Автореферат (Совершенствование системы управления однофазными регуляторами переменного напряжения в трехфазной сети)

На правах рукописиЧижикова Наталья ВадимовнаСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯОДНОФАЗНЫМИ РЕГУЛЯТОРАМИ ПЕРЕМЕННОГОНАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИСпециальность 05.13.05 – Элементы и устройства вычислительнойтехники и систем управленияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукРыбинск 2015Работа выполнена в Федеральном Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рыбинский государственныйавиационный технический университет имени П. А. Соловьева»Научный руководителькандидат технических наук, доцент,доцент кафедры электротехникии промышленной электроникиРГАТУ имени П.А.

СоловьеваМанин Алексей ВасильевичОфициальные оппонентыдоктор технических наук, профессор,профессор кафедры электротехникии промышленной электроникиМГТУ имени Н.Э. БауманаСоловьев Владимир Алексеевичкандидат технических наук,инженер-программистНПО «Криста»,Маврин Сергей ВладимировичВедущая организацияОАО «Конструкторское бюро«Луч», г.

РыбинскЗащита состоится 27 апреля 2015 года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.125.01 в Московском авиационном институте поадресу: 125993, Москва А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4.Предварительный заказ пропусков по телефону: 8-499-158-40-90С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ или по ссылке:Автореферат разослан ____________2015г.Отзывы на автореферат просим отправлять в 2-х экземплярах, заверенныхгербовой печатью, по адресу: 125993, Москва А-80, ГСП-3, Волоколамскоешоссе, д. 4, Ученый совет МАИ.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.125.01кандидат технических наук _______________________А.

В. Корнеенкова2Общая характеристика работыАктуальность работыВ рамках проводимой политики эффективного использования энергетических ресурсов развиваются и внедряются новые технологии, направленные наразработку энергосберегающих элементов, устройств, и материалов. В связи сэтим, широкое распространение получили энергоэффективные светодиодныелампы на основе лейкосапфира. Одной из прогрессивных технологий получения лейкосапфира является выращивание его монокристаллов по методуКиропулоса с применением специализированных ростовых установок. Данныеустановки включаются в трехфазную сеть по однофазной схеме и имеютсложный процесс выращивания кристаллов, на который существенно влияютпоказатели качества электрической энергии.

Так, скачки и провалы напряженияна установке в несимметричном режиме вызывают нарушение качества регулирования, что приводит к образованию в монокристалле дефектных включений.Одним из критериев качества регулирования является стабильность спектра мощности на нагревательном элементе, который в данной системе напрямую связан с режимом регулирования напряжения в условиях несимметричного режима, поэтому о качестве регулирования можно судить по коэффициентунесимметрии. Применение мероприятий по снижению коэффициента несимметрии позволяет избавиться от резких изменений напряжения на нагревателе,тем самым улучшая качество регулирования переменного напряжения иобеспечивая стабильный спектр мощности нагревателя.Анализ разработок в данной области показывает, что основным направлением является применение регуляторов переменного напряжения на базетрансформаторно-ключевых элементов.

Однако существующие устройства непозволяют обеспечить прецизионное регулирование переменного напряжения,поскольку, во-первых, их низкое быстродействие не соответствует неравномерному характеру энергопотребления ростовых установок, во-вторых, онисодержат в себе нелинейные элементы и основаны на фазном методе регулирования, в результате которого появляются высшие гармоники в спектральномсоставе тока и мощности на нагревателе, вносящие дополнительные искаженияв сеть.Таким образом, в целях устранения недостатков существующих технических решений необходимо, во-первых, обеспечить автоматизацию процессарегулирования переменного напряжения, обеспечивающую поддержаниеоптимального коэффициента несимметрии, во-вторых, увеличить быстродействие, в-третьих, минимизировать искажения, вносимые в сеть при работерегуляторов переменного напряжения.Цель диссертационной работыУлучшение параметров системы регулирования переменного напряженияЗадачи диссертационной работы1.

Исследование влияния несимметричного режима на качество регулирования переменного напряжения и стабильность спектра мощности32. Анализ схемных решений существующих регуляторов переменногонапряжения и устройств симметрирования3. Исследование статических характеристик регулятора переменногонапряжения на основе быстродействующего симметрирующего устройства(СУ) на базе магнитовентильных элементов (МВЭ) и определение его энергетических показателей.4. Разработка математической модели и оптимизация параметров быстродействующего СУ на базе МВЭ.5. Разработка инженерной методики построения быстродействующего СУна базе МВЭ.6. Разработка алгоритма управления быстродействующего СУ на базеМВЭ.Методы исследованийДля решения поставленных задач в работе использовались теоретические иэмпирические методы исследования.

