерос. ежегод. научно-практич. конференция: 15-26 апреля 2013 г.: сборник материалов / ВятГУ. - Киров, 2013. - С. 1146-1147.

46. Присмотров Н.И. Выбор оптимального передаточного числа редуктора для обеспечения максимального быстродействия / Н.И. Присмотров, Ю.Г. Пономарев, Е.Н. Пировских ; ВятГУ, ФАВТ, каф. ЭПиАПУ // Общество, наука, инновации. НПК-2013 : всерос. ежегод. научно-практич. конференция: 15-26 апреля 2013 г. : сборник материалов / ВятГУ. - Киров, 2013. - С.1148-1149.

47. Присмотров Н.И. Групповые электроприводы машин средств малой механизации по системе ПЧ-АД / Н.И. Присмотров, Ю.Г. Пономарев // Электротехника. - 2013. - № 8. - С. 24-29. - ISSN 0013-5860.

48. Присмотров Н.И. Методы расчета тиристорных преобразователей частоты для систем ПЧ-АД промышленного ручного инструмента / Н.И. Присмотров, С.И. Охапкин, Е.Н. Пировских // Вестник Вятского центра Верхне-Волжского отделения Аадемии технологических наук Российской Федерации. - Киров, 1998. - Вып. 1/98. - С. 123-129.

49. Присмотров Н.И. Модель корректора коэффициента мощности в составе специализированного ПЧ / Н.И. Присмотров, Ю.Г. Пономарев, Е.Н. Пировских, Н.В. Садаков // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014 в 2-х томах (7-9 октября 2014 г. г. Саранск). - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2014. - Т. 2. - С. 246-250. -ISBN 978-5-7103-2962-7.

50. Присмотров Н.И. Объектно-ориентированные преобразователи частоты групповых электроприводов машин средств малой механизации / Н.И. Присмотров, С.И. Охапкин, С.А. Корякин, Н.В. Садаков // Известия

Тульского государственного университета. Технические науки. - Тула, 2010. -№3-3. - С. 133-137.

51. Присмотров Н.И. Разработка и исследование электроприводов по системе ПЧ-АД средств малой механизации / Н.И. Присмотров, С.А. Корякин [и др.] // Вестник Вятского научного центра Верхне-Волжского отделения Академии технологических наук Российской Федерации. - 1 (3) 2002. - С. 85-90.

52. Присмотров Н.И. Специализированные преобразователи частоты для питания ручного инструмента с улучшенными энергетическими показателями / Н.И. Присмотров, С.И. Охапкин, Ю.Г. Пономарев, С.А. Корякин // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014 в 2-х томах (7-9 октября 2014 г. г. Саранск). -Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2014. - Т. 2. - С. 241-246. - ISBN 978-5-71032962-7.

53. Присмотров Н.И. Электромеханические исполнительные устройства средств малой механизации // Мехатроника, автоматизация, управление. - М.: Новые технологии, 2006. - №6. - С. 23-29.

54. Присмотров Н.И. Электропривод промышленного ручного инструмента / Н.И. Присмотров, В.С. Хорошавин, Е.Н. Пировских // Труды III Международной (XIV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2001 (Нижний Новгород, 12-14 сентября 2001). - Нижний Новгород, 2001. -С. 178-179.

55. Присмотров Н.И. Электроприводы машин средств малой механизации с объектно-ориентированными преобразователями частоты / Н.И. Присмотров, Н.В. Садаков, С.А. Корякин, С.И. Охапкин, В.С. Хорошавин // Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. АЭП-2012 : ФГБОУ ВПО «ИвГЭУ им. В. И. Ленина». - Иваново, 2012. - С. 272-276.

56. Присмотров Н.И. Электроприводы промышленных машин малой механизации / Н.И. Присмотров, С.И. Охапкин, Е.Н. Пировских, Н.В. Садаков // Труды V Международной (XVI Всероссийской) конференции по

автоматизированному электроприводу АЭП-2007, г. Санкт-Петербург, 18-21 сентября 2007 г. / Санкт-Петербургский государственный политехнический университет; Московский энергетический институт; ОАО «Электропривод». -СПб., 2007. - С. 322-324.

