авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 |

Полупроводниковый комплекс для импульсного электропитания частотно-регулируемых озонаторов

-- [ Страница 2 ] --

По мнению автора, введение вспомогательного источника позволяет уменьшить амплитуду обратного тока, возвращаемого посредством диодного моста в конденсатор фильтра. Поскольку обратный ток является приведенным к первичной стороне ВТвысоковольтного трансформатора током ГОгенератора озона, снижается и ток разряда емкостных элементов. Вследствие чего на входе ГОгенератора озона повышается напряжение, что вызывает, увеличение амплитуды токов перезаряда его емкостных элементов и разрядного промежутка, а также выделяемой в разрядной камере энергии. Это позволяет уменьшить массу вторичной обмотки и магнитопровода высоковольтного трансформатора, улучшить массогабаритные и энергетические показатели озонатора.

На эту схему автором диссертации получен патент на полезную модель.

Сделаны выводы о рациональности применения тиристорных ПЧ со звеном постоянного тока на базе интегрированного РИН, снабженного диодным мостом. При этом ПЧ с тиристорным инвертором напряжения, коммутирующее устройство которого образовано интеграцией емкостных элементов ГО и индуктивностей рассеяния ВТ, относится к электротехническим структурам с недостаточно изученными электромагнитными процессами, что влечет за собой необходимость научных исследований, ориентированных на разработку специализированных ПЧ для ГО. Данные исследования, в свою очередь, целесообразно проводить с использованием одной из систем компьютерного моделирования. При этом становятся наиболее актуальными задачи разработки новых математических моделей узлов и на их основе компьютерных программ анализа системы «ПЧ – ГО», ориентированных на использование на стадии проведения НИ и ОКР при проектировании промышленных образцов озонаторных агрегатов.

Вторая глава посвящена разработке имитационных математических моделей частотно-регулируемых озонаторов на базе РИНрезонансных инверторов напряжения.

Учитывая, что напряжение на озонаторе составляет до 25 кВ экспериментальное исследование электрофизических процессов, протекающих в озонаторном элементе, составляет достаточно большую инструментальную проблему. Исследование режимов, расчет электромагнитных состояний и проектирование ИП озонаторов в диссертационной работе выполнено с использованием программного обеспечения MATLAB Simulink.

Используя метод структурного моделирования, общая схема «ИП – ГОгенератор озона» представлялась была представлена в виде типовых динамических звеньев и являлась математической моделью реального объекта.

Полная электрическая схема замещения ИП с ПЧ на базе РИН состоит из схем замещения основных блоков: источника питания (1), тиристорного управляемого выпрямителя (2), пассивного частотного фильтра, однофазного мостового инвертора напряжения (3), диодного моста (4), к выходу которого через высоковольтный трансформатор (5) подключен ГО (6) и представлена на рис. 2:

 Электрическая схема замещения-2

Рис. 2 Электрическая схема замещения озонатора



Полная электрическая схема замещения ИП с преобразователем частоты (ПЧ) на базе резонансного инвертора напряжения (РИН) состоит из схем замещения основных блоков: источника питания (1), тиристорного управляемого выпрямителя (2), пассивного частотного фильтра, однофазного мостового инвертора напряжения (3), диодного моста (4), к выходу которого через высоковольтный трансформатор (5) подключен ГОгенератор озона (6) и представлена на рис. 2рис. 2.

На основании принятой электрической схемы замещения озонатора была разработана имитационная математическая модель электромагнитных процессов в озонаторах с полным возвратом энергии ГОгенератора озона. Для этого уравнения, представляющие математическую модель каждого из элементов ИП, последовательно сведены в общую систему уравнений

На основании принятой электрической схемы замещения озонатора рис. 2 была разработана имитационная математическая модель электромагнитных процессов в озонаторах с полным возвратом энергии ГО. Для этого уравнения, представляющие математическую модель каждого из элементов ИП, последовательно сведены в общую систему уравнений

На основании системы уравнений автором в среде программного обеспечения MATLAB разработана имитационная математическая модель озонатора, составленная из стандартных математических блоков раздела Power System Blockset библиотеки SIMULINK (питающая сеть, трехфазный управляемый выпрямитель, фильтр, однофазный инвертор с регулируемой частотой, мост обратных диодов, трансформатор) и подсистемы «генератор озона», созданной специально для моделирования озонатора.

