Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Энергосбережение в электроприводе переменного тока с активным выпрямителем для горного оборудования

Диссертация: Энергосбережение в электроприводе переменного тока с активным выпрямителем для горного оборудования
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Реализация результатов работы. Рекомендации по структуре и составу оборудования электропривода мельницы полусамоизмельчения (МПСИ) и электропривода системы конвейеров для дробильно-сортировочного тракта, а также методика оценки энергетических характеристик электропривода переданы в ЗАО «ВНИИ Галургии» и СП ЗАО «ИВС», где могут быть использованы при разработке приводов горного оборудования… Читать ещё >

Энергосбережение в электроприводе переменного тока с активным выпрямителем для горного оборудования (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Проблемы качества электроэнергии в электрических сетях горных предприятий и анализ существующих технических средств и решений, направленных на повышение качества электроэнергии
    • 1. 1. Проблемы качества электроэнергии в электрических сетях горных предприятий
    • 1. 2. Анализ качества электроэнергии в электрической сети с полупроводниковыми преобразователями
    • 1. 3. Анализ существующих технических средств и решений, направленных на повышение качества электроэнергии
  • Выводы к главе 1
  • Глава 2. Энергосбережение средствами электропривода с преобразователем частоты на основе активного выпрямителя
    • 2. 1. Непосредственные преобразователи частоты
    • 2. 2. Двухзвенные преобразователи частоты с промежуточным звеном переменного тока
    • 2. 3. Двухзвенные преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока
    • 2. 4. Двухзвенные преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока на базе активных выпрямителей
    • 2. 5. Разработанные структуры преобразователей частоты с активными выпрямителями
  • Выводы к главе 2
  • Глава 3. Математическое моделирование частотно-регулируемого электропривода с активным выпрямителем
    • 3. 1. Математическое моделирование синхронного электропривода с электромагнитным возбуждением, с датчиком положения ротора и с векторной системой управления
    • 3. 2. Математическое моделирование синхронного электропривода с электромагнитным возбуждением, без датчика положения ротора и с векторной системой управления
    • 3. 3. Математическое моделирование синхронного электропривода с вентильным двигателем, без датчика положения ротора и с прямым управлением моментом
  • Выводы к главе 3
  • Глава 4. Экспериментальные исследования макета электропривода с активным выпрямителем. Алгоритмы управления электроприводом
    • 4. 1. Описание макета электропривода с активным выпрямителем
    • 4. 2. Результаты физического моделирования на стенде
    • 4. 3. Способы управления регулируемым электроприводом
      • 4. 3. 1. Векторное управление
      • 4. 3. 2. Прямое управление моментом
  • Выводы к главе 4
  • Глава 5. Методика оценки энергетических характеристик электропривода на этапе проектирования. Варианты промышленной реализации электроприводов с активным выпрямителем
    • 5. 1. Методика оценки энергетических характеристик электропривода на этапе проектирования
    • 5. 2. Эксплуатирующиеся горные машины с электроприводом с активным выпрямителем на территории России
    • 5. 3. Вариант промышленной реализации электропривода с активным выпрямителем для мельницы полусамоизмельчения
    • 5. 4. Вариант промышленной реализации электропривода с активным выпрямителем для дробильно-сортировочного конвейерного тракта
  • Выводы к главе 5

Актуальность работы. В настоящее время вопросы эффективного использования энергоресурсов в целом и электрической энергии в частности, а также повышения энергоэффективности электроприводов выходят на первый план в контексте развития современной мировой экономики. Энергосбережение (рационализация производства, распределения и использования энергии) стало в последние годы одним из актуальных направлений технической политики во всех развитых странах мира. В России формируется нормативная база, направленная на эффективное электропотребление и энергосбережение. Основными документами являются:

— Федеральный закон «Об энергосбережении» № 28-ФЗ от 03.04.1996;

Федеральный закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности.» № 261-ФЗ от 23.11.2009;

— Приказ Минэкономразвития России «Об утверждении примерного перечня мероприятий в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности.» № 61 от 17,02.2010.