57. Резников С., Бочаров В., Парфенов Е., Гуренков Н., Корнилов А.. Электроэнергетическая и электромагнитная совместимость вторичных источников импульсного питания с автономными системами электроснабжения переменного тока // Силовая Электроника. - № 5. - 2009.

58. Силовая электроника: учебник для вузов / Розанов Ю.К., Рябчинский М.В., Кваснюк А.А. 2-е изд., стереотипное. - М. : Издательский дом МЭИ, 2009. -632 с.

59. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. / Под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - Т. 2. - 688 с.: ил.

60. Трэвис Дж., Кринг Дж. LabView для всех / 4-е издание, переработанное и дополненное. - М.: ДМК Пресс, 2011. - 904 с.

61. Фёдоров А.А. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий: Электрооборудование и автоматизация / Сост.: Т. В. Анчарова, В. В. Каменева, А. А. Катарская; Под общ. ред. А. А. Федорова и Г. В. Сербиновского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1981. - 624 с., ил.

62. Akagi H., Watanabe E. H., Aredes M. Instantaneous power theory and applications to power conditioning ', A John Wiley & Sons //Inc., Publication. - 2017, 450p.

63. Angular grinder with new flux reversal motor / V. Dmitrievskii, V. Prakht [et al.] // Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2015 18th International Conference on. P. 1366-1371.

64. Cuk S., Middlebrook R.D., A New Optimum Topology Switching DC To DC Converter, IEEE Power Electronics Specialists Conference, 1977 Record, pp 160-179.

65. De Gusseme K., Van de Sype D.M., Van den Bossche A.P.M., Melkebeek J.A., Input-Current Distortion of CCM Boost PFC Converters Operated in DCM, Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol. 54, pp. 858-865, 2007

66. Development of 8/4 High-Speed Two-phase SRM used in a Grinding Machine / Wu Changlong [et al.] // 18th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). 2015. P. 584-587.

67. Erickson R. W., Maksimovic D., Fundamentals of Power Electronics. Secaucus, NJ, USA: Kluwer Academic Publishers, 2001.

68. Erickson R.W., Some Topologies of High Quality Rectifiers in the Proc. of the First International Conference on Energy, Power, and Motion Control, May 1997.

69. Fu M., Chen Q., A DSP based controller for power factor correction (PFC) in a rectifier circuit, IEEE Applied Power Electronics Conference, 2001, vol. 1, pp. 144149.

70. Greenhalgh F., Basic Switching Regulator Configurations And Characteristics, Proceedings of Powercon 2, Oct 1975, pp 116-121.

71. Haver R.J., A New Approach To Switching Regulators, Motorola Application Note AN-719, May 1974.

72. Haver R.J., Switched-Mode Power Supplies - Highlighting A 5V 40A Inverter Design, Motorola Application Note AN-737

73. Hsin L., Goldman M., Carlsten R., Witulski A., Kerwin W. Characterization and comparison of noise generation for quasi-resonant and pulsewidth-modulated converters // IEEE Trans. Power Elecnron. - 1994. Vol 9. №4. - P. 425-432.

74. Huber L., Jang Y., Jovanovic M. M., Performance evaluation of bridgeless PFC boost rectifiers, IEEE Trans. Power Electron., vol. 23, no. 3, pp. 1381-1390, May 2008.

75. IEEE STD/1459-2000. IEEE Trial Use Standard Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Non-Sinusoidal, Balanced, or Unbalanced Conditions. Institute of Electrical and Electronics Engineers. 2000. - 52 c.

76. Ismail E. H., Erickson R. W. A Single Transistor Three-Phase Resonant Switch for High Quality Rectification // IEEE Power Electronics Specialists Conference, 1992 Record, pp. 1341-1351.

77. Ismail E., Erickson R., Single-Switch 3 phase PWM Low Harmonic Rectifiers, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 11, pp. 338-346, March 1996.

