Введение к работе
Актуальность проблемы. Электротехнологии и, в частности, индук-дионный нагрев в настоящее время быстро развиваются. Увеличиваются эбъемы применения в промышленности и появляются новые электротех-тологии, такие, например, как высокоинтенсивный индукционный назрев при закалке и сварке.
Большое разнообразие технологических процессов и установок, ис-тользующих индукционный нагрев определяет очень широкий спектр гребований к источникам питания (ИП) - высокочастотным полупровод-шковым преобразователям. Это и различные законы регулирования, не-)бходимые для достижения нужного технологического эффекта, от про-ггой стабилизации выходных электрических параметров до следящих и жстремальных систем, и требования к автоматизации согласования ИП і индукционного нагревателя (ИН) с идентификацией электрических па-таметров технологического устройства.
Выпускаемые в настоящее время отечественные тиристорные преоб-)азователн обладая хорошими адаптационными возможностями, обус-ювленными использованием схем резонансных инверторов (РИ), имеют, сак правило, локальные регуляторы, анпаратно реализующие только )дин закон регулирования с ограниченным!, возможностями его перена-пройки. Эго снпжаег конкурентоспособность преобразователей и созда-гг множество проблем при разработке конкретных технологических /станопок, шиють до необходимости разработки новых узлов системы /правления (СУ) преобразователей и узлов сопряжения с СУ установки.
Кроме того, из-за неоптимального управления и согласования с на-^рузкой в действующих установках индукционного нагрева мощность істочника, как правило, завышена в 1.5-2 раза, что ведет к удорожанию 'становок и повышению мощности потерь.
Все это делает актуальными проблемы автоматизации ИП и разработки микропроцессорной (МП) СУ , которая может обеспечить гиб-сость настройки и согласование ИП с конкретным технологическим уст-юйством за счет выбора наиболее подходящего алгоритма управления и івтоматизации процедуры согласования ИП и НН.
В диссертации разработан и исследован ряд алгоритмов управления ІГІ, идентификации ИН и согласования ИП и ИН, ориентированных на ИП реализацию, которые позволят устранить указанные выше недостатні, сократи, сроки и стоимость разработки комплектных технологиче-ких установок, повысить их потребительские свойства и комкурентоспо-обносгь.
Цель работы. Разработка алгоритмов управления ИII, реализующи законы регулирования, требуемые для различных типов УИН; разрабо! ка методики и алгоритмов согласования ИП с ИН на этапах настройки і эксплуатации технологической установки; разработка математически: моделей системы ИП - ИН для исследования задач регулирования и со гласования.
Методы исследования. Силовая часть ИП и эквивалентная схема на грузки моделируется на схемотехническом уровне путем формирования і численного решения системы дифференциальных уравнений в базисе пе ременных состояний в постановке задачи Кошн. Формирование процесс в ключевых моделях выполняется методом припасовывання. Моделиро ванне алгоритмов управления ИП и организация процесса исследовани выполняется на функциональном уровне. Исследования на моделях пе риодическнх режимов проведены методом установления процесса, а ха рактеристики ИП рассчитаны методами медленной и ступенчатой вариа ции параметра. Для моделирования применяется программная систем; ПАКЛС.
Изменение параметров нагрузки ИП, характерное для УИН, моде лнруется двумя способами:
- в режиме стабилизации одного из выходных параметров ИГ (напряжения, тока или мощности индуктора) - с помощью информаци онной модели - годографа вектора сопротивления индуктора, для полу чения которого предварительно проводился расчет на цифровой элек тротепловои модели ИН;
- в режимах, которые невозможно свести к стабилизаци] (поддержание максимально возможной мощности ИП и др.) - с помощь* электротепловой модели ИН, представленной в виде тепловой схемы за мещения и аналитической электромагнитной подмодели.
Научная новизна. Разработана цифровая модель системы ИП - ИН позволяющая исследовать изменения режима работы ИП в процессе ин Аукционного нагрева при различных алгоритмах управления и парамет pax согласующих устройств.
Предложен и исследован алгоритм стабилизации выходных пара метров ИП с вычисляемой оценкой частоты, на которой достигаете максимум регулировочной характеристики, объединяющий преимущесі ва поисковых и беспоисковых алгоритмов.
Разработаны алгоритмы идентификации параметров нагрузки ИІ (индуктора) методами функционального и тестового диагностировали обеспечивающие точность, достаточную для эффективного регулирове ния ИП, согласования ИП с ИН и безопасного пуска ИП.
Разработана методика расчета параметров согласующих элементов ІП с ИН на этапе проектирования с учетом особенностей конкретного гхнологического процесса, закона регулирования ИП и возмущений.
Практическая ценность. Разработана методика расчета электриче-<их процессов в системе ИП - ИН при различных алгоритмах регулиро-зния И П.
Разработан алгоритм локального регулирования тиристорного ИП ИН, обеспечивающий гибкую настройку на конкретный технологиче-сий процесс.
Разработана методика согласования ИП с ИН, обеспечивающая реа-изацию заданного закона регулирования в течении всего технолог иче-сого процесса, и повышение эффективности использования установлен-эй мощности ИП.
Разработаны алгоритмы автоматизированного согласования для апов настройки и эксплуатации.УИН, включающие идентификацию граметров индуктора, как нагрузки ИП, вычисление оптимальных па-шетров согласующих элементов а выбор способа безаварийного пуска ірпсторного ИП на неизвестную нагрузку.
Разработана структура программных и аппаратных средств МИСУ И, позволяющая оптимально реализовать предложенные алгоритмы іравления.
Реализация результатов. Разработанные алгоритмы управления и )едложения по их реализации использованы в ВНИИТВЧ им. П.Вологдина при разработке нового поколения ИП для УИН. Резуль-;ты исследований, построенные модели и программные блоки исполь-ются в учебном процессе каф. ЭТПТ СПбГЭТУ.
Апробация работы. Основные положения и научные результаты дис-ртационной работы докладывались и обсуждались на научных семина-tx и научно-технических конференциях профессорско - нреподавагель-ого состава кафедры ЭТПТ СПбГЭТУ (1987 - 1996 гг.), на Всесоюзном іучно-техническом совещании "Организация электроснабжения в усло-:ях перерывов и значительных отклонений напряжения питающей сети" Саранск, 14 - 16 октября 1987 г), на межреспубликанских и ме*,кду паяных научных конференциях ' Методы и средсіва управления іехноло-ческими процессами" (Саранск, 1989, 1992 и 1995 гг.).
Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликова-I 8 печатных р^ібот, в том числе 1 авторское свидетельство па изобрете-ie, J статьи в сборнике ЛЭТН и 4 статьи в межвузовских сборниках.
Сгнил ура н обьем работы. Диссертационная работа состоит пз вве-ипя. пяти глав, заключения, списка литературы, пключлмщеп) 95 паи-
менованин и приложения. Основная часть работы изложена на 112 страницах машинописного текста. Работа содержит 53 рисунка и 5 таблиц.