В целях построения математическоймодели СУ использовались теория линейных электрических цепей, теориядифференциальных уравнений. Исследования режимов для предельных состояний СУ в зависимости от угла управления тиристоров проводились с помощьюметода эквивалентных синусоид. Построение математической модели реализовано с помощью программной среды Matlab. В качестве средства контроляпоказателей качества электроэнергии применялся анализатор электропотребления AR-5 и программный пакет Power Vision.Достоверность и обоснованность изложенных в диссертации данных ивыводов обеспечивается применением технологии моделирования для решенияосновных исследовательских задач, сравнением результатов моделирования срезультатами, полученными опытным путем и при использовании анализатораэлектропотребления AR-5 совместно с программным пакетом Power Vision.На защиту выносятся:- математическая модель быстродействующего СУ на базе магнитовентильных элементов;- методика расчета параметров силовой цепи СУ на базе магнитовентильных элементов;- система управления СУ на базе магнитовентильных элементов;- инженерная методика построения быстродействующего СУ на базе магнитовентильных элементов.Научная новизна.

Полученные в диссертационной работе основные результаты являются новыми, а именно:1) В систему управления однофазными регуляторами переменногонапряжения в трехфазной сети предложено ввести быстродействующее симметрирующее устройство для обеспечения качества регулирования2) Предложен алгоритм управления, позволяющий напрямую вычислятьуправляющее воздействие для симметрирующего устройства и обеспечивающий максимальное быстродействие43) Проведено исследование влияния симметрирования на стабильностьспектра мощности и времени симметрирования на качество регулирования.Практическая ценность работыПрактическая реализации силового исполнительного СУ, выполненного на баземагнитовентильных элементов, и системы автоматического управления позволит улучшить параметры системы регулирования переменного напряжения, темсамым обеспечивая стабильный спектр мощности нагревателя и снижениебрака продукции.Реализация результатовРезультаты диссертационной работы внедрены на предприятиях, специализирующихся на производстве как самих монокристаллов лейкосапфира, так инеобходимом для их получения оборудовании: ООО «Рыбинские кристаллы»(г.

Рыбинск), ООО «ТехноРыбинск» (г. Рыбинск), ОАО «Сектор» (г. Рыбинск),ФГБОУ ВПО РГАТУ имени П.А. Соловьева (г. Рыбинск).Апробация работыМатериалы диссертационной работы представлены в докладах на конференциях: «XXXIX Гагаринские чтения» (2013г., г. Москва, «Разработка быстродействующего симметрирующего устройства на базе магнитовентильныхэлементов»), «Энергия-2013» (2013г., г. Иваново, «Повышение энергоэффективности комплекса установок по выращиванию монокристаллов»), «66Всероссийская научно-техническая конференция студентов, магистрантов иаспирантов высших учебных заведений с международным участием» (2013 г.,Ярославль, «Повышение энергоэффективности комплекса установок по выращиванию монокристаллов»), «Новые технологии в промышленности и сельском хозяйстве: материалы 1-й всероссийской заочной научно-практическойконференции» (2012 г., Бийск, «Быстродействующее симметрирующее устройство»).ПубликацииПо результатам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ,из них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 100 источников.

Содержит 149 страниц основного текста, 7таблиц, 77 рисунков, 2 приложения.Основное содержание работыВо введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, представлены положения, выносимые на защиту, научнаяновизна и практическая ценность работыВ первой главе проведена оценка отрицательного влияния несимметричного режима, действующего в трехфазной сети на качество регулированияпеременного напряжения.

Установлено, что особенности температурного циклавыращивания монокристаллов определяют характер энергопотребления,поскольку автоматизированные процессы выращивания монокристаллов,5направленные на поддержание определенного температурного режима, сопровождаются резкопеременным отключением/подключением потребителей, темсамым вызывая нестабильность энергопотребления и скачкообразное изменение мощности. На рис. 1а представлен суточный график полной мощности цехапо производству монокристаллов - S(t), демонстрирующий неравномерность инестабильность энергопотребления на суточном интервале.абРис. 1 – Энергетические процессы при выращивании монокристаллова) график изменения мощности S(t)б) график изменения линейного напряжения: Uл(t): 1 - UAB, 2 -UBC, 3 - UCAОсобенность электропитания ростовых установок заключается в том, чтооно осуществляется от трехфазной электрической сети по однофазной схеме.Такое включение приводит к появлению в сети несимметричного режима,который сопровождается изменением фаз и величин однофазных питающихнапряжений и характеризуется коэффициентом несимметрии и отклонениемнапряжения, причем, чем больше коэффициент несимметрии, тем большеотклонение напряжения.