nechetnye

6 Патентные исследования и обзор публикаций

В дипломном проекте рассматриваются вопросы, связанные с применением регулирования синхронного электропривода магистрального насоса на НПС. Возможно несколько способов регулирования наиболее широко применяемым из которых является - частотное регулирование. При проведении патентных исследований основное внимание было уделено анализу управления частотно-регулируемым электроприводом.

Патентный поиск проводился с использованием фондов Федерального института промышленной собственности и Баштехинформ по источникам патентной документации России с 1998 по 2008 год. Поиск проводился по индексу МПК Н02М5/27 «Преобразователи частоты» и МПК Н07Р21/00 «Векторное управление электроприводом» При этом были использованы следующие источники патентной информации: Описания изобретений к авторским свидетельствам "Изобретения стран мира" - (1998-2008 гг), "Изобретения и полезные модели. Рефераты российских патентных документов за

1998-2008 гг".

6.1.1 Результаты поиска.

Результаты поиска сведены в таблице 6.1

70

Заявка №98105585. H02P021/00, Научно-производственная фирма «ОПТИМУМ»

Тема «Способ векторного управления синхронным двигателем» Изобретение может использоваться для регулирования момента, скоро-

сти и углового положения рабочих органов машин и механизмов без датчиков, конструктивно связанных с синхронным электродвигателем, в частности для глубинных погружных электронасосов в нефтедобыче, в электромобилях, в бортовых устройствах автоматики. Технический результат - повышение устойчивости, диапазона и точности регулирования момента и скорости без датчика скорости - достигается в способе векторного управления синфазным и ортофазным токами статора путем измерения двухфазного напряжения статора и регулирования фаз синфазного и ортофазного токов статора и скорости ротора по измеренным двухфазным величинам напряжения и тока статора. Электропривод содержит датчик двухфазного напряжения, выходы которого соединены через интеграторы с синусным и косинусным входами прямого и обратного преобразователей декартовых координат и со входами блока вычисления угла положения ротора и скорости вращения ротора. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Заявка №98114742. H02P021/00, Иванов Е.С.

Тема: «Способ управления синхронным двигателем»

72

вующим входам блока апериодических звеньев, подключенного выходами к входам блока нормирования, выходы которого соединены с соответствующими входами для опорных функций блока управления и с дополнительными управляющими входами формирователя опорных гармонических функций одинарного угла поворота. Технический результат: в электроприводе устраняется начальная неоднозначность управления (несоответствие заданного и фактического направления вращения) и расширяется область его возможного применения. 4 ил.

Заявка №95113680. H02P021/00, Филюшов Ю.П

Тема: «Электропривод с синхронным двигателем» Использование: в приводах металлорежущих станков. Сущность: элек-

тропривод с синхронным двигателем снабжен типовым блоком вычисления модуля тока статора, вход которого соединен с двумя датчиками тока статора, выход его соединен с входом второго резисторного делителя, выход которого соединен с вторым входом регулятора тока возбуждения. Выход блока вычисления модуля тока также соединен с первым входом узла умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости, а выход - с входом первого резисторного делителя, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора. Выход блока вычисления модуля тока статора также соединен с входом делителя блока деления, вход блока деления соединен с выходом регулятора скорости, выход блока деления соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с входом второго узла ограничения, выход которого соединен с первым входом преобразователя координат, второй вход которого соединен с выходом первого узла выпрямителя, вход которого соединен с выходом второго узла ограничения. Выход узла выпрямителя соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с третьим входом регулятора возбуждения. Второй вход второго сумматора соединен с выходом второго выпрямителя, вход которого соединен с выходом первого резисторного делителя. Электропривод имеет более

74

дом узла выпрямителя, вход которого соединен с выходом узла ограничения, выход узла выпрямителя соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен третьим входом регулятора возбуждения, второй вход сумматора соединен с выходом второго выпрямителя, вход которого соединен с вторым входом сумматора и выходом резисторного делителя.

Заявка №2164053, H02P7/42, Гарганеев А.Г.

Тема: «Способ стабилизации частоты вращения электродвигателей переменного тока» Изобретение может быть использовано для стабилизации частоты вра-

щения электродвигателей переменного тока (и в частности, демпфирования ее колебаний) - синхронных, синхронно-гистерезисных или асинхронных, как общего применения, так и специального. Технический результат заключается в повышении быстродействия и точности стабилизации частоты вращения электродвигателей переменного тока. Сущность изобретения по первому варианту заключается в том, что в способе стабилизации частоты вращения электродвигателей переменного тока, в соответствии с которым изменяют сформированное с помощью инвертора питающее напряжение электродвигателя посредством сигнала обратной связи, сигнал обратной связи формируют пропорционально фазе второй производной фазного тока электро-

двигателя на одном из коммутационных интервалов инвертора (/32

/3)+n или (2/3)+n относительно значения /2, где n = 0, 1, 2 ... . Сущность изобретения по второму варианту заключается в том, что сигнал обратной связи формируют пропорционально фазе нулевого значения второй производной тока потребления инвертора на коммутационных интервалах

инвертора относительно значения /2 соответствующей фазы электродвигателя. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Заявка №2274943, H02P 5/46, Гаспарянц Р.С.,

76

фильтр. Источник питания выполнен в виде выпрямителя, параллельно которому подключен емкостной фильтр. Приводной электродвигатель выполнен из N=1, 2, 3, ... трехфазных систем обмоток, каждая из которых соединена с N последовательно соединенными трехфазными частотно-регулируемыми инверторами, которые подключены к выпрямителю. Каждый частотнорегулируемый инвертор снабжен параллельно соединенными между собой стабиловольтом, резистором и конденсатором, которые параллельно подключены к питающим шинам частотно-регулируемых инверторов. В многополюсных приводных электродвигателях количество трехфазных обмоток кратно числу полюсов или пар полюсов. 1 ил.