В промышленно развитых странах большая часть производимой электроэнергии (порядка 60%) потребляется электроприводами различного назначения. Совершенствование производственных механизмов и технологических процессов обусловливает развитие автоматизированного электропривода, который должен обеспечивать экономию электроэнергии за счет организации наиболее экономичной работы механизма в установившихся и переходных режимах и уменьшения потерь в самом электроприводе. Именно в области электропривода находятся основные резервы экономии и рационального использования электроэнергии.

Таким образом, задачи разработки, исследования характеристик и режимов работы и внедрения энергосберегающего электропривода для горного оборудования представляются актуальными.

В основу исследований легли работы Абрамовича Б. Н., Браславского И. Я., Вейнгера A.M., Емельянова А. П., Ефимова A.A., Жежеленко И. В., Ильинского Н. Ф., Карасева A.B., Кириллова P.C., Лазарева Г. Б., Решетняка С. Н., Усольцева A.A., Шрейнера Р. Т., Юнькова М. Г. и др.

Цель работы: повышение энергетической эффективности электроприводов промышленных установок горных предприятий путем обоснования применения систем асинхронного и синхронного привода с преобразователями частоты на основе активного выпрямителя и оценка энергоэффективности электропривода на этапе проектирования.

Для достижения обозначенной цели в работе поставлены и решены следующие основные задачи исследования:

1. Разработка структуры электропривода с использованием преобразователя частоты на основе активного выпрямителя для обеспечения компенсации реактивной мощности и уменьшения коэффициента искажения синусоидальности напряжения.

2. Разработка математических моделей, позволяющих рассчитать статические и динамические характеристики электроприводов на основе асинхронных и синхронных двигателей.

3. Экспериментальные исследования электроприводов с асинхронным и синхронным двигателями и преобразователями частоты на основе активного выпрямителя, сравнение результатов эксперимента с результатами математического моделирования.

4. Разработка методики оценки энергетических характеристик электропривода с преобразователем частоты на основе активного выпрямителя на этапе проектирования.

Идея работы. Применение преобразователя частоты с активным выпрямителем в структуре асинхронного и синхронного электропривода горного оборудования обеспечивает энергосбережение за счет плавных пусковых режимов, повышения и контроля коэффициента мощности (для асинхронного электропривода), хорошей электромагнитной совместимости с питающей электросетью (снижение коэффициента искажения синусоидальности напряжения и поддержание его в пределах, заданных ГОСТом) и возможности работы привода в четырех квадрантах механической характеристики (торможение с рекуперацией энергии в питающую сеть).

Методы исследований. Использованы методы теории электрических цепей, теории обобщенной электрической машины, микропроцессорных систем управления, математического моделирования динамических режимов в электроприводах с полупроводниковыми преобразователями с использованием компьютерного программного обеспечения МАТЬАВ.

Научная новизна работы:

1. Научно обосновано применение активного выпрямителя в качестве энергосберегающего элемента электропривода переменного тока горного оборудования.

2. Разработана методика оценки энергетических характеристик электропривода с преобразователем частоты на основе активного выпрямителя, позволяющая с применением математического моделирования сделать выводы об энергосберегающих качествах электропривода на этапе проектирования.

Защищаемые научные положения:

1. Электропривод переменного тока горных машин с преобразователем частоты на основе активного выпрямителя является индивидуальным комплексным энергосберегающим оборудованием, позволяющим поддерживать коэффициент мощности и коэффициент несинусоидальности напряжения в необходимых пределах и обеспечивать рекуперативное торможение.

2. Математическое моделирование и определение на его основе показателей энергоэффективности регулируемых электроприводов с преобразователями частоты с активным выпрямителем позволяют разработать методику сравнительной оценки вариантов электропривода горного оборудования и параметров системы электроснабжения горного предприятия на этапе проектирования.

Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, основана на удовлетворительной сходимости результатов математического моделирования и экспериментальных исследований.

Практическая ценность работы:

1. Разработаны новые структуры электропривода горного оборудования, включающие в себя асинхронные или синхронные электродвигатели и преобразователи частоты с активным выпрямителем.

2. Разработана математическая модель электропривода и методика оценки его энергетических характеристик, позволяющая сделать выводы об энергоэффективности электропривода на этапе проектирования.

