Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 824
Статья научная
Рассмотрен новый принцип построения замкнутого интегрирующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с бестактовым поразрядным уравновешиванием со встроенным в замкнутый контур АЦП цифроаналоговым преобразователем (ЦАП). Приведены структурная схема и временные диаграммы. Дан анализ статических и динамических характеристик, а также представлены результаты экспериментальных исследований. Показано, что применение интегратора позволяет обеспечить высокую помехоустойчивость, надежность устройства, а бестактовое поразрядное управление - высокое быстродействие по сравнению с интегрирующими АЦП.
Бесплатно
Статья научная
Одной из часто возникающих причин вынужденного простоя технологического оборудования и аварийных ситуаций на промышленных объектах является пробой изоляции электрических машин, возникающий по причине тяжелых условий их эксплуатации, когда частые пуско-тормозные режимы работы электроприводов приводят к интенсивному снижению электрической прочности изоляции обмоток электродвигателя. В немалой степени этим процессам способствует дискретный (импульсный) характер выходного напряжения силовых вентильных преобразователей (тиристорные преобразователи, автономные и ведомые сетью преобразователи частоты и т. д.), формирующих высокочастотные гармоники, вносящих свою долю в нагрев электрической машины и, следовательно, в снижение сопротивления изоляции электрической машины. Одной из причин пробоя изоляции электродвигателей являются также резкие перепады температуры и влажности окружающей среды, возникающие во многих производственных помещениях.В статье рассматривается принцип построения индикатора комплексного сопротивления изоляции электрических машин и другого электротехнического оборудования.Индикатор сопротивления ИС представляет собой автоколебательную систему, выходной сигнал которой является тестовым сигналом, подаваемым на контролируемый объект. Отклик этого объекта воздействует на постоянную времени интегратора автоколебательного каскада ИС, изменяя частоту его выходных импульсов. Затем частотно-модулированный сигнал подается на двоичный счетчик, где накапливается число, пропорциональное величине сопротивления контролируемой цепи. По завершении цикла преобразования, задаваемого внешним генератором тактовых импульсов, данные переносятся в регистр памяти, счетчик обнуляется и цикл преобразования повторяется.
Бесплатно
О расчете параметров двухмассовой термодинамической модели асинхронного двигателя
Статья научная
Обоснована практическая необходимость использования простых двухмассовых термодинамических моделей асинхронных двигателей в электроприводе для оценки теплового состояния обмотки статора и применения в устройствах тепловой защиты. Получено математическое описание термодинамической модели, в которой обмотка статора выделена в отдельный узел (первая масса), а остальная часть двигателя представляет собой второй узел. На основе этого описания сформирована система уравнений, устанавливающая взаимосвязи между параметрами двухмассовой термодинамической модели. Выполнен анализ этой системы уравнений и установлены соотношения величин входящих в нее параметров. Показано, что для закрытых асинхронных двигателей отношение среднего значения установившегося превышения температуры второй массы при работе в номинальном режиме к превышению температуры обмотки статора находится в сравнительно узком диапазоне от 0,75 до 0,85. На основе проведенного анализа решена задача получения простых аналитических соотношений, позволяющих рассчитать тепловые проводимости двухмассовой термодинамической модели асинхронных двигателей закрытого исполнения с привлечением минимального объема информации о внутренних параметрах двигателя.
Бесплатно
О риске вредного воздействия на человека электромагнитных полей электрических установок
Статья научная
Рассматриваются основные проблемы оценки риска воздействия электромагнитных полей специальных электроустановок электрической тяги железнодорожного транспорта на персонал. Предлагается совместное воздействие электромагнитных полей разного рода тока и частоты рассматривать в виде особого вредного фактора «миксЭМП». Рассматриваются пути эффективного нормирования и защиты персонала от воздействия вредного производственного фактора.
Бесплатно
О сжигании распыленного жидкого топлива
Краткое сообщение
На основе кинетического уравнения и полученной скорости горения одиночной капли определены текущая и начальная функции распределения частиц по радиусам для автомодельного режима горения. Скорость горения капли получена для случая кондуктивного подвода теплоты к поверхности капли от фронта горения. Получено выражение для расчета доли несгоревшего к текущему моменту времени топлива, необходимое для расчетов горения полидисперсных систем капель.