78. Jang Y., Application of resonant technique for three-phase high power factor rectification and integrated magnetic converters, Ph.D. thesis, Univ. Colorado, Boulder, 1995.

79. Jang Y., Erickson R., Design and Experimental Results of a 6kW SingleSwitch Three-Phase High Power Factor Rectifier Using Multi-Resonant Zero Current Switching, IEEE Applied Power Electronics Conference, 1996 Record, pp. 524-530.

80. Jang Y., Jovanovic M.M., A comparative study of single-switch three-phase high-power-factor rectifiers, IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 34, pp. 1327-1334, Nov./Dec. 1998.

81. Jang, Y., Erickson, R.W. New Single-Switch Three-Phase High-Power-Factor Rectifiers Using Multiresonant Zero-current Switching. IEEE Trans. Power Electron. 1998, 13, 194-201.

82. Jang, Y., Jovanovic, M.M. Design considerations and performance evaluation of a 6-kW, single-switch, three-phase, high-power-factor, multi-resonant, zero-current-switching buck rectifier. In Proceedings of the 19th International IEEE Telecommunications Energy Conference, Melbourne, Australia, 22-23 October 1997; pp. 715-722.

83. Jovanovic M.M. High-Frequency, Off-Line Power Conversion Using QuasiResonant and Multi-Resonant Techniques, Ph.D. Dissertation, Virginia Polytechnic Institute and State University Blacksburg. September 20, 1988

84. Kavya Shree G V, Eranna, K Cnandra Mohan Reddy, An Isolated CUK Converter With Multiple Outputs Using PWM Controller ISSN(Print), Vol.1, No.2, pp. 33-36, 2013.

85. Kayisli K., Tuncer S., Poyraz M., An educational tool for fundamental DC-DC converter circuits and active power factor correction applications, Wiley Periodicals, May 2010, pp. 1-22.

86. Kimball J.W., Krein P.T., Chen Y., Hysteresis and Delta Modulation Control of Converters using Sensorless Current Mode, IEEE Trans. Power Electron., Vol. 21, Issue 4, pp. 1154-1158, Jul. 2006.

87. Kurkute Sanjay L., Patil Pradeep M., Patil Vinod H., A Comparative Study and Analysis of Power Factor Control Techniques, International Journal of Computer Science & Emerging Technologies, Volume 1, Issue 4, December 2010, pp. 63-68.

88. Lee D. H., Pham T. H., Ahn J. W. Design and operation characteristics of four-two pole high-speed SRM for torque ripple reduction //IEEE Transactions on Industrial Electronics. - 2013. - T. 60. - №. 9. - C. 3637-3643

89. Lee D. H., Ahn J. W. A novel four-level converter and instantaneous switching angle detector for high speed SRM drive //IEEE Transactions on Power Electronics. - 2007. - T. 22. - №. 5. - C. 2034-2041

90. Lee F.C., High-frequency quasi-resonant and multi-resonant converter technologies, in Proc. IECON, 1988, pp. 509-521

91. Lin B. T., Lee Y. S. Power-factor correction using Cuk converters in discontinuous-capacitor-voltage mode operation //IEEE transactions on industrial electronics. - 1997. - Vol. 44. - №. 5. - P. 648-653

92. Martinez R., Enjeti P.N., A high performance single phase AC to DC rectifier with input power factor correction, IEEE Trans. Power Electron., vol. 11, no. 2, pp. 311-317, Mar. 1996

93. Middlebrook R.D., Cuk S. Isolation and Multiple Output Extensions of a New Optimum Topology Switching DC- to-DC Converter, IEEE PESC 1978, pp. 256-264

94. Middlebrook R.D., Cuk S., A General Unified Approach To Modelling Switching-Converter Power Stages, IEEE Power Electronics Specialists Conference, 1976 Record, pp 18-34.

95. Mohamad Nazir Bin Abdullah, Design of a single phase unity power factor switch mode power supply (SMPS) with active power factor correction, M.Sc. thesis, Virginia Polythecnic Institute and State University, 2008.