Реализация результатов работы. Рекомендации по структуре и составу оборудования электропривода мельницы полусамоизмельчения (МПСИ) и электропривода системы конвейеров для дробильно-сортировочного тракта, а также методика оценки энергетических характеристик электропривода переданы в ЗАО «ВНИИ Галургии» и СП ЗАО «ИВС», где могут быть использованы при разработке приводов горного оборудования Учалинского ГОК, завода фосфатов в Сирии, Березняковского калийного производственного рудоуправления № 4 ОАО «Уралкалий».

Личный вклад автора. Определение и постановка задачи. Исследование структуры электропривода эксплуатирующегося горного оборудования. Теоретическое обоснование энергоэффективности электропривода с преобразователем частоты с активным выпрямителем, разработка структуры электропривода на базе данного электрооборудования. Проведено исследование макетного образца, в составе которого задействован активный выпрямитель.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях: V международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии автоматизации и диспетчеризации промышленных предприятий» (Санкт-Петербург, СПГГИ (ТУ), 2010 г.) — II международная научно-практическая конференция «Энергосбережение, электромагнитная совместимость и качество в электрических системах» (Пенза, ПТУ, 2011 г.) — XVIII международная научно-техническая конференция.

Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика" (Одесса, ОГПУ, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 5 работ в научных изданиях, рекомендованных «Перечнем ВАК.».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 52 рисунка, 6 таблиц и список литературы из 74 наименований. Общий объем диссертации 168 страниц.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Использование активного выпрямителя в составе преобразователя частоты обеспечивает коэффициент мощности, близкий к единице, что повышает энергоэффективность приводов с асинхронными двигателями, и коэффициент искажения синусоидальности напряжения в пределах, установленных ГОСТ, что повышает энергоэффективность приводов как с асинхронными, так и с синхронными двигателями.

2. Разработаны структуры регулируемого электропривода с применением в составе преобразователя частоты активного выпрямителя. Рассмотрены электроприводы на базе асинхронного и синхронного двигателей.

3. Экспериментальные исследования на физической модели, включающей преобразователь частоты и нагрузочные электродвигатели, показали адекватность предложенной математической модели, выполненной с использованием прикладного пакета программ МАТЬАВ-7,0.

4. Разработана методика оценки энергетических характеристик электропривода с преобразователем частоты на основе активного выпрямителя на этапе проектирования.