Бесплатно
Статья научная
Представлено исследование преимуществ и недостатков магнитной левитации ротора ветроэнергетической установки. В мировом научном сообществе представлено много исследований об использовании магнитной левитации роторов ветроэнергетических установок. Однако наблюдаются не только преимущества, но и некоторые отрицательные стороны «магнитного подшипника» в ветроэнергетических установках, что приводит к вопросу о целесообразности применения данного технического решения. Авторами выявлены основания повышенного внимания к магнитной левитации ветроколеса и проанализированы основные подходы к проектированию. Работа включает в себя расчет магнитной опоры и оценку стоимости вертикально-осевой ветроэнергетической установки с магнитным подшипником ротора. Результаты исследования показали, что экономическая эффективность этого подхода крайне низка и не оправдана для использования в коммерческих продуктах.
Бесплатно
Об оптимальном управлении тепловым режимом зданий
Статья научная
Рассмотрена задача оптимального управления тепловым режимом здания в нерабочее время. Найден алгоритм оптимального управления режимом прерывистого отопления. Разработан метод построения конкретных графиков подачи теплоты для выбранных зданий, оценена экономическая эффективность оптимального управления в условиях как централизованного, так и автономного теплоснабжения.
Бесплатно
Статья научная
Повреждения подшипников вносят существенный вклад в статистику выхода из строя асинхронных электродвигателей. Зачастую для детектирования этого типа повреждений используют информацию о вибрации двигателя. Однако получение такой информации требует специального оборудования (внешних датчиков) и возникают сложности с использованием такого подхода в механизмах, работа которых сопровождается повышенным уровнем вибраций технологического характера. Методы детектирования неисправностей, основанные на анализе тока статора, позволяют избежать этих недостатков. В настоящее время существует много подходов к решению этой задачи с использованием достаточно сложных методов. Вместе с тем представляет интерес и применение сравнительно простых методов, пригодных для использования онлайн. В работе анализируется возможность использования для детектирования повреждения подшипников простейшего порогового подхода, основанного на использовании информации о токе статора с применением вейвлет-анализа для первичной обработки сигнала. Показана возможность обнаружения неисправности подшипников на основе анализа изменений среднеквадратичного отклонения сигнала тока статора при появлении неисправности. Рассмотрены особенности выбора величины порогового значения среднеквадратичного отклонения и показано, что пороговый уровень срабатывания системы распознавания неисправности необходимо устанавливать существенно большим, чем следует из критерия «трех сигм», чтобы избежать ложного срабатывания алгоритма распознавания этой ситуации.
Бесплатно
Об особенностях моделирования электроприводов при случайном характере нагружения
Статья научная
Рассматриваются некоторые особенности моделирования электроприводов, работающих в режиме случайного нагружения. Показано, что при моделировании электропривода в случайных режимах нельзя переносить закон распределения вероятностей для нагрузки, характеризуемой величиной момента двигателя, на закон распределения для мощности потерь в нем. Также показано, что величина дисперсии для процесса нагружения может очень существенно отличаться от дисперсии для амплитуд нагрузки этого процесса, причем разница может быть как в меньшую, так и в большую сторону, в зависимости от продолжительности включения и математического ожидания амплитуды. Рассмотрено влияние ограничения момента двигателя на функции плотности вероятностей момента нагрузки и мощности потерь. Показано, что законы распределения без учета ограничения момента и с учетом этого ограничения - это два разных закона, которые имеют, в общем случае, разные значения дисперсии и математического ожидания.
Бесплатно
Обеспечение бесперебойного электроснабжения высокотехнологичных предприятий
Статья научная
В статье рассмотрена необходимость обеспечения надежного электроснабжения высокотехнологичных предприятий для двух вариантов их расположения: вблизи города или ЛЭП и на отдаленной от нее территории. Показана проблема использования только одного источника питания для таких предприятий в случае нестабильности тока по частоте и при изменении напряжения, а также планового или внепланового отключения питания в сети ЛЭП. В качестве резервного источника предлагается вариант автоматизированной системы электроснабжения (АСЭ), включающей в себя питание переменным током от внешней сети и питание от комбинированной ветро-солнечной установки (ВСУ). Предложены схемы совместного использования ВСУ и внешних источников для предприятий, расположенных вблизи ЛЭП и схема совместного использования ВСУ с рекуператорами и термоэлектрическими генераторами для варианта, когда предприятия расположены вне зоны досягаемости ЛЭП. Результатом данного предложения является достижение постоянного, высококачественного и бесперебойного электроснабжения высокотехнологичных энергоустановок в любое время года и при любых погодных условиях.
