Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 761
Статья научная
Приводятся результаты исследования по выбору оптимального соотношения между наружным и внутренним диаметром для ВМАП с сегментными магнитами. Основываясь на том, что электромагнитная мощность ВМАП пропорциональна магнитному потоку и сечению проводников полюсного деления, было отмечено, что осевая длина машины в меньшей степени влияет на мощность. В большей степени на выходную мощность при фиксированном наружном диаметре влияет внутренний диаметр. Если внутренний диаметр приближается к наружному, то происходит уменьшение магнитного потока. При уменьшении внутреннего диаметра сокращается сечение проводников якорной обмотки. Таким образом, существует оптимальный внутренний диаметр, обеспечивающий максимальную выходную мощность при фиксированном наружном диаметре. В работе определены и теоретически доказаны оптимальные соотношения между наружным и внутренним диаметрами аксиальных машин для магнитных систем призматическими и сегментными магнитами.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты исследований, направленные на обеспечение уровней токов и электромагнитных моментов синхронных и асинхронных двигателей в режимах самозапуска после работы устройств быстродействующего автоматического включения резерва, которые меньше уровня пусковых значений. В зависимости от величины угла между остаточным напряжением основного источника питания и напряжением резервного источника питания с помощью математической модели были определены диапазоны допустимых углов подачи резервного питания на асинхронные и синхронные электродвигатели при кратковременных нарушениях нормального режима электроснабжения. Предложены способы переключения на резервный источник питания, позволяющие ограничить уровни токов и электромагнитных моментов в режимах самозапуска двигательной нагрузки ниже уровня пусковых значений, которые могут быть использованы в микропроцессорных устройствах быстродействующего автоматического включения резерва. Эффективность предложенных методов подачи резервного питания подтверждена результатами математического моделирования и исследованиями на лабораторном стенде.
Бесплатно
Определение параметров постоянных магнитов из закритических магнитотвёрдых материалов
Краткое сообщение
В работе проанализированы различные методы контроля параметров постоянных магнитов. Предложенный способ определения магнитных характеристик постоянных магнитов из закритических магнитотвердых материалов отличается повышенной универсальностью и точностью.
Бесплатно
Определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя с кольцевыми обмотками
Статья научная
Асинхронный двигатель с кольцевыми обмотками (АДКО) предназначен для переработки ядерных отходов в условиях повышенной радиации и температуры. Для увеличения срока службы машины в тяжелых рабочих условиях катушки обмотки статора АДКО покрываются керамической изоляцией, обладающей повышенной устойчивостью к радиации, но при этом данный тип изоляции обладает высокой хрупкостью, что приводит к необходимости выполнять катушки обмотки статора концентрической формы, чтобы минимизировать угол сгиба катушки при изготовлении обмотки, в то время как обмотки статора классических машин выполняются в форме «лодочки». Статор АДКО также имеет специфическую конструкцию, отличную от конструкции статора классического асинхронного двигателя, состоящую из зубцовых наконечников, расположенных вокруг оси вращения, и зубцовых сердечников, размещенных поверх зубцовых наконечников по спирали. Первый опытный образец АДКО, изготовленный УрФУ совместно с ЗАО «Уралэлектромаш», выполнен на тех же диаметрах, что и асинхронный двигатель классической конструкции мощностью Р = 2,2 кВт, с синхронной скоростью вращения n = 1000 об/мин. Одной из задач на данном этапе разработки АДКО является проверка возможности изготовления нового двигателя в тех же габаритах и с теми же параметрами, которые присущи серийному асинхронному двигателю серии АО2. Одним из способов оценки характеристик АДКО является определение параметров схемы замещения и электромагнитных моментов двигателя и сравнение полученных параметров с данными двигателя серии АО2. Принципиально новая конструкция якоря предполагает поиск новых решений для определения параметров машины: индуктивных сопротивлений, электромагнитных моментов. В статье рассматривается метод расчета параметров схемы замещения АДКО с помощью прикладного программного пакета ANSYS Maxwell в 3D-режиме. Для определения индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора используется статический анализ модели с вынутым ротором; взаимное индуктивное сопротивление определяется как разность между полным индуктивным сопротивлением фазы обмотки статора и индуктивным сопротивлением рассеяния. В работе проводится анализ параметров схемы замещения с помощью характеристик холостого хода и короткого замыкания АДКО, полученных в ANSYS Maxwell. Расчет механической характеристики двигателя типа АДКО проводится двумя способами: с помощью аналитического метода (АМ), предполагающего использование расчетных параметров схемы замещения, и методом конечных элементов (МКЭ). Использование МКЭ для расчета механической характеристики подразумевает анализ АДКО в динамическом режиме, что позволяет при заданной пользователем скорости вращения ротора определить электромагнитный момент. В заключение приводится сравнительный анализ параметров двигателя классического исполнения серии АО2 и АДКО, выполненных в одном габарите, проводится оценка возможности выполнения двигателя АДКО мощностью Р = 2,2 кВт в тех же габаритах, что и серийный двигатель АО2, даются рекомендации по дальнейшему улучшению конструкции двигателя типа АДКО.
