ОТЧЕТ о выполнении НИОКР по теме: "Разработка, изготовление, исследование и доработка лабораторного макета активного фильтра-выпрямителя для энергоэффективного питания установки индукционного нагрева" (договор №3874ГС1/63175 от 24.12.2020) (заключительный)

Целью исследования является разработка, изготовление, исследование и доработка лабораторного макета активного фильтра-выпрямителя для энергоэффективного питания установки индукционного нагрева. Был проведен анализ данных о процессе потребления и качестве электроэнергии в ходе технологического процесса индукционного нагрева металлоизделий с дискретной площадью поперечного сечения. Разработано математическое описание процесса потребления электроэнергии в зависимости от процесса индукционного нагрева. Разработана электрическая схема лабораторного макета активного фильтра-выпрямителя для энергоэффективного питания установки индукционного нагрева. Разработана математическая модель лабораторного макета активного фильтра-выпрямителя для энергоэффективного питания установки индукционного нагрева. Разработана система управления лабораторного макета активного фильтра-выпрямителя для энергоэффективного питания установки индукционного нагрева. Изготовлен лабораторный макет активного фильтра-выпрямителя для энергоэффективного питания установки индукционного нагрева. Проведены экспериментальные исследования лабораторного макета активного фильтра-выпрямителя для энергоэффективного питания установки индукционного нагрева. Был проведен анализ данных об эффективности питания и качестве потребляемой электроэнергии при использовании разработанного лабораторного макета активного фильтра-выпрямителя для энергоэффективного питания установки индукционного нагрева. Доработан лабораторный макет активного фильтра-выпрямителя для энергоэффективного питания установки индукционного нагрева по итогам серии проведенных экспериментов. Разработанные решения имеют следующие технологические и технико-эксплуатационные характеристики: максимальная мощность - 50 кВА, средняя частота коммутации - до 50 кГц, номинальное линейное напряжение переменного тока - 380 В, Диапазон рабочих частот переменного тока - 45-65 Гц. Монтажный шкаф имеет габариты 1800×600×400 мм. Масса вместе со всеми установленными модулями составляет 125 кг. Установленные элементы имеют климатическое исполнение УХЛ 4 и У2, в связи с чем разработанный лабораторный макет активного фильтра-выпрямителя имеет следующие условия эксплуатации: рабочие температуры, °С: +1 … +35; предельные рабочие температуры, °С: +1 … +40; среднегодовая относительная влажность (при +20°С), %: 60. Степень внедрения результатов НИР: разработан лабораторный макет активного фильтра-выпрямителя для энергоэффективного питания установки индукционного нагрева, на котором подтверждены заявленный функционал и характеристики продукции, что позволяет на последующих этапах НИР перейти к разработки опытного или промышленного образца продукции. Применение полученных результатов рассчитано на электротехнические комплексы установок индукционного нагрева под термообработку металлических шаров мощностью до 50 кВА и частотой тока индуктора до 50 кГц. Применение результатов НИОКР для установок иного класса, назначения или характеристик возможно с проведением дополнительных изысканий в части согласования аппаратных и программных комплексов. Внедрение лабораторного макета активного фильтра-выпрямителя для энергоэффективного питания установки индукционного нагрева позволяет добиться компенсации реактивной мощности, потребляемой УИН до 95%, компенсации искажающих высших гармоник тока и напряжения, сопровождающихся работой УИН - до 95%; при этом лабораторный макет обеспечивает стабильное питание УИН с регулируемым уровнем заданного тока и управление процессом питания и выбора наиболее оптимальной стратегии управления исходя из данных о типе и характеристиках технологического оборудования (УИН под термообработку металлических шаров), ходе технологического процесса. В результате выполнения работы была подана заявка на изобретение РФ «Быстродействующая обучающаяся система питания установки индукционного нагрева», рег. № заявки 2021134214 от 23.11.2021 г. Цель выполнения НИОКР по проекту была успешно достигнута, все работы, запланированные согласно календарному плану выполнены успешно и в полном объеме, конструктивные, функциональные, технические и иные характеристики продукции согласно техническому заданию были успешно достигнуты.