Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 738
Исследование электродинамических сил, действующих на дуги в трёхфазной дуговой сталеплавильной печи
Статья научная
Приведён принцип расчёта электродинамических сил, действующих на электрические дуги в трёхфазной ДСП, с построением графического изображения этих сил. Дано объяснение экстремальному характеру зависимости потребляемой из сети активной мощности от тока. Доказано, что образование мениска под дугой наблюдается только при токах, соответствующих нисходящей ветви зависимости мощности дуги от тока. Визуализация дуги позволяет выбрать оптимальную рабочую точку для любого периода плавки.
Бесплатно
Статья научная
Целью данной работы является исследование и анализ взаимного влияния источника электроэнергии и главного электропривода буровой установки при ступенчатом и частотном регулировании угловой скорости. Приведены результаты исследования взаимного влияния источника и потребителей электроэнергии буровой установки в различных режимах работы главного электропривода при сооружении геологоразведочной скважины. Исследования проводились методом математического моделирования в программной среде MATLAB/ Simulink. Модели были составлены для двух систем электроснабжения - дизель-генератора и трансформатора и для двух систем электропривода - нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя. Данные модели позволяют исследовать качество электроэнергии при различных режимах работы электропривода. Выполненные исследования позволили получить зависимости от времени, параметров сети, нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя при его пуске. Сравнение полученных зависимостей показало, что применение частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя позволяет уменьшить в среднем пусковой ток электродвигателя на 80 % и отклонение напряжения сети на 60 %. Сравнение максимальных значений активных и полных мощностей при пуске нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя показало, что применение преобразователя частоты позволяет выбрать дизель-генератор по мощности в 1,5 раза меньше, чем в случае нерегулируемого электропривода. Это позволяет более полно использовать дизель по мощности и тем самым сократить расход топлива при сооружении скважины. Показано, что применение частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя позволяет улучшить электромагнитную совместимость источника электроэнергии и главного привода буровой установки при их совместной работе и уменьшить затраты на энергообеспечение.
Бесплатно
Статья научная
В работе проводится исследование энергетических показателей вентильных двигателей (ВД) на основе синхронного двигателя постоянного тока (СДПМ) с дискретной коммутацией обмотки при наличии высших гармоник в ЭДС вращения. Приведён перечень наиболее распространённых способов дискретной коммутации, составлена упрощенная математическая модель для расчёта токов и момента двигателя при наличии высших гармоник в ЭДС, проведён расчёт электромагнитного КПД и пульсаций момента. Показано, что шеститактная 180-градусная коммутация оказывается наиболее чувствительной к содержанию высших гармоник как с точки зрения энергетических показателей, так и с точки зрения пульсаций момента в приводе. Увеличение их содержания чаще всего ведёт к ухудшению указанных выходных параметров. Шеститактная 120-градусная коммутация, с точки зрения электромагнитного КПД, нечувствительна к содержанию третьей гармоники в фазной ЭДС, а вторая гармоника способствует увеличению электромагнитного КПД двигателя. Двенадцатитактная коммутация по сравнению с шеститактной оказывается менее чувствительной к содержанию высших гармоник в ЭДС. Хотя и здесь наличие второй гармоники способствует повышению КПД и увеличению пульсаций момента.
Бесплатно
Исследование энергетических параметров пятифазного вентильного двигателя при полной коммутации
Статья научная
Проводится анализ влияния индуктивности обмотки якоря электромеханического преобразователя на энергетические параметры пятифазного вентильного двигателя при полной коммутации.
Бесплатно
Исследование энергоэффективности в ракетных двигателях малой тяги на двухфазных компонентах топлива
Статья научная
Представлены математическая модель и результаты расчетно-теоретического исследования процессов в камере ракетного двигателя, работающего на компонентах: кислород (газообразный), этанол. Получены поля температур, линии тока, траектории движения капель, которые позволили рассчитать коэффициент расходного комплекса.