6.1.2 Анализ результатов патентного поиска.

Проведенная патентная проработка показала, что в последние 10 лет заметна тенденция увеличения числа разработок в области частотнорегулируемого электропривода.

Особый интерес представляет патент №2274943, H02P 5/46, Гаспарянц Р.С., Игнатов И .А., Минеев А.Р. «Способ управления режимом работы электродвигателей магистральныхнасосов нефтеперекачивающей станции магистрального нефтепровода (НПС МН)».

По совокупности признаков данный патент может рассматриваться как «прототип».

6.2.1 Обзор публикаций.

Статья 1. Вентильный электропривод. Владимир Панкратов, доктор технических наук. Электронные компоненты, #2 2007

В статье обсуждается современное состояние теории и практики построения вентильных электроприводов регулируемой скорости на базе синхронных электрических машин с постоянными магнитами: наиболее распространенные виды вентильных электроприводов, принципы и особенности их функционирования, некоторые структуры силовых преобразователей электрической энергии, способы и алгоритмы «бездатчикового» управления.

78

ления. Рассмотрены различные варианты реализации многоканальной системы автоматического управления.

Статья 5. Влияние обратных связей на динамические свойства синхронного электропривода. Романов А.В., Шальнев А.П., Фролов Ю.М. / Труды региональной студенческой научно-технической конференции "Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники" / Воронеж: ВГТУ, 2004. - 215 с. С. 125 - 128.

Встатье приведены материалы исследований динамических связей синхронного электропривода при наличии обратных связей.

Статья 6. Исследование регулируемого электропривода на основе синхронного двигателя с использованием имитационной компьютерной модели.

Шулепов А.Ю. /Электротехн. системы и комплексы. 2001 . Вып. 5 Статья 7. Моделирование электропривода насоса подпитки теплосети Романов А.В., Хрипунов Е.Н.

Труды региональной студенческой научно-технической конференции /

Воронеж: ВГТУ, 2004. - 215 с. С. 48 - 51.

Статья 8. Влияние транзисторного двухступенчатого НПЧ с релейным регулированием токов на сеть.

ОАО «РУДОАВТОМАТИКА» Микитченко А.Я.

Рассмотрены все особенности работы НПЧ с сетью. Произведено исследования гармонического состава тока и представлены способы борьбы с негативными влияниями НПЧ на сеть.

Статья 9. Interharmonics in Power Systems (гармники в энергетических системах)

Erich W. Gunther , Electrotek Concepts

Встатье математически описаны влияния гармоник на сеть. Предложены методы уменьшения их влияний, а также рассмотрен новый тип преобразователя – матричный преобразователь.

80

7 Оценка экономической эффективности внедрения преобразователя частоты на НПС

Широкое внедрение регулируемых электроприводов на базе тиристорных преобразователей частоты (ТПЧ) дало возможность реализовать один из наиболее экономичных способов изменения режима работы нефтеперекачивающей станции «Черкассы» путем плавного изменения частоты вращения ротора МН. Однако экономическая эффективность внедрения регулируемого тиристорного электропривода зависит от многих факторов и требует детального рассмотрения

Режим работы перекачивающих станций на магистральных нефтепроводах переменный, изменяются количество перекачиваемой нефти и давление ее на приеме и на выходе станции. Это обусловлено изменением режимов перекачки согласно технологическим картам (приложение А).

7.1 Методика оценки экономической эффективности В случае внедрения регулируемого тирристорного электропривода

годовая балансовая прибыль Пр определяется как разница между годовым доходом Др и соответствующими отчислениями на амортизацию и реновацию оборудования Ар , техобслуживание и ремонт Вор , прочие затраты Вз

Уточнения срока окупаемости внутри интервала tn производится методом линейной аппроксимации:

где D- длительность интервала tn, где ИД становится больше 1 M - количество разбиений интервала D

ИД(n)- значение ИД < 1, в начале tn ИД(n+1) - значение ИД > 1, в конце tn

Общее рассмотрение уравнений (7.1)-(7.8) предоставляет возможность также рассчитать из условия получения нулевой чистой дисконтируемой прибыли (Пдс=0) максимально допустимые затраты КмаксТ на приобретение и установку ТПЧ:

номинального значения расчетного угла нагрузки насоса γномр можно записать в виде:

84

нерегулируемого и тиристорного электроприводов на интервале t [час] суточного графика расходов;

k — количество интервалов дискретного регулирования расхода в течение суток.

В первом приближении при технико-экономическом сравнении нерегулируемого и регулируемого электроприводов будем считать КПД электродвигателя постоянным и равным своему номинальному значению

Это обусловлено тем фактом, что при частотном тиристорном регулировании (кроме кратковременных пусковых режимов) КПД электродвигателя меняется незначительно (на 2-4%), преимущественно из-за несинусоидальности выходного напряжения ТПЧ.

В результате совместного рассмотрения выражений (7.12)-(7.16) получим годовую экономию электроэнергии:

нефтеперекачивающих станциях показала наличие режимов «глубокого» дросселирования, замена которых путем внедрения ТПЧ требует значительного снижения частоты вращения ротора МН ( n/n ном. <0.7). В свою очередь, это повлечет за собой резкое падение КПД МН и потребует соответствующей коррекции выражения (7.17). В этом случае с достаточной для практических целей точностью падение КПД можно определить по формуле

86

Таблица 7.1 – Исходные данные

Исходные данные взяты из [6],[7],[8].

Экономию электроэнергии будем расчитывать для двух технологических режимов, т.к. именно в этих режимах станция работает наибольшее время.

По формуле (7.17):

88