96. Nishida Y., Kondoh T., Ishikawa M., Yasui K. Three-phase PWM current-source type PFC rectifier (theory and practical evaluation of 12 kW real product,! in Proc. PCC Conf., 2002, vol. 3, pp. 1217-1222.

97. Nussbaumer T., Baumann M., Kolar J.W., Comprehensive design of a three-phase three-switch buck-type PWM rectifier, IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 22, no. 2, Mar. 2007, pp. 551-562.

98. Phillips C.L., Nagle H.T., Digital control system analysis and design, Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J., 1984.

99. Power Quality. Edited by Mr Andreas Eberhard, Hard cover, 362 pages

100. Pressman A.I., Switching And Linear Power Supply, Power Converter Design, Hayden Book Co. Ltd., New York, 1977.

101. Programmer Manual. TDS200, TDS1000/TDS2000, TDS1000B/TDS2000B, and TPS2000 Series Digital Oscilloscopes, www.tektronix.com.

102. Rossetto L., Spiazzi G., Tenti P., Control Techniques for Power Factor Correction Converters, Application notes, Department of Electrical Engineering, Department of Electronics and Informatics, University of Padova, Via Gradenigo, Italy, pp. 1-9, 1994.

103. Salo M. A three-switch current-source PWM rectifier with active filter function,! in Proc. 36th IEEE Power Electron. Spec. Conf., Jun.12, 2005, pp. 22302236.

104. Simonetti D. S. L., Sebastian J., dos Reis F. S., Uceda J. Design Criteria for Sepic and CukConverters as Power Factor Preregulators in Discontinuous Conduction Mode, IECON Conf. Proc., 1992, pp. 283-288.

105. Singh B., Singh B.N., Chandra A., Al-Haddad K., Pandey A., and Kothari D.P., A Review of Three-Phase Improved Power Quality AC-DC Converters, IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 51, No. 3, June 2004, pp. 641-660.

106. Spiazzi G, Rossetto L, Mattaveli P and Buso S. High-Quality Rectifier Based on Cuk Converter in Discontinuous Capacitor Voltage Mode, Proceedings of the

European Conference on Power Electronics and Applications, Seville, Spain, vol. 12, Sept. 1995, p 385.

107. Spiazzi G., Mattavelli P. Design criteria for power factor preregulators based on SEPIC and Cuk converters in continuous conduction mode // Industry Applications Society Annual Meeting, 1994., Conference Record of the 1994 IEEE. -IEEE, 1994. - Vol. 2. - P. 1084-1089.

108. Tabis W.A., Jovanovic M.M., Lee F.C. High-fiequency multi-resonant converter technology and its applications, IEE Conf., July 1990.

109. Tabis W.A., Lee F.C. Multi-Resonant Switches - A Novel Approach to lmprove Performances of High-Frequency Quasi-Resonant Converters, IEEE Power Electronics Specialists' Conference Record, pp. 9-17, 1988.

110. The Power Electronics Handbook. Part 17 Power Quality and Utility Interface Issues

111. Tse C. K. Zero-order switching networks and their applications to power factor correction in switching converters //IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications. - 1997. - Vol. 44. - №. 8. - P. 667-675.

112. Tse C. K., Chow M. H. L. A theoretical examination of the circuit requirements of power factor correction //Power Electronics Specialists Conference, 1998. PESC 98 Record. 29th Annual IEEE. - IEEE, 1998. - Vol. 2. - P. 1415-1421.

113. Zargari R., Joos G. A current-controlled current source type unity power factor PWM rectifier,! in Proc. IEEE-IAS Annu. Meeting, Toronto, ON, Canada, Oct. 1993, pp. 793-799.

