Разработка симметрирующего устройства для повышения эффективности технологии выращивания монокристаллов методом Киропулоса

1. РАЗРАБОТКА СИММЕТРИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ
ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ
ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ МЕТОДОМ
КИРОПУЛОСА
Докладчик: аспирант кафедры ЭПЭ
Чижикова Н.В.
УМНИК - 2013
ФГБОУ ВПО "Рыбинский государственный авиационный
технический университет имени П.А. Соловьева"

2. Ростовая установкаРостовая установка
«Апекс-М»«Апекс-М»
График изменения линейного напряженияГрафик изменения линейного напряжения
К нес.К нес.>2 %>2 %
ПродуктПродукт

3. Трехфазный симметрирующий трансформаторТрехфазный симметрирующий трансформатор
ТМГСУ-25 «Ресурс-Транзит »ТМГСУ-25 «Ресурс-Транзит »
Трехфазный симметрирующий трансформаторТрехфазный симметрирующий трансформатор
ТМСУ11-160 «Ресурс-Транзит »ТМСУ11-160 «Ресурс-Транзит »
Стабилизатор напряженияСтабилизатор напряжения СНТ-ПССНТ-ПС
«Интэр-Электро»«Интэр-Электро»
Симметрирующий трехфазно-однофазныйСимметрирующий трехфазно-однофазный
трансформатор напряжения ТСТ «Интэр-Электро»трансформатор напряжения ТСТ «Интэр-Электро»
СИММЕТРИРУЩИЕ УСТРОЙСТВА

4. УстройствоУстройство ОрганизаОрганиза
цияция
Цена,Цена,
руб.руб.
МощностьМощность
кВАкВА
Габариты,Габариты,
мммм
МассаМасса
кгкг
ПримечаниеПримечание
СтабилизаторСтабилизатор
напряжениянапряжения СНТ-СНТ-
ПС (СТС-3М)ПС (СТС-3М) сс
функциейфункцией
симметрирующегосимметрирующего
трансформаторатрансформатора
((Патент № 2215320)Патент № 2215320)
ОООООО
"Компания"Компания
ИнтерИнтер
Электро"Электро"
151 453…151 453…
627 583627 583
25…25025…250 860х550х750860х550х750
……
985х550х1010985х550х1010
240…240…
960960
СимметрирующийСимметрирующий
трехфазно-трехфазно-
однофазныйоднофазный
трансформатортрансформатор
напряжениянапряжения
ТСТ(Патент №ТСТ(Патент №
2321133)2321133)
ОООООО
"Компания"Компания
ИнтерИнтер
Электро"Электро"
56 935…56 935…
1 018 5171 018 517
1010……10001000 420х300х410420х300х410
……
1230х840х1021230х840х102
00
5050……850850 Если перекосЕсли перекос
напряженийнапряжений >>15% и15% и
UU в одной из фазв одной из фаз
<75%U<75%Uном, тоном, то
необходимонеобходимо
совместноесовместное
применение с СНТ-применение с СНТ-
ПСПС
ТрехфазныйТрехфазный
симметрирующийсимметрирующий
трансформатортрансформатор
ТМГСУТМГСУ
ОООООО
«Ресурс-«Ресурс-
Транзит »Транзит »
75 000…75 000…
193 000193 000
25…25025…250 900х530х930900х530х930
……
1220х840х1241220х840х124
00
280…280…
950950
СУ на 100 кВ*АСУ на 100 кВ*А
снижает потериснижает потери
электрическойэлектрической
энергии на 1693энергии на 1693
кВт/ч только за год.кВт/ч только за год.
Сравнительные характеристики существующих СУ

5. Принципиальная схема межфазного СУ
Регулировочная характеристика СУ- Q (α)
Функциональная схема электроснабжения установки
по выращиванию монокристаллов
Блок D - Установка для
выращивания монокристаллов:
1 -расплав; 2 -монокристалл;
3 – затравка; 4- охлаждаемый
водой держатель затравки.
5 - электрический нагреватель;
Блок: E-симметрирующее
устройство; ДОС-датчик
обратной связи, ТБУ -
технологический блок
управления, Р - регулятор
Текущее значение межфазного сопротивления СУ
ik
I
II
Z
m
Лm
⋅±⋅
−
= )(

6. Структурная схема системы автоматического
регулирования симметрирующей установкой

7. Технический результатТехнический результат
Получение устройства симметрирования трехфазных
электрических сетей, питающих установки по выращиванию
монокристаллов а также системы автоматического
управления, с помощью которого обеспечивается нормируемое
значение коэффициента несимметрии с достаточным
быстродействием.
Практическая ценностьПрактическая ценность
Практическая реализации системы автоматического управления и
силового исполнительного устройства, выполненного на базе
магнито-вентильных элементов, позволит повысить
энергоэффективность как самой питающей сети, так и установок
по выращиванию монокристаллов за счет поддержания
стабильного фазного напряжения и снижения брака продукции.