Бесплатно
Статья научная
На основе матрицы коэффициентов распределения получены математические модели определения потерь мощности и энергии с учетом гибкого регулирования параметров режима. Представлены результаты экспериментальных исследований.
Бесплатно
Статья научная
Развитие объектов распределенной генерации и усложнение конфигурации электрической сети приводит к повышению числа возможных аварийных режимов промышленных систем электроснабжения. При коротком замыкании в связи с энергосистемой или снижении частоты в питающей сети электростанция с частью электроприемников выходит на раздельную работу. После отключения поврежденных линий должна быть выполнена автоматическая ресинхронизация узла с сетью. С целью исследования подобных аварийных режимов разработан алгоритм расчета переходных электромеханических процессов в промышленных системах электроснабжения. На основе созданного алгоритма разработан программный комплекс, позволяющий исследовать подобные электромеханические режимы. В связи с тем, что выход на раздельную работу может осуществляться при различном составе источников электроэнергии и нагрузки, была получена методика определения предельных небалансов мощностей при заданном времени работы автоматического повторного включения. Исследования производились на примере промышленной электростанции, имеющей в своем составе генераторы разной мощности и питающей энергоемкую промышленную нагрузку. Разработаны мероприятия по повышению результирующей устойчивости в условиях заданной промышленной системы электроснабжения. Созданный программный комплекс может быть использован в качестве советчика диспетчера для повышения эффективности управления режимами собственных электростанций промышленного предприятия.
Бесплатно
Определение токов утечки при отсутствии контакта человека с грунтом
Статья научная
В статье получены аналитические зависимости емкости цилиндрической фигуры относительно земли и заземленной проводящей поверхности. На основании полученных зависимостей показан характер распределения полного тока утечки при емкостной связи цилиндрической поверхности с землей и заземленной металлоконструкцией.
Бесплатно
Определение углового положения ротора синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов
Статья научная
Описан наблюдатель электрического угла поворота вала синхронного двигателя с постоянными магнитами, состоящий из вычислителя проекций вектора потокосцепления на оси неподвижной системы координат α-β и следящего контура, сопровождающего этот вектор по фазе (контур фазовой автоподстройки частоты, далее ФАПЧ). Показано, что в режимах движения электропривода с постоянным ускорением ошибка следящего контура имеет постоянную составляющую. Для её устранения предложено использовать метод комбинированного управления. В качестве опорного сигнала на интегратор угла следящего контура (контур ФАПЧ) подается выходная координата наблюдателя скорости вала эквивалентного двигателя постоянного тока. ПИ-регулятор компенсирует малые отклонения в контуре. Модификация наблюдателя не препятствует функционированию следящего контура в скользящем режиме. Сторонний наблюдатель скорости вала позволяет замкнуть контур скорости привода с сохранением предельной для двигателя динамики.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены активные способы демпфирования колебаний и ограничения динамических нагрузок в упругих передачах механизмов, которые реализуются благодаря созданию дополнительных управляющих воздействий электропривода. Целью исследований является определение условий, позволяющих минимизировать требуемые энергетические затраты электропривода при применении активных способов ограничения динамических нагрузок в упругих механических передачах. Получены аналитические выражения для определения минимально возможных значений момента (тока) двигателя и ЭДС питающего его преобразователя, необходимых для заданного уменьшения динамических усилий механизмов. Определены условия минимизации момента двигателя и ЭДС преобразователя при реализации активных способов ограничения динамических усилий упругих механизмов. Установлено, что для эффективного применения активных способов необходимо, чтобы канал ограничения динамических усилий механизмов обеспечил изменение составляющей момента от дополнительного управляющего воздействия в противофазе с усилием в упругом элементе механической передачи, что позволит минимизировать энергетические затраты электропривода. Приведены примеры практической реализации активного способа ограничения динамических усилий упругих механизмов в реальных условиях промышленной эксплуатации
Бесплатно
Опреснение воды с использованием энергий ветра и солнца
Статья научная
Приводится обзор состояния питьевой воды для населения, показаны способы, применяемые для очистки и опреснения воды, и варианты их сочетания с возобновляемыми источниками энергии (солнца, ветра и др.), рассмотрены варианты работы ветросолнечных опреснительных установок.