5. Предложены варианты реализации электропривода с преобразователем частоты с активным выпрямителем для горного оборудования: мельницы полусамоизмельчения и системы конвейеров дробильно-сортировочного тракта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой решается актуальная научно-техническая задача повышения энергетической эффективности электроприводов горного оборудования путем создания и применения систем асинхронного и синхронного привода с преобразователями частоты на основе активного выпрямителя.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.В., Козярук А. Е., Загривный Э. А. Электрические машины. Моделирование электрических машин приводов горного оборудования // СПб.: Изд-во СПГГИ (ТУ), 2006. 58 с.
  2. .М. Технические средства диспетчерской службы на угледобывающих предприятиях. Учебное пособие // СПб.: Филиал Санкт-Петербургского государственного горного университета «Воркутинский горный институт», 2010. 85 с.
  3. И .Я., Ишматов З. Ш., Поляков В. Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод // Под ред. Браславского И. Я. М.: АС ADEMA, 2004. 202 с.
  4. A.M. Перспективы регулируемых электроприводов переменного тока большой мощности // М.: Rockwell Automation. 6 с.
  5. A.M. Регулируемый синхронный электропривод // М.: Энергоатомиздат, 1985. 224 с.
  6. В.И., Загривный Э. А., Козярук А. Е. Электромагнитная и электромеханическая совместимость в электротехнических системах с полупроводниковыми преобразователями // СПб: Изд-во СПГГИ (ТУ), 2000. -68 с.
  7. A.B. Анализ электромагнитных процессов и регулирование асинхронных частотно-управляемых электроприводов с широтно-импульсной модуляцией // М.: Электротехника, 2001. № 1, с. 2−11.
  8. Ю.Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделированиеполупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие // СПб.: КОРОНА принт, 2001.-320 с.
  9. ГОСТ 13 109–97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» // ТК 30 ЭМС, 1997.
  10. A.B., Ещин Е. К. Общая задача управления асинхронным электродвигателем // М.: Электромеханика, 2010. № 1, с. 39−43.
  11. А.Р. Электроприводы на основе асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности для волочильных станов // М.: Электротехника, 2009. № 10, с. 22−28.
  12. .З., Емельянов А. П., Козярук А. Е., Свириденко А. О. Высоко динамичные энергоэффективные электроприводы горных машин // М.: Горное оборудование и электромеханика, 2011. № 4, с. 34−39.
  13. И.Х., Горобец A.C., Мошкович Б. И. и др., под ред. канд. техн. наук Перельмутера В. М. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник // М.: Энергоатомиздат, 1988. 319 с.
  14. А.П., Свириденко А. О. Алгоритм управления электроприводом с вентильным двигателем и преобразователем частоты с активным выпрямителем // СПб.: Записки Горного института, 2011. Том 189, с. 87−90.
  15. A.A. Алгоритмы ШИМ и регулирование активных преобразователей тока // Красноярск: Межвузовский сборник научных трудов «Информатика и системы управления», отв. редактор Соустин Б. П. НИИ ИПУ, 2000. Вып. 5, с. 247−260.
  16. A.A., Шрейнер Р. Т. Активные преобразователи в регулируемых электроприводах переменного тока // Под общей ред. д.т.н., проф. Шрейнера Р. Т. Новоуральск: Изд-во НГТИ, 2001. 250 с.
  17. E.H., Кацевич В. Л., Козырев С. К. Электроприводы постоянного тока с вентильными преобразователями // М.: Энергоиздат, 1981. -192 с.
  18. Г. С. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники (электроэнергетический аспект). // Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998.-90 с.
  19. A.C. Структура и математическая модель асинхронного электропривода без датчиков основных координат // СПб.: Записки Горного института, 2007. Т. 1 (170), с. 50−53.
  20. A.B., Смирнов В. М. Математическая модель прямого управления моментом асинхронного привода // Саранск: Изд-во Мордовского государственный университет им. Н. П. Огарева, 2009. 6 с.
  21. ., Есин Е. Современные преобразователи частоты: методы управления и аппаратная реализация // М.: Силовая электроника, 2004. № 1, с. 50−54.
  22. В.П., Москалев А. Д. Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания // Под ред. Малышкова Г. М., Лукина A.B. М.: Практическая силовая электроника, 2002. № 5, 14 с.
  23. В.И. Автоматизированный электропривод // М.: Энергия, 1980.-408 с.
  24. А.Е. Структура и алгоритмы управления асинхронным электроприводом с полупроводниковыми коммутаторами // Одесса: Электротехнические и компьютерные системы, 2011. № 1 (77), с. 80−81.
  25. А.Е., Кузнецов Н. М., Федоров О. В., Свириденко А. О. Искажение формы питающего напряжения в сетях электроснабжения при наличии полупроводниковых преобразователей // М.: Горное оборудование и электромеханика, 2011. № 6, с. 30−35.
  26. А.Е., Рудаков В. В. Системы прямого управления моментом в частотно-регулируемых электроприводах переменного тока // СПб.: СПЭК, 2005.- 100 с.
  27. А.Е., Черемушкина М. С. Структура и алгоритмы управления и автоматизации при использовании мощных электромеханических комплексов с полупроводниковыми преобразователями // СПб.: Записки горного института, 2008. № 177, с. 69−74.