8. Научно-техническая новизнаНаучно-техническая новизна
- высокое быстродействие
- плавнорегулируемое изменение характера проводимости
-лучшие энергетические и массогабаритные показатели*
(меньшая установленная мощность, снижение вносимых в сеть
искажений)
- относительно низкая стоимость*
СУ позволяет НЕПРЕРЫВНО с большим быстродействием
изменять характер проводимости, тем самым обеспечивая коэффициент
несимметрии в нормируемых значениях для текущего момента
* Показатели будут зависеть от выбора силового трансформатора.
Для экспериментальной установки:
Потребляемая мощность силовой части = 0,63 кВт, Габариты 180х117х187, Масса 20 кг
Стоимость = 23 44323 443 рубруб..
Для промышленного образца:
Потребляемая мощность силовой части =16 кВт, Габариты: 625х325х305, Масса: 120 кг
Стоимость = 50 20950 209 руб.
ОСНОВНОЕ ДОСТОИНСТВО

9. Этапы
финансиро
вания
Мероприятия по реализации СУ и внедрения её в производство
I Год Проведение научных исследований по созданию экспериментальной
установки для определения оптимальных параметров симметрирования.
Минимизация установленных мощностей реактивных элементов и
управляемых вентилей, определяющих массогабаритные и стоимостные
показатели. Закупка трехстержневого трансформатора, тиристорного
регулятора, набора батарей. Разработка измерителя несимметрии
II Год Разработка конструкторской документации на опытный промышленный
образец.
III Год Сопровождение и внедрение СУ в ООО «Рыбинские кристаллы», а также
другие предприятия, использующие прочие однофазные индукционные и
сварочные установки
Мероприятия по реализации СУ
и внедрения её в производство

10. Этап I (Научно-исследовательская работа)
Номер этапа Этап работы
Коли-
чество испол-
нителей
Опти-
мисти-
ческая
оценка,
tO
, день
Песси-
мисти-
ческая
оценка,
tП
, день
Длитель-
ность этапа,
tЭ
, день
1
Исследование существующих алгоритмов
управления СУ 1 5 15 10
2
Научные исследования по созданию
экспериментальной установки в целях
определения оптимальных параметров
симметрирования
1 30 60 45
3
Разработка алгоритма управления одноплечевым
СУ 1 30 60 45
4 Разработка измерителя несимметрии 1 30 60 45
5
Разработка мероприятий по минимизации
установленных мощностей элементов 1 10 20 15
6
Разработка мероприятий, повышающих
быстродействие СУ 1 10 30 20
7
Закупка трансформатора, тиристорного
регулятора, набора батарей 1 20 40 30
8
Оформление результатов 1 5 15 10
Общая продолжительность работы: 220
Таким образом, общая продолжительность исследований одним исполнителем в рамках
I Этапа финансирования будет составлять 7,5 месяцев