Как показали результаты имитационного моделирования, выполненные автором, применение блока «Нелинейный трансформатор» из комплекта раздела Power System Blockset библиотеки SIMULINK в математической модели озонатора с импульсным электропитанием при широком диапазоне регулирования частоты инвертора приводит к недостаточной устойчивости вычислительного процесса. Этот стандартный блок не адаптирован к условиям работы с постоянной составляющей магнитного потока, что имеет место в озонаторах. Кроме того, модель не предусматривает возможность в явной форме задавать и варьировать величину немагнитного зазора в магнитопроводе трансформатора.

При разработке системы моделирования озонаторов автором использовалась SIMULINK-схема трехобмоточного трансформатора для макромоделирования тиристорных переключающих устройств силовых и преобразовательных трансформаторов, применяемая для исследований, проводимых на кафедре «Теоретическая и общая электротехника» НГТУ/. Данная схема позволяет весьма надежно провести имитационное моделирование установок, получающих питание от источников низкочастотного гармонического напряжения. Математическая модель трансформатора позволяет ввести параметры кривой намагничивания. В математическую модель введены элементы, более точно учитывающие потери в магнитопроводе, и установлены звенья, позволяющие в явной форме задавать величину немагнитного зазора в сердечнике трансформатора. Математическая модель трансформатора и модель ГО, построенные с учетом данных элементов и звеньев, представлены на рис. 3 структурной SIMULINK-схемой.

Рис. 3 Структурная схема имитационной математической модели электромагнитных процессов подсистемы «Высоковольтный трансформатор – генератор озона»

Как показали результаты имитационного моделирования, применение блока «Нелинейный трансформатор» из библиотеки SIMULINK в математической модели озонатора с импульсным электропитанием при широком диапазоне регулирования частоты инвертора приводит к недостаточной устойчивости вычислительного процесса. Этот стандартный блок не адаптирован к условиям работы с постоянной составляющей магнитного потока, что имеет место в озонаторах. Кроме того, модель не предусматривает возможность в явной форме задавать и варьировать величину немагнитного зазора в магнитопроводе трансформатора.

При разработке системы моделирования озонаторов использовалась SIMULINK-схема трехобмоточного трансформатора для макромоделирования тиристорных переключающих устройств силовых и преобразовательных трансформаторов, применяемая для исследований, проводимых на кафедре «Теоретическая и общая электротехника» НГТУ им Р.Е. Алексеева.

Данная схема позволила провести имитационное моделирование установок, получающих питание от источников низкочастотного гармонического напряжения, а математическая модель трансформатора позволила ввести параметры кривой намагничивания. В математическую модель введены элементы, более точно учитывающие потери в магнитопроводе, и установлены звенья, позволяющие в явной форме задавать величину немагнитного зазора в сердечнике трансформатора. Математическая модель трансформатора и модель генератора озона, построенные с учетом данных элементов и звеньев, представлены на рис. 3рис. 3 структурной SIMULINK-схемой.

Данная схема позволила провести имитационное моделирование установок, получающих питание от источников низкочастотного гармонического напряжения, а математическая модель трансформатора позволила ввести параметры кривой намагничивания. В математическую модель введены элементы, более точно учитывающие потери в магнитопроводе, и установлены звенья, позволяющие в явной форме задавать величину немагнитного зазора в сердечнике трансформатора. Математическая модель трансформатора и модель ГО, построенные с учетом данных элементов и звеньев, представлены на рис. 3 структурной SIMULINK-схемой.

Структурная схема имитационной математической модели озонатора, которая содержит подсистему «высоковольтный трансформатор – генератор озона», приведена на рис. 4рис. 4рис. 4.

Рис. 4 Структурная схема имитационной математической модели в озонаторах с нерегулируемым возвратом энергии

На программу моделирования этой системы получено свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2005611472, Реестр программ для ЭВМ, 17 июня 2005 года.

Основной целью математического моделирования озонаторных установок является оптимизация режимов электрической части системы «ПЧ – ГОгенератор озона», при этом наиболее достоверными критериями рациональной организации режима работы озонатора в целом признается одновременное достижение оптимальности электрического режима и производительности озонатора. В связи с этим возникла необходимость разработки имитационной модели, содержащей математический блок, имеющий выходной сигнал, пропорциональный производительности ГОгенератора озона.

На программу моделирования этой системы получен приоритетный документ «Система моделирования полупроводникового преобразователя частоты с нелинейной импульсной нагрузкой», свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2005611472, Реестр программ для ЭВМ, 17 июня 2005 года.