Бесплатно
Оптимальная траектория движения позиционного электропривода
Статья научная
Определена оптимальная траектория движения позиционного электропривода на примере механизма подачи стана холодной прокатки труб. Показано, что оптимальной формой кривой скорости является треугольник, а соотношение его сторон зависит от вида нагрузочной диаграммы, в частности от влияния главного привода прокатной клети, и не зависит от наличия люфта и упругости в системе. Данный тезис, доказанный аналитически, подтверждается результатами, полученными на математической модели, учитывающей влияние главного привода на привод подачи. Проведенная статистическая обработка осциллограмм, полученных на реальном объекте, позволила дать рекомендации по оптимальному управлению электроприводом подачи стана ХПТ-450. Исходя из полученных данных о том, что момент наброса нагрузки, обусловленный попаданием трубы в валки прокатной клети, происходит в промежутке (0,6…0,75)t ц, рекомендуемым соотношением времени пуска ко времени торможения является 2:1. Проведенная оптимизация траектории движения позволяет получить до 25 % больший среднеквадратичный момент за цикл подачи, что позволит увеличить производительность стана.
Бесплатно
Краткое сообщение
Описан программный комплекс проектирования электроприводов на базе вентильных электрических машин с аксиальным зазором, в котором используется многоуровневая оптимизация для широкого класса конструктивных модификаций. Комплекс ориентирован на сквозную технологию проектирования электроприводов этого класса.
Бесплатно
Статья научная
Компенсация реактивной мощности в сетях высокого напряжения применяется и должна применяться в качестве инструмента повышения надежности и энергоэффективности электроснабжения, которые подразумевают обеспечение целого ряда показателей работы сетей: от поддержания требуемых уровней напряжения и допустимых токовых загрузок элементов до обеспечения нормируемого значения коэффициента мощности и снижения потерь электроэнергии. Из-за необходимости учета инвестиционной привлекательности проекта проблема выбора оптимальных мощностей и мест установки средств компенсации становится многофакторной задачей, требующей комплексного моделирования сетей электроснабжения в комбинации с применением специальных математических методов поиска оптимальных решений. В данной работе представлена методика оптимального размещения компенсирующих устройств по критерию максимума чистого дисконтированного дохода с учетом потерь электроэнергии за расчетный период и требований к уровням напряжения на шинах подстанций сети на основе метаэвристического метода дифференциальной эволюции. При этом в качестве базы для моделирования и выполнения расчетов используется программный комплекс DIgSILENT PowerFactory 2020. Предлагаемый подход позволяет осуществить выбор наилучших мест установки устройств компенсации реактивной мощности и их параметров из предопределенного расчетчиком модельного ряда и одновременно принять во внимание сетевые ограничения и приведенные затраты для произвольного периода планирования, что продемонстрировано на примере 14-узловой модели IEEE.
Бесплатно
Оптимизация «естественного» переходного процесса
Статья научная
Обсуждаются возможности уменьшения величины учитываемой энергии потерь при переходном процессе в электрической цепи путем дополнения цепи звеном из реактивных элементов. Метод предварительной оценки возможностей оптимизации построен на анализе параметров искусственной добавки к переходным параметрам состояния цепи, способной уменьшить потери вне связи с ее реализуемостью. Приведен пример реализации такой добавки, подключение которой к исходной действительно оставляет неизменными параметры состояния на концах интервала учета, снижая вместе с тем величину энергии потерь за весь интервал учета.
Бесплатно
Краткое сообщение
Разработана методика оптимизации алгоритмов централизованного комплекса релейной защиты и автоматики (РЗА), основанная на статистическом испытании совместной модели защищаемого объекта и комплекса РЗА. Модель защищаемого объекта и микропроцессора комплекса реализована в среде LabVIEW.