11. КалькуляцияКалькуляция II ЭТАПА финансированияЭТАПА финансирования
II РАСХОДЫ НА ЗАРПЛАТУ 1 ИНЖЕНЕРА (РАСХОДЫ НА ЗАРПЛАТУ 1 ИНЖЕНЕРА (II ЭТАП ФИНАНСИРОВАНИЯ)ЭТАП ФИНАНСИРОВАНИЯ)::
Фонд заработной платы за 1 месФонд заработной платы за 1 мес..:: 16 570 р16 570 р
(Почасовая ставка инженера-70руб.(Почасовая ставка инженера-70руб.//час, то оклад (Росн.)=12 300 р.; ЕСН=34,7% Росн. =4 270 р.)час, то оклад (Росн.)=12 300 р.; ЕСН=34,7% Росн. =4 270 р.)
Фонд заработной платы заФонд заработной платы за 7,57,5 месмес..:: :: 112020 961961 р.р.
IIII СТОИМОСТЬ МАШИННОГО ВРЕМЕНИ (СТОИМОСТЬ МАШИННОГО ВРЕМЕНИ (II ЭТАП ФИНАНСИРОВАНИЯ)ЭТАП ФИНАНСИРОВАНИЯ)
(1 компьютер мощностью 250 Вт, Количество часов эксплуатации: 1(1 компьютер мощностью 250 Вт, Количество часов эксплуатации: 1760760 (2(22020 дней по 8 часов)дней по 8 часов)
Затраты на электроэнергию при эксплуатация 1 компьютераЗатраты на электроэнергию при эксплуатация 1 компьютера = 13= 13220р.0р.
Амортизационные расходыАмортизационные расходы = 3= 3134134 р.р.
Итого за 8 месяцев: 4Итого за 8 месяцев: 4 454454 рр..
ИТОГОИТОГО ЗАТРАТЫ НА НИОКРЗАТРАТЫ НА НИОКР ПОПО II ЭТАПУ ФИНАНСИРОВАНИЯЭТАПУ ФИНАНСИРОВАНИЯ : 1: 12525 415415 р.*р.*
* Калькуляция представлена без учета накладных расходов, поскольку в течение 1 года финансирования опытная установка* Калькуляция представлена без учета накладных расходов, поскольку в течение 1 года финансирования опытная установка
будет в стадии разработки, поэтому расходы по её содержанию и эксплуатации будут минимальныбудет в стадии разработки, поэтому расходы по её содержанию и эксплуатации будут минимальны
IIIIII ЗАТРАТЫ НА КОМЛЕКТУЮЩИЕ: 15 392 р.ЗАТРАТЫ НА КОМЛЕКТУЮЩИЕ: 15 392 р.
ИТОГОИТОГО ПОПО II ЭТАПУ ФИНАНСИРОВАНИЯЭТАПУ ФИНАНСИРОВАНИЯ : 140 807 р.: 140 807 р.

12. Этап II ( Разработка конструкторской документации)
Номер
этапа
Этап работы
Коли-
чество испол-
нителей
Опти-
мисти-
ческая
оценка,
tO
, день
Песси-
мисти-
ческая
оценка,
tП
, день
Длитель-
ность этапа,
tЭ
, день
1 Анализ технического задания 1 3 7 5
2 Разработка структурной схемы СУ 1 15 25 20
3 Разработка функциональной схемы СУ 1 15 25 20
4 Разработка датчика режима несимметрии 1 20 40 30
5
Разработка электрической принципиальной
схемы СУ
1 20 40 30
6
Разработка принципиальной схемы силовой
части СУ 1 20 40 30
7
Разработка принципиальной схемы блока
управления СУ 1 50 70 60
8
Разработка анализатора сигнала управления на
базе микроконтроллера
1 20 40 30
9 Оформление результатов 1 10 20 15
Общая продолжительность работы: 240
Таким образом, общая продолжительность исследований одним исполнителем в рамках
II Этапа финансирования будет составлять 8 месяцев

13. КалькуляцияКалькуляция IIII ЭТАПА финансированияЭТАПА финансирования
II РАСХОДЫ НА ЗАРПЛАТУ 1 ИНЖЕНЕРАРАСХОДЫ НА ЗАРПЛАТУ 1 ИНЖЕНЕРА
Фонд заработной платы за 1 месФонд заработной платы за 1 мес..:: 16 570 р16 570 р
(Почасовая ставка инженера-70руб.(Почасовая ставка инженера-70руб.//час, то оклад (Росн.)=12 300 р.; ЕСН=34,7% Росн. =4 270 р.)час, то оклад (Росн.)=12 300 р.; ЕСН=34,7% Росн. =4 270 р.)
Фонд заработной платы заФонд заработной платы за 88 месмес..:: :: 113232 560560 р.р.
IIII СТОИМОСТЬ МАШИННОГО ВРЕМЕНИСТОИМОСТЬ МАШИННОГО ВРЕМЕНИ
(1 компьютер мощностью 250 Вт, Количество часов эксплуатации: 1(1 компьютер мощностью 250 Вт, Количество часов эксплуатации: 1920920 (2(24040 дней по 8 часов)дней по 8 часов)
Затраты на электроэнергию при эксплуатация 1 компьютераЗатраты на электроэнергию при эксплуатация 1 компьютера = 1= 144440р.0р.
Амортизационные расходыАмортизационные расходы = 3= 3419419 р.р.
Итого за 8 месяцев: 4Итого за 8 месяцев: 4 859859 рр..
ИТОГОИТОГО ПОПО IIII ЭТАПУ ФИНАНСИРОВАНИЯЭТАПУ ФИНАНСИРОВАНИЯ
(Затраты на НИОКР(Затраты на НИОКР)) : 1: 13737 419419 р.р.