Основной целью математического моделирования озонаторных установок является оптимизация режимов электрической части системы «ПЧ – ГО», при этом наиболее достоверными критериями рациональной организации режима работы озонатора в целом признается одновременное достижение оптимальности электрического режима и производительности озонатора. В связи с этим возникла необходимость разработки имитационной модели, содержащей математический блок, имеющий выходной сигнал, пропорциональный производительности ГО.

Кинетикуа электросинтеза озона с учетом процесса его образования и реакции разложения можно описываетсяать дифференциальным уравнением

, (1)

где x – концентрация озона (объемный процент);,

k0, k1 - константы образования и разложения озона, соответственно.

Решение данного уравнения (1) дает аналитическое выражение производительности озонатора:

, (2)

где p – активная мощность разряда, Вт;,

V – объемная скорость потока газа, л/час;,

a – эмпирическая константа образования озона;,

T1 – температура жидкости, охлаждающей электроды (20 0С);,

T2 – температура газа в зоне реакции;,

k1,T1 – константа разложения озона при температуре 200С;,

E = 2100 кал/моль – энергия активации реакции разложения озона;,

R = 1180 – число Рейнольдса.

Структурная схема имитационной математической модели физико-химических процессов в озонаторах приведена учтена в рис. 5рис. 5рис. 5рис. 5, и отражает соотношение между электрической энергией, затрачиваемой в единице объема исходного газа в ГОгенераторе озона, и производительностью озонатора.

 труктурная схема имитационной-6

Рис. 5 Структурная схема имитационной математической модели физико-химических процессов в озонаторах

Здесь блок «Внешние воздействия» является источником сигналов, величины которых задают коэффициенты k0, a, k1, E/R, T1, T2, входящие в формулу Рейнолдса, и изменяющиеся во времени в соответствии с заданными функциями.

Таким образом, имитационная модель, позволяющая исследовать электромагнитные режимы ИП и ГОгенераторов озона, а также одновременно физико-химические процессы в разрядной камере ГОгенератора озона, определяющие производительность озонатора, принимает вид рис. 5рис. 5.





Программа имитационного моделирования электротехнологической озонаторной установки с датчиком производительности зарегистрирована Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

Таким образом, имитационная модель, позволяющая исследовать электромагнитные режимы ИП и ГО, а также одновременно физико-химические процессы в разрядной камере ГО, определяющие производительность озонатора, принимает следующий вид рис. 6:

 труктурная схема имитационной-7

Рис. 6 Структурная схема имитационной математической модели электромагнитных и физико-химических процессов в озонаторе

Программа имитационного моделирования электротехнологической озонаторной установки с датчиком производительности зарегистрирована Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

Программа имитационного моделирования электротехнологической озонаторной установки с датчиком производительности зарегистрирована Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

Третья глава посвящена исследованию переходных процессов и стационарных режимов работы озонатора, а также анализу энергетических процессов на базе разработанной имитационной математической модели.

Исследование переходных режимов работы трансформатора позволило сформулировать требования к системам управления выпрямителя в части звеньев, корректирующих степень «перерегулирования» выходного напряжения выпрямителя в процессе пуска озонатора.

При исследовании стационарных режимов трансформатора было выявлено увеличение магнитного потока трансформатора, что следует учитывать при выборе расчетных значений амплитуды магнитной индукции. Автором были исследованы также стационарные режимы работы генератора озона при амплитудном и частотном регулировании производительности.

Для оценки критериев номинального режима и проведения оптимизационных расчетов необходимо рассматривать не только электрические показатели, но также учитывать и эффективность синтеза озона в генераторе озона. Основной характеристикой процесса преобразования электрической энергии в газ озон является удельная производительность генератора озона

С помощью имитационной модели были получены зависимости мощности, передаваемой в генератор озона (рис. 6рис. 6рис. 7) и удельной производительности генератора озона (рис. 7рис. 7рис. 8) от напряжения и частоты.

Анализ данных зависимостей позволил выявить номинальные значения напряжения - 500 В и частоты – 500 Гц для разработки и организации промышленного производства генераторов озона ООО НПП «ТЕХОЗОН» г.Дзержинск. Как видно из графиков дальнейшее повышение амплитуды напряжения и его частоты не приводит к значительному росту производительности озонатора при значительном росте мощности.

Рис. 7 Зависимость активной мощности от амплитуды напряжения и его частоты Рис. 8 Зависимость удельной производительности от амплитуды напряжения и его частоты


Pages:     | 1 || 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.