Подскажите идею
 

Имеется существующая нагревательная установка, содержащая в себе 7 электронагревательных элементов (ТЭНов) по 18,5 кВт каждый, однофазных. Заданная температура поддерживается с помощью 7-ми тиристорных регуляторов мощности однофазных. На них подается одинаковый управляющий сигнал (0-100%) от системы управления. Задача стоит устранить создавшийся перекос фаз на вводе установки, так как 2 фазы нагружены на 37 кВт, а третья на 55 кВт.
Конструкцию установки менять нельзя, к сожалению. Так как самое очевидное решение- сделать количество нагревательных элементов кратным 3.
Очень хочется найти красивое решение, желательно не самопальное, а в виде промышленного устройства, ну или набора устройств. Пока есть такие идеи:
1)временное разделение нагрузок. Т.е. в каждый момент времени подключать 6 нагрузок из 7-ми и с высокой частотой их чередовать по кругу, не допуская перекосов температурного поля. Из минусов - сложная система коммутации нагрузок. Достаточно сложный алгоритм системы управления.
2) перевести всю систему на постоянный ток, т.е. запитать нагреватели от мощного управляемого выпрямителя(-лей). Минусы - не нашел такого промышленного устройства на 100 кВт. Да еще и на выходное напряжение 220В постоянного тока, чтобы не увеличивать сечения питающих кабелей. Да еще чтоб с входным управляющим сигналом 0-10В, или 4-20мА,
3) тоже постоянный ток, но только не выпрямитель, а регулятор мощности для двигателя постоянного тока. Минусы - избыточность и дороговизна. И как он себя поведет, если на выходы, куда должна подключаться обмотка возбуждения - ничего не подключить?

Заранее благодарен за критику/конструктивные предложения/новые идеи.

1-Проектант > "Конструкцию установки менять нельзя, к сожалению"

Можно и без изменения конструкции. Просто не подавать напряжение на один из ТЭНов:) Не хватит мощности? Пиковая снизится всего на 1/7-ю, но, может, установка на нее практически никогда и не выходила бы при работе?

(2) Проектант пишет в первом варианте, что перекос температурного поля недопустим. Видимо, эти ТЭНы "в сборке" в некоей конструкции. Так что просто исключить один из ТЭНов - не вариант, даже если это и допустимо по запасу тепловой мощности.

Каждый раз, задавая вопрос, стараешься выдать все исходные, и , как правило - этого не удается...
Да, пост №3 - истинная правда. ТЭНы - в сборке, расположены по образующей цилиндра, греют проходящий поток. Поддержание температуры требуется с высокой точностью. Исключив один ТЭН - будем получать неравномерно прогретый поток. Установка уже на объекте - проходит полевые, так сказать, испытания. Служба энергетика эксплуатации требует устранить перекос немедленно :) Думаю вот предложить конструкторам этой установки пока раскошелиться на два ТЭНа для нагрева воздуха (это 4-й вариант), а в промышленных партиях думать, прежде чем ваять в железе.

Питать третью группу через автотрансформатор, в качестве которого применить сварочный, к примеру.
А с управляющим сигналом не получится помудрить? Какой он?

(4) Самым простым и быстрым решением будет, пожалуй, выровнять перекос фаз паразитной нагрузкой на "недогруженные" фазы (можно и не такой уж паразитной, а делающей нечто полезное). Это можно на скорую руку - сам был в такой ситуации, когда энергетик требовал устранить перекос фаз [b]сию же минуту[/b]... сделал "заплатку" тогда в виде паразитной нагрузки выравнивающей, а уже после мудрил со схемой управления.
Так что как раз ваш 4-ый вариант.
Этот вариант плох тем, что, как и любое временное решение - стремиться стать единственным. :-(

Ну а вообще - думать нужно, конечно.

4-Проектант > "Поддержание температуры требуется с высокой точностью"
Где? В той плоскости, где расположены ТЭНы? Или дальше по ходу потока?

4-Проектант > "Исключив один ТЭН - будем получать неравномерно прогретый поток"
Поток [em]строго ламинарный[/em]? В той плоскости, где требуется наличие равномерно прогретого потока (а в плоскости ТЭНов он в любом случае будет прогрет неравномерно) есть возможность замера температуры в разных точках? Если есть, то нужно, ИМХО, начать с проверки простейшего решения - отключения одного нагревателя. Может оказаться, что разброс температур по "рабочему" сечению при этом находится в пределах допуска.
Понимаю, что такая проверка может оказаться вне рамок вашей компетенции (если вы отвечаете только за электрику).

(1)
Нам бы схемку, аль чертежик...
С указанием, где можно менять конструкцию, а где уж нет

может вариант 2, но к постоянному току подключить только 7-й ТЭН
не знаю, подходит ли это к системе автоматизации

громоздкий нерациональный вариант - трёхфазный двигатель с частотным регулированием, крутящий генератор постоянного тока.