14. КоммерциализуемостьКоммерциализуемость
Рынок сбытаРынок сбыта
СебестоимостьСебестоимость
Предположительная себестоимость одной СУ (мощностьюПредположительная себестоимость одной СУ (мощностью
16 кВт) при внедрении её в производство:16 кВт) при внедрении её в производство:
50 209 р.50 209 р.
- Прочие предприятия, использующие однофазные- Прочие предприятия, использующие однофазные
индукционные и сварочные установкииндукционные и сварочные установки
- ООО «Рыбинские кристаллы», РЗП- ООО «Рыбинские кристаллы», РЗП
Экономическая эффективностьЭкономическая эффективность
Если учесть, что экономический ущерб отЕсли учесть, что экономический ущерб от
нестабильного питания одной установкинестабильного питания одной установки
составляет досоставляет до 500 тыс.руб500 тыс.руб.,.,
то затраты производства при внедрении одного СУто затраты производства при внедрении одного СУ
окупаются за первый цикл её использованияокупаются за первый цикл её использования

15. Рекомендательные письмаРекомендательные письма

16. Научный заделНаучный задел
1 ПАТЕНТ1 ПАТЕНТ
На указанный способ симметрирования подана заявка на изобретениеНа указанный способ симметрирования подана заявка на изобретение
2 ПРОТОТИП2 ПРОТОТИП
За прототип взято СУ на базе аналога схемы Штейнметца, Патент РФ № 2156532, G05F1/22За прототип взято СУ на базе аналога схемы Штейнметца, Патент РФ № 2156532, G05F1/22
(2006.01) «Устройство для симметрирования однофазной нестационарной нагрузки,(2006.01) «Устройство для симметрирования однофазной нестационарной нагрузки,
создаваемой контактной стыковой машиной»создаваемой контактной стыковой машиной»
3 ПУБЛИКАЦИИ3 ПУБЛИКАЦИИ
1. Симметрирующее устройство многоплечевой трехфазной нагрузки. Юдин А.В., Манин А.В., Чижикова Н.В. //1. Симметрирующее устройство многоплечевой трехфазной нагрузки. Юдин А.В., Манин А.В., Чижикова Н.В. //
Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П.А. Соловьева. – Рыбинск:Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П.А. Соловьева. – Рыбинск:
РГАТА имени П.А. Соловьева, 2010.- № 3 (18).- С.276-281.РГАТА имени П.А. Соловьева, 2010.- № 3 (18).- С.276-281.
2. Повышение энергоэффективности работы установок по производству монокристаллов методом Киропулоса. Манин2. Повышение энергоэффективности работы установок по производству монокристаллов методом Киропулоса. Манин
А.В., Юдин А.В., Чижикова Н.В. . // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологическойА.В., Юдин А.В., Чижикова Н.В. . // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической
академии имени П.А. Соловьева. – Рыбинск: РГАТА имени П.А. Соловьева, 2011.- № 2 (21).- С.126-129академии имени П.А. Соловьева. – Рыбинск: РГАТА имени П.А. Соловьева, 2011.- № 2 (21).- С.126-129
33. Быстродействующее симметрирующее устройство Манин А.В., Москалева О.А., Чижикова Н.В. // Новые. Быстродействующее симметрирующее устройство Манин А.В., Москалева О.А., Чижикова Н.В. // Новые
технологии в промышленности и сельском хозяйстве: материалы 1-й всероссийской заочной научно-технологии в промышленности и сельском хозяйстве: материалы 1-й всероссийской заочной научно-
практической конференции. – ООО «Международный центр технологий», Бийск, 2012.- С.39-44.практической конференции. – ООО «Международный центр технологий», Бийск, 2012.- С.39-44.
4 НИР4 НИР
По указанной тематике готовится к защите диссертация.По указанной тематике готовится к защите диссертация.
Участие в ФЦП «Наука и научно-педагогические кадры инновации России 2009-2013».Участие в ФЦП «Наука и научно-педагогические кадры инновации России 2009-2013».

17. Графики изменения фазных токовГрафики изменения фазных токов
фаза 1
фаза 2
фаза 3