Бесплатно
Исследования перенапряжений по длине неоднородной распределительной кабельной сети
Статья научная
Перенапряжения в кабельных линиях 6 (10) кВ являются одним из наиболее существенных факторов, влияющих на показатели надёжности городских сетей. В работе представлены результаты исследований распределения величин максимальных перенапряжений по длине типового участка городской распределительной кабельной сети 10 кВ при однофазном замыкании на землю и методика минимизации этих перенапряжений. Исследования проведены с применением виртуального моделирования в программном комплексе ATPDraw. Основу ATP-модели кабельной сети составили элементы с распределёнными реактивными и активными параметрами. Установлено, что величины перенапряжений вдоль кабельных линий значимо изменяются в зависимости от конфигурации и принятых проектных решений по применяемым типам и сечениям кабелей. В случае тупиковых линий максимальные перенапряжения наблюдаются в самом конце кабельной линии, при этом имеет место как монотонное увеличение перенапряжений вдоль кабельной линии от её начала к концу, так и появление локальных максимумов. В случаях, когда рассматриваемая линия не являлась тупиковой, максимальные перенапряжения наблюдались ближе к её концу, но не в самом конце. Также определено, что величина максимального перенапряжения в кабельной сети меняется при изменении сечения её линий. Практическим результатом исследований явились изложенная в работе методика и результаты поиска оптимального варианта развития кабельной сети по критерию минимума кратности вероятных перенапряжений. Результаты для наглядности предложено представлять в виде диаграмм, отображающих изменения максимальных величин перенапряжения вдоль кабельных линий. Построение данных диаграмм на этапе проектирования, эксплуатации и модернизации сети позволяет прогнозировать наиболее уязвимые точки в кабельных линиях с риском пробоя изоляции при перенапряжениях. Показано, что разница в перенапряжениях между наилучшим и наихудшим вариантами сети может составлять более 12 %.
Бесплатно
Статья научная
Предложена технология утилизации древесных отходов, пропитанных нефтепродуктами, изучен процесс горения на древесных гранулах и на опиле различных пород деревьев как чистых, так и пропитанных нефтепродуктами, рассчитана теплотворная способность этих образцов. Разработана математическая модель процесса горения древесных отходов как чистых, так и пропитанных нефтепродуктами в программной среде Curve Expert 1.3.
Бесплатно
Статья научная
Описан системный подход к оптимизации конструктивных параметров, режимов работы и аэродинамических характеристик вертикально-осевых ветроэнергетических установок на основе последовательно-параллельных исследовательских итераций.
Бесплатно
К анализу свойств термопар с позиций механизмов Томсона и контактной термоЭДС
Статья научная
Рассмотрены вопросы формального (математического) описания процессов генерации термоЭДС в термопарах как с позиций механизма контактной термоЭДС, так и с позиций эффекта Томсона. Показано, что конечные соотношения как для суммарной термоЭДС, так и для трех широко известных свойств (теорем) термопар с точностью до обозначений получаются одинаковыми для обоих механизмов. Вследствие этого следует считать, что свойства термоЭДС термопар абсолютно не различимы с позиций механизма контактной термоЭДС и с позиций эффекта Томсона (инвариантны по отношению к обоим механизмам возникновения термоЭДС). Ранее в литературе данные соотношения обосновывались при учете только механизма контактной термоЭДС. Полученные результаты могут служить неким расширенным теоретическим обоснованием обычно используемых на практике законов термоэлектрических цепей.
Бесплатно
Статья научная
Предложен способ автоматизации пусковых и переходных режимов энергоблоков с теплофикационными турбинами Т-250/300-240 по контролю температурных напряжений, возникающих в корпусе ЦВД, так как современными методами провести термометрирование роторов, которые являются критическими элементами турбины, невозможно. При этом на всех режимах эксплуатации предлагается реализовать систему принудительного парового охлаждения РВД и РСД-1 турбины для снижения в них температурных разностей, что позволит вывести их из разряда «критических» элементов. Проведен патентный обзор различных схем и способов подготовки охлаждающего пара для систем принудительного парового охлаждения высокотемпературных роторов мощных паровых турбин с промежуточным перегревом пара с целью поиска оптимальной схемы. Рассмотрены способы осуществления естественного парового охлаждения роторов и границы их применения. Дан анализ рассмотренных схем и решений.
Бесплатно
Статья научная
Выполнены экспериментальные исследования структуры потока водоугольного топлива (ВУТ) в процессе его пневмомеханического распыла в аэродинамическом имитаторе топки энергетического котла. Проанализирован механизм распыла ВУТ в соотношении 50 % уголь и 50 % вода, размер частиц угля 50 мкм и менее при значениях температур 313 и 353 К и давлениях: ВУТ 3 МПа и воздуха 2 МПа. Визуализация структуры факела ВУТ и оценка качества потока выполнены в плоскости перпендикулярно оси факела на трех отрезках. Определены геометрические параметры и скорости капель ВУТ в процессе распыла. Проанализировано изменение критерия We в зависимости от скорости капель ВУТ и их размера. Установлены характерные зоны факела ВУТ, формирующиеся в процессе распыла. Определены диапазоны диаметров и скоростей капель ВУТ, соответствующих сердцевине потока, средней и внешним зонам факела. Рассчитаны значения We для соответствующих размеров и скоростей капель ВУТ. Сформулированы условия, характерные для некоторых стадий дробления капель распыляемого ВУТ. Полученные результаты могут быть использованы при математическом и физическом моделированиях процесса распыла ВУТ в топках энергетических котлов с целью прогностических оценок аэродинамических характеристик проектируемых и действующих агрегатов.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности определения энергетических характеристик машины двойного питания, работающей в режиме периодического движения за счет фазовой модуляции питающих напряжений. Получены аналитические выражения для расчета энергетических характеристик и дана сравнительная оценка последних для асинхронного и квазисинхронного режимов работы. Проведена оценка обобщенного коэффициента полезного действия от параметров нагрузки.