  28. H.JI. Автоматизированный электропривод // Л.: ЛВВИСКУ, 1978.-491 с.
  29. В.И., Мелешкин В. Н., Мясищев C.B., Симоненков Д. В., Шипаева С. Н. Высоковольтный преобразователь частоты для питания асинхронных двигателей // М.: Электротехника, 2004. № 10, с. 19−24.
  30. Г. Б. Высоковольтные преобразователи для частотно-регулируемого электропривода. Построение различных систем // М.: Новости электротехники, 2005. № 2 (32), 7 с.
  31. В.А. Векторная система регулирования тока для трехфазных инверторов напряжения // М.: Электротехника, 2001. № 11, с. 13−16.
  32. Р.Г. Экспериментальные исследования энергоэффективности нерегулируемых электроприводов насосных агрегатов на основе асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности // М.: Приводная техника, 2011. № 2, с. 2−8.
  33. С.Г., Чаплыгин Е. Е., Кондратьев Д. Е. Широтно-импульсная модуляция в трёхфазных инверторах напряжения // М.: Электричество, 2008. № 7, с. 23−31.
  34. В.Н., Уткин С. Ю. Сравнительный анализ схем силовых преобразователей для вентильно-индукторного электропривода массового применения // Приводная техника, 2000. № 4, с. 44−50.
  35. Н.Г., Фагциленко В. Н. Анализ электромеханической системы с гибкой обратной связью по току в резонансных режимах // М.: Горный информационно-аналитический бюллетень, 2005. № 1, с. 49−52.
  36. E.H. Повышение энергоэффективности горных предприятий на основе управления энергетическими ресурсами. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук // М.: Московский государственный горный университет, 2007.
  37. А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах // Чебоксары: Изд-во Чувашского университета, 1998. 172 с.
  38. В.В., Столяров И. М., Дартау В. А. Асинхронные электроприводы с векторным управлением // Л.: Энергоатомиздат, 1987. 136 с.
  39. А.О. Структура двухдвигательного синхронного частотно-регулируемого электропривода мельницы полусамоизмельчения // М.: Горное оборудование и электромеханика, 2011. № 3, с. 32−36.
  40. А.О. Электромеханические процессы в электроприводах горных машин на основе синхронного двигателя // СПб.: Записки Горного института, 2011. Том 189, с. 103−106.
  41. A.A. Частотное управление асинхронными двигателями. Учебное пособие // СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. 94 с.
  42. О.В. Аспекты инновационной деятельности. Монография // М.: ИНФРА-М, 2010. 266 с.
  43. В.А. Управление электроснабжением нефтеперерабатывающих предприятий в условиях массового применения регулируемого электропривода // СПб.: изд-во СПбГТУ, 2001. 64 с.
  44. Е., Тьинь В. М., Ан Н.Х. Виенна-выпрямитель трехфазный корректор коэффициента мощности // М.: Силовая электроника, 2006. № 1, с. 20−23.
  45. Черных И.В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений // Под общей ред. к.т.н. Потемкина В. Г. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. 496 с.
  46. Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты // Екатеринбург: Изд-во УРО РАН, 2000. 654 с.
  47. Р.Т., Ефимов A.A. Активный фильтр как новый элемент энергосберегающих систем электропривода // Электричество, 2000. № 3, с. 4654.
  48. Р.Т., Кривовяз В. К., Калыгин А. И., Шилин C.B. Энергосберегающий промышленный регулируемый асинхронный электропривод нового поколения на основе двухзвенно-непосредственных преобразователей частоты // М.: Силовая электроника, 2007. № 1, с. 42−44.
  49. А., Сернов В., Черепанова Е. Автоматизированная система управления мельницей мокрого самоизмельчения ММС 105*54 // М.: Современные технологии автоматизации, 1998. № 2, с. 26−29.
  50. Д.В. Исследование работы регулятора напряжения активного выпрямителя частотно-регулируемого электропривода // Днепропетровск: Горная электромеханика и автоматика, 2008. № 80, с. 180−185.
  51. Bettega Е., Fiorina J.N. Active Harmonic Conditioners and Unity Power Factor Rectifiers // Cahier Technique Schneider Electric, ЕСТ 183, 1999 28 p.
  52. Habetler T.G. A Space Vector Based Rectifier Regulator for AC/DC/AC Converters // IEEE Trans, on Power Elect., 1993. Vol. № 8, p. 30−36.
  53. Malinowski M. Adaptive Modulator Three-Phase PWM Rectifier/Inverter // Proceeding 9th International Conference on Power Electronics and Motion Control (EPE-PEMC 2000), 5−7 September 2000, Koshice, Slovac Republic. P. 1−35 1−40.
  54. Mika Aalonen, Peekka Tiitinen, Jakko Lalu, Samuli Heikkila. Direct Torque Control of AC Motor Drives // ABB Review, 1995. № 3, p. 19−24.
  55. Simon J-J, Casimir R., Meuret R. Active rectifier combined with an energy storage device for an electrical subnetwork // 27th international congress of the aeronautical sciences (ICAS-2010). 7 p.
  56. P.K., Gruning H.E., Werninger J. (ABB Industry AG), Carroll E., Klaka S., binder S. (ABB Semiconductors AG). IGCT появление новой технологии для сверхмощных экономически эффективных преобразователей // М.: Электротехника, 1999. № 4, с. 10−18.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!