Программа управления силовым ключом понижающего МКРПН

* Created: 01.06.2016 10:27:53 ********************************************

* QRC control tabl_256 *

* ver 1.0 *

* (C)2016 by Ponomarev Yu.G * ********************************************

NOLIST

.INCLUDE "m32 8def.inc" ; Header for ATMEGA32 8 LIST

P O R T S A N D P I N S

EQU Enable= PB0 ;Разрешение работы ЧИМ

EQU Start = PB4 ;Пуск

C O N S T A N T S

. EQU Uzad = $F5 ;Задание по напряжению 245(300В)

.EQU Tzi = $19 ;Шаг задатчика интенсивности 25

.EQU Ti = $5E ;Длительность импульса 94(5,9мкс)

.EQU Kr = $05 ;Коэффициент регулятора

.EQU Udmax = $FA ;ограничение напряжения на выходе

.EQU Zer = $00

R E G I S T E R D E F I N I T I O N S

DEF DEF DEF DEF

TOOff TOOn TlOff TlOn

R12 R13 R14 R15

;Таймер0 ;Таймер0 ;Таймер1 ;Таймер1

выключен включен выключен включен

.DEF Tmp = R16

.DEF l1 = R17

. DEF Tmp1 = R18

. DEF Uzi = R2 5 ;Выход задатчика интенсивности

. DEF Ud = R2 3 ;Напряжение на выходе

. DEF Uerr = R22 ;Ошибка по напряжению

.DEF F = R21 ;Задание по частоте

.DEF TfimH = R2 0 ;Период импульсов (ст. разряды)

.DEF TfimL = R19 ;Период импульсов (мл. разряды)

; R E S E T A N D I N T V E C T O R S

CSEG

ORG $0000

Rjmp Main ORG OC1Baddr

Rjmp FIM ORG OC0Aaddr rjmp ZI ORG ADCCaddr

rjmp REG

M A I N

;Прерывание по сбросу ;Прерывание формирователя импульсов ;Прерывание задатчика интенсивности ;Прерывание по готовности АЦП P R O G R A M I N I T

Main:

; Init stack

F

ldi out ldi out ; Init Port ldi out ; Init Time ldi out ldi out mov ldi sts ldi out ldi mov ; Init Time ldi sts ldi sts mov ldi sts ldi sts ldi mov ; Init ADC ldi sts ldi

преобразование sts ldi sts

Tmp,HIGH(RAMEND) SPH,Tmp

Tmp,LOW(RAMEND)

SPL,Tmp

B

Tmp,0b00000101 DDRB,Tmp r0

Tmp,0b00000010 TCCR0A,Tmp Tmp,0b00000000 TCCR0B,Tmp T0Off,Tmp Tmp,0b00000010 TIMSK0,Tmp Tmp,Tzi OCR0A,Tmp Tmp,0b00000101 T0On,Tmp r1

Tmp,0b00100011

TCCR1A,Tmp

Tmp,0b00011000

TCCR1B,Tmp

T1Off,Tmp

Tmp,0b00000100

TIMSK1,Tmp

Tmp,Ti

OCR1BL,Tmp

Tmp,0b00011001

T1On,TMP

Tmp,0b01100101

ADMUX,Tmp

Tmp,0b10001111

ADCSRA,Tmp

Tmp,0b00010000

DIDR0,Tmp

;Init MSB stack ;Init LSB stack

;Определение направления выводов порта B ;мл. 4 разряда на выход

;Режим СТС

;Таймер 0 остановлен ;Установка прерывание по OCROA

; Режим Fast PWM ;Таймер 1 остановлен

;Установка прерывания по OCROA

;Uref<-+5V через емкость, ADC5 ;результат выравнен по левому краю ;делит.частоты 1/128, одноразовое

;АЦП вкл., разрешено прерывание ;

;включение вывода на аналоговый вход

P R O G R A M

L O O P

Loop:

проверке

Sbis Rjmp

inc cpi brne rjmp

PINB,4 wt1

l1 l1,10 Loop begin

;переход на подтверждение нажатия кнопки ;если кнопка не нажата продолжаем опрос ;при нажатой кнопке переход к 10 кратной

wt1: ldi l1,Zer

rjmp Loop

begin:

; Установка начальных значений переменных и сброс счетчиков таймеров

ldi Uzi,$00

ldi Ud,$00

ldi Uerr,$00

ldi F,$00

ldi TfimH,$04

ldi TfimL,$37

ldi Tmp,Zer

out TCNT0,Tmp

sts TCNT1H,Tmp

sts TCNT1L,Tmp

sts OCR1AH,TfimH

sts OCR1AL,TfimL

;Запуск таймеров и разрешение прерываний

out TCCR0B,T0On

sts ldi

преобразование sts sei

TCCR1B,T1On Tmp,0b11001111

ADCSRA,Tmp

loop1: cpi Ud,Udmax

brsh stopFIM

sbis PINB,1

sbi PORTB,0

импульсов

stopFIM: cbi

импульсов

rjmp contr_stop PORTB,0

;Таймер 0 запущен, коэф.деления 1024

;Таймер 1 запущен, коэф.деления 1 ;делит.частоты 1/12 8, непрерывное

;АЦП вкл.,запуск, разрешено прерывание ;Разрешение прерываний

;сравнение напряжения на выходе с максимальным ;если больше-равно перейти на stopFIM

;если меньше уст. 0-разр порт В, разреш.

;переход к контролю нажатия кнопки

;очистить 0-разряд порта В, блокировка

contr stop:

sbic PINB,4 rjmp loop1 cli

прерываний

cbi out sts

PORTB,0

TCCR0B,T0Off

TCCR1B,T1Off

;проверка 4-разряда порта В (кн. пуск)

;если PINB4=1 (кнопка нажата)

;если PINB4=0(кнопка выключена) -запрет

;Блокировка прохождения импульсов ;Таймер 0 остановлен ;Таймер 1 остановлен ;возврат к опросу кнопки

rjmp Loop

Подпрограмма обработки прерывания от таймераО (ЗИ)

ZI:

inc cpi

Uzi

Uzi,Uzad

brlo ZI stop out TCCR0B,T0Off

;приращение задатчика интенсивности ;проверка текущего значения ЗИ с граничным

;если меньше перейти на ZI stop ;в противном случае Таймер 0 остановлен

ZI stop:

reti

; Подпрограмма обработки прерывания от таймера1 (ФИ)

г

FIM:

sts OCR1AH,TfimH sts OCR1AL,TfimL reti

;запись новых значений ;длительности периода

; Подпрограмма обработки прерывания готовности АЦП

г

REG:

lds Ud,ADCH ;загрузка старших 8-разрядов

ldi Tmp1,0b11001111 ;делит.частоты 1/128, непрерывное преобразование

sts ADCSRA,Tmp1 ;АЦП вкл.,запуск, разрешено прерывание

mov Uerr,Uzi ;

sub brlo ldi mul ldi cp

с 0

breq ldi

ограничиваем 255 rjmp

Uerr,Ud

REG1

Tmp1,Kr

Tmp1,Uerr

Tmp1,$00

R1,Tmp1

Reg2 F,$ff

RDtabl

F,$00

REG1: ldi ограничиваем 0

Rjmp RDtabl

REG2: mov F,R0

;вычисление ошибки

;переход если ошибка отрицательная ;запись коэф. регулятора в регистр ;умножение коэф. регулятора на вел-ну ошибки

;сравнение старшего байта результата умножения

;если ст.байт результата умножения =0 переход ;в противном случае значения частоты

;переход к чтению табличных данных

;при отрицат.ошибке значение частоты

;переход к чтению табличных данных

;запись значения частоты

RDtabl:

ldi ldi ldi mul add adc cli lpm lpm sei reti

Tabl:

.db $4,$37, .db $4,$37, .db $4,$37, .db $4,$37, .db $4,$37, .db $4,$37, .db $3,$B0, .db $3,$29, .db $2,$C4, .db $2,$75, .db $2,$36, .db $2,$03, .db $1,$D8, .db $1,$B3, .db $1,$94, .db $1,$79, .db $1,$62, .db $1,$4D, .db $1,$ 3A, .db $ 1,$2A, .db $1,$1B, .db $1,$0D, .db $1,$01, .db $0,$F6, .db $0,$EC, .db $0,$E2, .db $0,$D9, .db $0,$D1, .db $0,$CA, .db $0,$C3, .db $0,$BC, .db $0,$B6,