Бесплатно
К вопросу оптимизации схемы электроснабжения промышленного предприятия
Краткое сообщение
Предложена методика оценки необходимости установки трансформаторной подстанции в цехе с малой мощностью потребителей, проведено сравнение с используемой методикой.
Бесплатно
К проблеме идентификации неизмеряемых параметров распределительной сети по данным АСКУЭ
Статья научная
Рассматривается распределительная электрическая сеть (РЭС) напряжением 0,4 кВ, функционирующая в несимметричном режиме. Сформулирована задача идентификации неизмеряемых параметров (токов и напряжений) межабонентских участков РЭС по данным автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). Для решения сформулированной задачи предлагается метод, основанный на расчленении исходной структуры сети на три виртуальные подсистемы, представленные ее фазами. На основе принципа наложения получены математические соотношения, анализ которых позволил идентифицировать искомые параметры сети в явной форме. Отличительная особенность метода состоит в том, что при реализации процедуры идентификации не требуется описание ее переменных состояния в комплексной форме, что упрощает его вычислительную схему. Полученные результаты ориентированы для идентификации и мониторинга потерь электроэнергии в распределительной сети в составе АСКУЭ.
Бесплатно
К проблеме локализации утечек тока в распределительной сети по данным АСКУЭ
Статья научная
Рассматривается четырехпроводная распределительная электрическая сеть (РЭС) напряжением 0,4 кВ. Формулируется задача идентификации мест утечек тока в РЭС. Известные методы ее решения основаны на предварительном построении модели трехфазной сети в комплексной форме, что в определенной степени усложняет процедуру идентификации. Предлагается алгоритм идентификации, в котором используется идея упрощения исходной структуры трехфазной сети путем ее декомпозиции на относительно простые электрические цепи. На основе анализа уравнений электрических контуров последних выводится новый критерий идентификации, позволяющий локализацию мест утечек тока в сети. Формирование математических соотношений (условий), на которых базируется указанный критерий, осуществляется без вычисления токов и напряжений в сети. При этом используются только значения комплексных сопротивлений нагрузок и межабонентских участков магистральной линии, что значительно упрощает реализацию вычислительного алгоритма предложенного метода. Полученные результаты ориентированы для разработки специального программного обеспечения подсистемы идентификации и мониторинга потерь электроэнергии в составе АСКУЭ.
Бесплатно
К проблеме моделирования несимметричных распределительных электрических сетей в составе АСКУЭ
Статья научная
Рассматривается трехфазная распределительная электрическая сеть (РЭС) напряжением 0,4 кВ в условиях несимметрии электрических переменных и внедрения автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). При этом главной задачей АСКУЭ является коммерческий учет электроэнергии. В то же время в целях повышения эффективности системы наиболее актуальной является включение в ее состав таких функциональных задач, как оперативный мониторинг и диагностика состояний РЭС, а также оптимизация режимов ее работы. Основу решения указанных задач составляют математические модели и методы, обеспечивающие в режиме реального времени идентификацию неизмеряемых и неконтролируемых переменных (токов, напряжений) трехфазной сети, что дает возможность оценить такие ее показатели качества как фактические потери электроэнергии, а также определить текущие значения параметров (сопротивлений) магистральной линии с использованием измерительных данных. Применение известных моделей и методов для этой цели представляет определенные трудности, которые связаны с несимметричностью режимов работы РЭС, неполнотой и неопределенностью исходных данных для математического описания процессов в сети. Предлагается методология построения модели несимметричной трехфазной сети и идентификации недоступных для измерения ее электрических переменных в режиме реального времени. Полученные результаты ориентированы для применения в составе АСКУЭ в целях оперативного мониторинга электрического состояния РЭС и оценки потерь электроэнергии в сети.