Бесплатно
Обеспечение живучести асинхронных электроприводов
Статья научная
Представлен краткий обзор известных методов обеспечения живучести. На основе анализа скрытых резервов системы привода предложен и обоснован новый принцип построения электропривода со свойством живучести, представлены необходимые требования, предъявляемые к двигателю и преобразователю, разработаны алгоритмы управления асинхронным линейным приводом в аварийном режиме, предложены технические решения по реализации.Для проверки представленных алгоритмов управления, обеспечивающих живучесть, разработана специальная математическая модель линейного и вращающегося асинхронного электропривода и представлены результаты моделирования в нормальном и некоторых аварийных режимах работы, подтверждающие работоспособность предложенных принципов.В заключении проанализированы характеристики привода и показана возможность восстановления работоспособности в аварийном режиме работы. Кроме того, представлены рекомендации по проектированию асинхронных двигателей с обеспечением свойства живучести, а также определены направления для дальнейших исследований.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования в работе является высокочастотный силовой трансформатор с разделяющимися первичной и вторичной частями, который входит в состав системы бесконтактной передачи электроэнергии на автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) для зарядки его аккумуляторных батарей. В качестве задачи исследования поставлено обоснование и разработка методики расчета конструктивных параметров трансформатора, отвечающих поставленным требованиям по передаваемой мощности при заданных условиях эксплуатации. В основу исследований положено математическое моделирование электромагнитных процессов в трансформаторе в программном пакете ANSYS Maxwell в сочетании с натурным экспериментом. Выделены характеризующие параметры в виде коэффициента магнитной связи и удельной индуктивности витка обмотки и обосновано их применение для полной идентификации свойств объекта. Предложена система относительных единиц, в которой характеризующие параметры имеют постоянное значение для любых сердечников одного типоразмера, что позволяет легко выполнять масштабирование результатов полученных технических решений при изменении требований по передаваемой мощности. Предложена методика определения аппроксимирующих полиномов, связывающих массивы значений коэффициента связи и удельной индуктивности с относительными значениями зазоров между контактными поверхностями частей трансформатора и межосевыми смещениями, появление которых возможно при выполнении автоматического причаливания подводного аппарата к базе. Выполненные исследования позволили предложить методику расчета основных конструктивных параметров трансформаторов при исходных данных в виде сочетания заданных электрических характеристик и предъявляемых ограничений по точности стыковки контактных поверхностей частей трансформатора. Экспериментальные натурные исследования выбранных конструктивов трансформаторов, аналогичных принятым при моделировании, убедительно подтверждают достоверность приведенных результатов. Полученные результаты относятся к ферритовым сердечникам чашечного типа, однако, принятые в исследованиях подходы дают возможность расширения методики расчета к другим конструктивным обликам трансформаторов, которые могут найти применение в системе бесконтактной зарядки аккумуляторных батарей АНПА.
Бесплатно
Обеспечение условий работы очистных сооружений при наличии мини-ТЭС
Статья научная
Рассмотрены комбинированные системы электроснабжения на примере очистных сооружений большой мощности. Ввиду того, что основными потребителями таких систем являются турбовоздуходувки, насосы, смесители, задвижки, часть из которых относятся к потребителям первой и особой категории, то для них требуется собственный третий источник типа мини-станции. При проектировании и внедрении мини-станций на очистных сооружениях актуальны задачи выбора напряжения, расчета статической и динамической устойчивости ЭТС, а также обеспечения надежных режимов параллельной и автономной работы энергосистемы и собственной генерации, особенно когда западные решения приняты с рядом допущений. Выполнены расчеты устойчивости таких систем, определены критические длительности нарушения внешнего электроснабжения и предложены решения по повышению надежной работы станций.