ZH,HIGH(2*Tabl)

ZL,Low(2*Tabl)

Tmp1,$02

F,Tmp1

ZL,R0

ZH,R1

TfimH,Z+ TfimL,z

;загрузка в регистр Z

;начального адреса таблицы ;

;вычисление мл.разряда адреса зач.периода ;вычисление ст.разряда адреса зач.периода ;запрет прерываний перед записью ;запись в буфер ст.разряда адреса ;запись в буфер мл.разряда адреса ;разрешение прерываний

$4,$37, $4,$37, $4,$37, $4,$37, $4,$37, $4,$37, $3,$9D, $3,$1B, $2,$B9, $2,$6D, $2,$2F, $1,$FD, $1,$D3, $1,$AF, $1,$91, $1,$76, $1,$5F, $1,$4A, $1,$38, $1,$28, $1,$19, $1,$0C, $1,$00, $0,$F5, $0,$EA, $0,$E1, $0,$D8, $0,$D0, $0,$C9, $0,$C2, $0,$BC, $0,$B6,

$4,$37,$4, $4,$37,$4, $4,$37,$4, $4,$37,$4, $4,$37,$4, $4,$37,$4, $3,$8A,$3, $3,$0D,$3, $2,$AE,$2, $2,$64,$2, $2,$28,$2, $1,$F7,$1, $1,$CE,$ 1, $1,$AB,$1, $1,$8D,$1, $1,$73,$1, $1,$5C,$1, $1,$48,$1, $1,$36,$1, $1,$26,$1, $1,$17,$1, $1,$ 0A,$ 1, $0,$FE,$0, $0,$F3,$0, $0,$E9,$0, $0,$E0,$0, $0,$D7,$0, $0,$CF,$ 0, $0,$C8,$0, $0,$C1,$0, $0,$BB,$0, $0,$B5,$0,

$37, $37, $37, $37, $37, $1E, $78, $00, $A4, $5C, $22, $F2, $C9, $A7, $ 8A, $70, $5A, $46, $34, $24, $16, $09, $FD, $F2, $E8, $DF, $D6, $CF, $C7, $C0, $BA, $B4,

$4,$37, $4,$37, $4,$37, $4,$37, $4,$37, $4,$06, $3,$67, $2,$F3, $2,$9A, $2,$54, $2,$1B, $1,$EC, $1,$C5, $1,$A3, $1,$86, $1,$6D, $1,$57, $1,$43, $1,$32, $1,$22, $1,$14, $1,$07, $0,$FB, $0,$F1, $0,$E7, $0,$DE, $0,$D5, $0,$CE, $0,$C6, $0,$C0, $0,$B9, $0,$B3,

$4,$37, $4,$37, $4,$37, $4,$37, $4,$37, $3,$EF, $3,$57, $2,$E7, $2,$91, $2,$4C, $2,$15, $1,$E7, $1,$C0, $1,$9F, $1,$83, $1,$6A, $1,$54, $1,$41, $1,$30, $1,$2 0, $1,$12, $1,$06, $0,$FA, $0,$EF, $0,$E6, $0,$DD, $0,$D4, $0,$CD, $0,$C5, $0,$BF, $0,$B9, $0,$B3,

$4,$37, $4,$37, $4,$37, $4,$37, $4,$37, $3,$D9, $3,$47, $2,$DB, $2,$87, $2,$45, $2,$0F, $1,$E2, $1,$BC, $1,$9C, $1,$80, $1,$67, $1,$52, $1,$3F, $1,$2E, $1,$1E, $1,$11, $1,$04, $0,$F9, $0,$EE, $0,$E4, $0,$DC, $0,$D3, $0,$CC, $0,$C5, $0,$BE, $0,$B8, $0,$B2,