Бесплатно
К проблеме определения векторов тока и напряжения в распределительной сети по данным АИИС КУЭ
Статья научная
Рассматривается вопрос определения векторов тока и напряжения в трехфазной распределительной электрической сети (РЭС) напряжением 0,4 кВ. Считается, что сопротивления межабонентских участков РЭС являются неизвестными вследствие того, что они могут существенным образом зависеть от внешних факторов (температура, влажность и др.). В распределительной сети функционирует автоматизированная информационно-измерительная система контроля и учета электроэнергии (АИИС КУЭ), средствами которой производятся одновременные измерения для одного и того же интервала наблюдения действующих значений тока и напряжения, а также активной и реактивной мощностей в начале РЭС и у каждого ее абонента. Проведен анализ предложенного ранее «метода идентификации недоступных для измерения и контроля токов и напряжений», который базируется на определении векторов тока и напряжения путем синтеза идентификатора динамики нагрузки с использованием относительных величин и констант для их формирования. Показаны его недостатки, и представлен новый метод решения указанной задачи. Полученные результаты могут быть полезны при разработке специального программного обеспечения подсистем мониторинга электрического состояния, реализуемых в составе АИИС КУЭ.
Бесплатно
К проблеме определения параметров распределительной сети по данным АИИС КУЭ
Статья научная
Рассматривается вопрос идентификации параметров четырехпроводной трехфазной распределительной электрической сети (РЭС) напряжением 0,4 кВ по данным векторов тока и напряжения, измеренных автоматизированной информационно-измерительной системой контроля и учета электроэнергии (АИИС КУЭ) в начале РЭС и у каждого ее абонента. Проведен анализ предложенного ранее метода идентификации параметров (сопротивлений) межабонентских участков РЭС, который базируется на модели физических процессов в электрических контурах сети и эквивалентных преобразованиях ее схемы замещения. Показано, что предлагаемые указанные преобразования не являются эквивалентными. При этом найденные сопротивления соответствуют фазным сопротивлениям межабонентских участков при условии равенства нулю сопротивлений нейтрального провода в РЭС и не равны фактическим сопротивлениям четырехпроводной сети. Представлен новый метод решения указанной задачи, основанный на оперативном измерении векторов тока и напряжения в двух разных режимах работы РЭС. Если текущий режим в сети не меняется, то для создания второго (отличающегося от текущего) может применяться однократное временное отключение одного из абонентов РЭС по команде от головного устройства АИИС КУЭ. Полученные результаты могут быть полезны при разработке подсистем АИИС КУЭ, выполняющих функции диагностики и контроля электрического состояния участков магистральной линии распределительной сети, а также оперативного мониторинга в ней коммерческих и технических потерь электроэнергии.
Бесплатно
Качество тока: аспекты оценки и нормирования
Статья научная
Проблемы качества электроэнергии касаются абсолютно всех сфер человеческой деятельности - от экономики и науки до медицины и искусства, ведь невозможно представить жизнь современного человека без использования электрической энергии. Стандартизация, мониторинг, управление и координация качества электрической энергии крайне важны для обеспечения электромагнитной совместимости в системе электроснабжения и поэтому являются предметом постоянных, непрекращающихся исследований в большинстве стран мира. Для привлечения внимания к проблемам качества тока в различных точках системы электроснабжения проведено исследование степени искажения гармонического состава кривых тока у городских потребителей жилищно-коммунального хозяйства. В статье рассматриваются актуальные аспекты консолидации терминологии и структуры показателей качества электроэнергии. Систематизированы и представлены в виде единой блок-схемы принятые в мировой практике показатели качества электроэнергии. Детально рассмотрены принципы расчёта и оценки степени искажения формы тока и напряжения в соответствии с существующими отечественными и зарубежными нормативными документами. На основе измерений показателей качества электрической энергии, проведенных на существующих объектах городской инфраструктуры, был проведен сравнительный анализ с требованиями стандарта IEEE 519-2014. В результате анализа натурных измерений отмечено неудовлетворительное положение дел в области гармонических искажений кривых тока, выявлены наиболее вероятные причины и описаны последствия низкого качества электрической энергии.
Бесплатно
Квазидинамическое моделирование старения емкости Li-ion накопителей
Статья научная
На сегодняшний день Li-Ion накопители электроэнергии представляются все более интересными с точки зрения применения их в электроэнергетике. Появляется новый спектр задач, которые могут быть решены с использованием данного типа устройств, а именно: сокращение затрат на электропотребление, снижение максимумов нагрузок в пиковые часы для выполнения требований к пропускной способности сети, применение в системах возобновляемой генерации. При этом пренебрежение сравнительно быстрым и необратимым старением таких систем приводит к чрезмерно оптимистичным экономическим и техническим оценкам их внедрения, что обуславливает необходимость учета старения систем накопления. В данной статье предложена методика квазидинамического моделирования деградации Li-Ion накопителей, которая позволяет в отличие от прочих на стадии предварительного анализа оценивать степень старения систем с неравномерным графиком заряда и разряда, и приведены результаты ее апробации.
Бесплатно