Ещё вопрос.
Схема управления тиристорами строго синхронная, как я понял. Почему, в таком случае, вы используете 3 фазы? Зачем? Запаса по мощности для однофазного питания нет? Все 7-мь ТЭНов одна фаза не потянет? Или такова данность - трёхфазное питание, и крутись? И энергетик бдит насчёт перекоса фаз? Частота сети стандартная, 50Гц?
В принципе, нет проблем просчитать схему делителя, где три фазы будут разделятся по импульсам равной мощности, и "раздаваться в потоке" на все ТЭНы. Так можно "объединить" хоть десять фаз без перекоса. Но это полная перестройка схемы управления нагрузкой, конечно...

(10) Потери будут большими. КПД упадёт, и, думаю, минимум процентов на 20%.

Чой-то туплю на ночь глядючи. Какие нафик 20. Больше.

не уверен, может добавить трёхфазный трансформатор и на его выходе снимать энергию одной обмоткой
в сети встречаются упоминания о всяких уравнивающих трансформаторах

Я может глупость спрошу, ибо сам не электрик
Но неужели не существует девайсов, способных снять мощность с одной фазы и сдвинув ее на 1/3 или 2/3 передать на другую?
Или даже просто сложить три фазы в одну, которую и скормить тем калориферам

15-Викинг_ > у меня те же мысли. Поставить последовательно однофазные трансформаторы и ими вызывать сдвиг фаз

Викинг_ 15
"Или даже просто сложить три фазы в одну, "
Получится ноль.
--
Неужели благая весть о микроконтроллерах еще не дошла до Краснодара?

Ого сколько понаписали...

(17) О каких именно микроконтроллерах не слышали? Реализующих что? Что, есть контроллеры, которым на вход подаёшь три фазы, канал слаботочного управления, а на выходе сразу раздача по 18,5кВт на семь потребителй? И даже без обвязки силовой? О таких - не слышали, да. Для реализации же собственно ШИМ или ещё чего подобного в любых вариациях - слыхали. Но об том и речь, собственно... предложить сам метод.
Попроще в реализации.
А будете вы микроконтроллер использовать для управления или паять управляющую схему из россыпи - это уже дело десятое.

to 7 Моя компетенция - как раз системы управления, микроконтроллеры те самые, да ПИД-регулятор, который поддерживает температуру потока на выходе. А вот электроснабжение - смежная область знаний, потому и интересуюсь.
to 11. Для службы эксплуатации предприятия 18,5 кВт в плюс на 1 фазу оказались неприемлимой вещью. А уж запитать все 7 нагревателей с 1-й фазы - боюсь энергетик застрелится.
Принципиально не писал ничего о технологии, потому как:
1. Скатится разговор к тому сработает ли технология в принципе, или следует выбросить установку на свалку.
2. Сам не технолог, потому работаю в рамках заданных ограничений, о ламинарности потока не ведаю. Сказано греть с семи сторон - греем.
Таким образом, задача стоит чисто электрическая. Как семь однофазных, резистивных (активных) электроприемников подключить к 3-х фазной электрической сети не перекосив нагрузку? При этом должна иметься возможность плавно управлять мощностью.

Обсуждение все больше склоняет меня к мысли, что в конкретном случае надо догрузить 2 фазы паразитными нагрузками. Или вот промелькнувший вариант с преобразователем постоянного тока на 1 нагреватель. Только поискать попробую модельку 3AC/DC.
Еще б заслушать кого из станочников, насчет привода постоянного тока, подключенного на кипятильник :)

(20) Дело ваше, но я бы посмотрел в сторону управления силовыми ключами в режиме ШИМ/ЧИМ, как я писал выше.
Есть специализированные ис для ККМ (коррекции коэффициента мощности) AC. Навскидку - у Texas Instruments, Digital Power или Power-One точно было.
Можно просто взять трёхфазный инвертор - есть готовые решения.
Вообще очень по разному можно намудрить...
Главное определится с общим принципом.
А навесить паразитную вы всегда успеете.

Вот, обратился к коллективному разуму - и дело пошло. Еще больше абстрагируясь от конкретного числа электроприемников, получилась задача преобразования 3-х фазной сети в однофазную, а далее все нагрузки висят на одной фазе и регулируются своими СУЩЕСТВУЮЩИМИ устройствами.
Кажется стоит принять приоритетным вариант с включением в схему вот одного из устройств ТСТ-О(ОР)
[url]http://www.inter-electro.ru/tst-m.html#13[/url]. Если по цене неприемлимым окажется 160 кВА, то поставим один на 25 кВА на седьмой нагреватель.
Вопрос считаю практически закрытым, врядли будет предложено решение изящнее.
P.S. Напоследок позволю себе еще пояснить, что работаю как проектировщик, а не конструктор или изготовитель установки, да еще и на опасном производственном объекте. Поэтому имею право применять только готовые устройства, с набором сертификатов.