$4,$37 $4,$37 $4,$37 $4,$37 $4,$37 $3,$C4 $3,$38 $2,$CF $2,$7E $2,$3D $2,$09 $1,$DD $1,$B8 $1,$98 $1,$7C $1,$64 $1,$4F $1,$3D $1,$2C $1,$1D $1,$0F $1,$03 $0,$F7 $0,$ED $0,$E3 $0,$DB $0,$D2 $0,$CB $0,$C4 $0,$BD $0,$B7 $0,$B1

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

Акты о внедрении

Общество с ограниченной ответственностью «Вятская деревообрабатывающая компания» ИНН 4345077890 ОГРН 10443116518840

«Утверждаю»

«ВДК»

Настоящим актом подтверждаем, что результаты научно-исследовательской работы Пономарева Юрия Геннадьевича внедрены в практическую деятельность в ООО «Вятская деревообрабатывающая компания».

Разработанные автором методики расчетов и имитационные модели, алгоритмы управления активными корректорами коэффициента мощности применяются при разработке транзисторных преобразователей частоты для питания электропил ЭПЧ-3.02.

Применение результатов исследований позволяют значительно повысить качество электромагнитной совместимости с питающей сетью, повысить эффективность электроприводов электропил при высокой надежности.

Акт внедре

результатов научно- исследовательской работы

/А. В. Зонов/

Начальник цеха

Наговицын О. С.

«Утверждаю»

Директор ООО «Отделочник» Кузнецов А.В.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов научно-исследовательскои деятельности

Мы, нижеподписавшиеся представители ООО «Отделочник» и Вятского государственного университета, составили настоящий акт в том, что в ООО «Отделочник» внедрены и находятся в эксплуатации групповые электроприводы штукатурно-затирочных машинок, реализованные на базе преобразователей частоты ВятГУ.

При внедрении преобразователей частоты и систем электропривода использованы схемные решения, методики расчета и системы управления, предложенные в диссертационной работе Пономарева Юрия Геннадьевича. Применение полученных результатов позволяет обеспечить высокое качество энергопотребления и высокий уровень электромагнитной совместимости с питающей сетью. Уровень гармонического состава входного тока указанных преобразователей частоты соответствует требованиям ГОСТ 30804.3.2-2013 «Совместимость технических средств электромагнитная. Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе)».

От ВятГУ

Начальник УММ

От ООО «Отделочник»

Третьяков С.И.

Зав.кафедрой ЭП и АПУ, к.т.н, доцент

Охапкин С.И.

ЭЛЕКТРОПРИВОД"

Акционерное общество

Ректору ФГБОУ ВО ВятГУ В.Н. Пугачу

Октябрьский пр-т, 24, г.Киров, Россия, 610006 Телефон [phone], 23-24-29 Факс [phone], 58-45-80 E-mail: [e-mail]

http://www.epv.ru ОГРН 1024301320856 ИНН 4345000922 КПП 434501001

ул. Московская, 36, г. Киров, 610000 тел.[phone] факс [phone]

№ 04-15Д/

На №

от

Акт внедрения результатов научно-исследовательской работы

Настоящим актом подтверждаем, что результаты научно- исследовательской работы Пономарева Юрия Геннадьевича внедрены в практическую деятельность АО "Электропривод".

Разработанные автором методики расчетов и имитационные модели, алгоритмы управления активными корректорами коэффициента мощности планируется внедрить при разработке современных электроприводов на базе вентильного двигателя с высоким уровнем электромагнитной совместимости.

Применение результатов исследований позволяет произвести анализ искажений сетевого тока и энергетических параметров питающей сети на этапе моделирования электроприводов, что значительно сокращает сроки проектирования электроприводов с необходимым уровнем кондуктивных помех.

Результаты диссертационных исследований применялись при выполнении научно-исследовательской работы на тему "Анализ искажений переменного тока в питающей сети и коэффициента мощности. Разработка рекомендаций по выбору корректирующих устройств", договор 3902-16 (677/2016) от 29.11.2016.

[иректор

Ч«Р

Д.В. Конышев

Ерохин Денис Викторович [phone]