Бесплатно
Оптимизация динамических режимов комплекса асинхронных электроприводов технологической линии
Статья научная
Представлены результаты исследований и синтеза системы управления комплекса электроприводов технологической линии окраски листового материала - древесноволокнистой плиты (ДВП) для строительной и мебельной промышленности. Линия построена на базе асинхронных электроприводов с частотным управлением (АЭП). Для повышения качества изделий решалась задача обеспечения равномерной окраски и сушки листов на всех стадиях технологического процесса. Перевод части валков линии на индивидуальный привод обеспечил возможность регулирования их скорости, что позволило добиться выравнивания линейной скорости протягивания листа. Введение положительной обратной связи по току статора в АЭП с бездатчиковым управлением группы валков, отвечающей за покраску листа ДВП, позволило эффективно решить задачу комплексного управления электроприводами линии окраски и уменьшить долю брака до 1-3 %.
Бесплатно
Статья научная
Предложен новый подход к решению задачи построения и выбора оптимальной схемы прокладки кабельной сети сбора мощности морских ветроэлектростанций для повышения их технико-экономической эффективности. Целью оптимизации является снижение общей стоимости кабельной сети и затрат на коммутационное оборудование с учетом технических ограничений, в число которых входит обеспечение выбора достаточных по проводимости сечений кабелей и исключение их взаимного пересечения на схеме. Поставленная задача сведена к построению минимального остовного дерева с ограничением на проводимость связей и степень узлов (Degree-constrained capacitated minimum spanning tree - DCMST). Методика поиска решения базируется на применении комплексного подхода, состоящего в использовании двух алгоритмов: эвристического алгоритма с параметризованной функцией компромиссных решений, выполняющего непосредственно построение схемы, и эволюционного алгоритма (роя частиц), осуществляющего подбор параметров первичного алгоритма, что позволяет достичь более качественных решений. Тестирование методики проведено на основе ряда испытаний, в ходе которых выполнялось построение схем и сравнения полученных результатов с решениями, выполненными другими алгоритмами. Результаты тестовых испытаний показали, что предложенный подход позволяет заметно повысить экономичность построенных схем, что продемонстрировано в серии испытаний и оценено путем сравнения с другими методиками, а также путем сопоставления технико-экономических показателей оптимизированных схем с фактической схемой морской ветроэлектростанции Walney1.
Бесплатно
Оптимизация надежности теплоснабжения с учетом функций активного потребителя
Статья научная
Рассматривается проблема анализа и оптимизации надежности теплоснабжения активного потребителя (АП) тепловой энергии в теплоснабжающих системах (ТСС) с учетом их дополнительной тепловой мощности, обеспечиваемой собственными источниками тепловой энергии (ИТ). Сформулирована научно-методическая проблема, заключающаяся в определении оптимального соотношения значений параметров надежности элементов ТСС (интенсивностей отказов и/или восстановлений) и мощности собственного ИТ АП, обеспечивающего требуемый уровень надежности теплоснабжения при минимальных суммарных затратах на обеспечение элементной надежности системы и эксплуатацию собственных ИТ АП. Предложены методы решения сформулированной задачи, основанные на использовании теории надежности, моделей марковских случайных процессов, некоторых закономерностей теории вероятностей, узловых ПН, моделей теории гидравлических цепей и укрупненных закономерностей теплофизических процессов, протекающих при теплоснабжении потребителей. Проведен вычислительный эксперимент с использованием разработанных методов на основе тестовой схемы ТСС с характеристиками, приближенными к реальным системам, сформулированы выводы и направления дальнейших исследований.
Бесплатно
Оптимизация новых типов электромеханических преобразователей в электротехнических комплексах
Статья научная
Представлены результаты оптимизации электротехнического комплекса на примере синхронной реактивной машины независимого возбуждения с позиции минимума массы силовых элементов.
Бесплатно
Оптимизация пусковых процессов в асинхронном частотном электроприводе со скалярной САР
Статья научная
В работе рассматриваются принципы оптимизации частотно-регулируемых асинхронных электроприводов со скалярными разомкнутыми системами управления. Обсуждаются вопросы формирования специальных законов управления, предназначенных для работы в динамических (пуско-тормозных режимах). Предлагаются структуры для реализации указанных законов. Также обсуждается вопрос начального намагничивания асинхронного привода в скалярной системе. Приводятся результаты моделирования.
Бесплатно