(22) В таком качестве полезно иметь выход на сертифицированные центры крупных и зарекомендовавших себя поставщиков. Там есть не только продавцы, но и инженеры. Для крупных клиентов достаточно обычно описать проблему - пришлют сразу решение(я) с прайсами из их каталога. От и до распишут.
Это мелким, у кого разовые заказы, приходится думать своей головой, а крупным, у которых объёмы - достаточно одного звонка... :-)

(17)
> Получится ноль.
Со сдвигом на одну и две трети
Я ж не савсем балбес
Американе вон объединяют три свои отдельные энергосети в одну, синхронизируя фазы

Если решите в пользу выпрямителя и постоянного тока - удостоверьтесь что тиристорные регуляторы могут так работать. А то они бывают с коммутацией в момент перехода через 0 (zero cross detector), и на постоянном токе могут "удивиться" отсутствию данного момента

20-Проектант > да кинте в параллель седьмому ТЭНу ещё два такой же мощности.
Пусть водонагреватель от него запитывается.
Я бы так и сделал.
Потери? Велики. 22 %, но задача-то решена.

А кстати вот еще безумная идея: к седьмому кипятильнику подвесить "паразитную нагрузку" в виде трансформатора, который будет сдвигать фазу и сливать в две другие фазы ;)

А ваще если отвлечся от технической сотавляющей, то меня интересует каким это образом внедрение устройства, которое будет потреблять 18,5квт * 7 = 129,5 киловатт тупо для нагрева воздуха, соответствует заветам нашего Великого и Ужастного господина Пу насчет экономии электричества?

Ведь потом наверняка ваш Заказчик будет жаловаться, что неподьемные тарифы на лепездричество убивают его бизнес

Почему воздух нельзя газом греть?

Выбор сделан в пользу симметрирующего трансформатора, он для того и создан.
to 25, flowswitch - при переходе на постоянный ток тиристорные регуляторы пришлось бы однозначно выбросить. А регулировать именно тем устройством, которое переменку в постоянку преобразовывало бы.
to 27, Викинг_ - теоретически, данная установка не только расходует электричество, но и за счет прецезионного поддержания требуемой температуры при догреве (первоначальный нагрев происходит в печи, при сжигании углеводородов) должна увеличить процентный выход полезного продукта. Так считает автор сей установки. Путь вроде простой, но и эффект даже в теории мизерный, на уровне единиц процентов, а потому на экономический эффект и окупаемость лишние 37 кВт, греющие воздух ох как отрицательно скажутся.

(28)
Ваще та я имел ввиду сливать не в атмосферу, а в электросеть - типа шоб не пропадало

За уточнение насчет углеводородов спасибо

(28) Цены только на них... были, помнится, кусучие... не скажете, сколько на 160кВт у вас выйдет?
Ориентировочно.

30-Тупой ламер > если верить прайс-листу в сети - порядка 200 т.р. за девайс 160 кВА. Дождемся рабочих дней - узнаем точно.
P.S. Оказывается - вопрос несимметрии нагрузки стал столь остро, когда при просадке напряжения ответственные нагрузки КИП, АСУ и ПАЗ не перешли на ИБП, так как на нем уже висела ошибка "несимметрия". В результате - производство встало, хотя должно было спокойно функционировать по штатному сценарию: переход приемников особой группы на ИБП, отключение потребителей второй и третьей категорий; запуск АДГ.
За инцидент получили по шапке как экплуатация, так и экспериментаторы.

...сомневаюсь что нагреватели подпёрты напряжением под максимум мощности.
Наверняка они не выходят на максимальный режим.
Может стоит попробовать расположить между четыремя нагревателями от двух фаз работающих по полной, чуть недогретые три от третьей фазы.
Возможно на темпиратуру и равномерность разогрева это сильно и не повлияет.
.
Ну или как вариант подсунуть два дополнительных тена как говорилось выше, но греть не воздух, а тот же рабочий материал.
Типа предварительного или промежуточного подогрева.
Но это конечно конструкцию городить отдельную надо.
.
С симметрирующим трансформатором конечно проще всего.

во все тены вставить управляемый реостат и датчик хола , написать программу на управление и выравнивать перекос реостатами .

Это то что тебе нужно. [url]http://ekonomenergo.com/esn[/url]

автор, это УНН производства одного эксперементального завода? Если интересно, пиши на почту, расскажу.

(33)
Реостаты просто будут сливать избыток мощности в атмосферу
Было рассмотрено автором и отвергнуто как не экономичное

36-Викинг_ >Тогда пусть делает количество тенов равное 3м - а именно 7й тен убрать а в место него поставить 3и тена равной по мощности 7го .

Да повесте еще один тен в каптерку строжа все выровняется и сторож вам спасибо скажет

(37)
Условия задачи: не менять конструкцию. Ибо все уже сделано

(38)
18,5 * 2 = 37 киловатт обогрева на каптерку?
Сторож очень быстро придет морду бить ;)

Трехфазный выпрямитель (регулируемый) с включением всех ТЭН по постоянному току.