Бесплатно
Обеспечение электромагнитной совместимости мощных электротехнических комплексов
Статья научная
Рассмотрены основные технические средства обеспечения электромагнитной совместимости мощных нелинейных электроприемников - дуговых сталеплавильных печей и электроприводов прокатных станов. Проведено сравнение основных показателей компенсирующих устройств реактивной мощности двух типов: статического тиристорного компенсатора и СТАТКОМа. Проанализированы силовые схемы мощных СТАТКОМов с различными методами АИМ. Особое внимание уделено формированию входного напряжения 12-пульсного СТАТКОМа на базе параллельного соединения двух трехуровневых инверторов с уравнительным реактором, имеющим среднюю точку. Показано, что данное схемотехническое решение обеспечивает спектр напряжения с уровнем гармоник не более 2,5 %.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вопросы обеспечения электромеханической совместимости в асинхронных электроприводах. Для исследования электромеханических процессов в системах с автономными ШИМ-инверторами напряжения и асинхронными двигателями разработана компьютерная модель привода. Расчеты на модели показали, что непрерывное изменение частоты опорного напряжения инвертора во времени позволяет на порядок уменьшить амплитуды высших гармоник тока и электромагнитного момента двигателя при их неизменных коэффициентах искажения. Вследствие уменьшения амплитуд гармоник момента происходит снижение вибраций электропривода. Потери в двигателе изменяются незначительно. Изменение частоты опорного напряжения в заданном диапазоне частот не должно осуществляться с частотой питающих двигатель токов.
Бесплатно
Обзор зарубежных источников по инфраструктуре интеллектуальных счётчиков
Статья обзорная
Обзор литературных источников показал, что тема инфраструктуры интеллектуальных счётчиков хорошо изучена и упоминается во множестве исследований за рубежом, в то время как в российской науке работ, полностью освещающих данную технологию, крайне мало. Поэтому данная статья представляет собой обзор зарубежных источников, посвященных данной теме. Инфраструктура интеллектуальных счётчиков является основой интеллектуальных сетей и представляет собой сочетание различных технологий, осуществляющих коммуникацию и управление в системах электроснабжения. Преимуществом этих технологий в сравнении с другими системами является наличие двунаправленной связи между потребителем и поставщиком электроэнергии, что позволяет участникам энергетического рынка оперативно взаимодействовать друг с другом и реагировать на изменения в системе. Данная статья описывает структуру инфраструктуры интеллектуальных счётчиков, её особенности и вопросы интеграции в систему электроснабжения. В статье предоставлена информация по основным компонентам данной системы. Даны описание, работа и возможности использования интеллектуальных счётчиков, а также их устройства. В статье имеется информация, посвященная описанию структуры центра обработки данных, архитектуры сетей связи и технологий, используемых для передачи информации между компонентами данной системы. Также в статье приведены основные протоколы и стандарты, используемые в инфраструктуре интеллектуальных счётчиков. Описанные в статье технологии использования интеллектуального измерения в сетях электроснабжения могут быть применены для сетей газоснабжения и сетей водоснабжения.
Бесплатно
Обзор методов определения параметров моделей синхронных генераторов
Статья научная
Синхронный генератор является одним из основных элементов электроэнергетической системы, оказывающих существенное влияние на устойчивость и надёжность электроснабжения потребителей. В настоящее время задачи противоаварийного и режимного управления энергосистемами решаются на основе математических моделей, параметры которых задаются с помощью паспортных данных или данных, полученных при испытаниях. Высокая зависимость значений параметров математических моделей от внешних факторов ведёт к значительному снижению точности анализируемых процессов. Для повышения точности параметров математических моделей энергосистем применяются идентификация на основе измерений, полученных с помощью традиционных систем телеметрии или векторных измерений. Целью данной статьи является проведение метаанализа существующих исследований, направленных на разработку методики определения параметров синхронного генератора по данным измерений. Для достижения поставленной цели были проанализированы и сгруппированы как российские, так и зарубежные исследования. Затем для каждой группы были выявлены достоинства, недостатки, а также область применения. В результате было показано, что существующие методики определения параметров синхронных генераторов по данным измерений не способны подстраиваться к набору исходных данных, а также требуют значительных вычислительных мощностей. В качестве способа преодоления указанных недостатков предлагается адаптивная модель синхронной машины.
Бесплатно
Статья научная
Требования по охране окружающей среды обусловливают актуальность определения выбросов NOX турбомашин в реальном масштабе времени. В настоящей статье представлен обзор литературы по расчетным методам непрерывного определения эмиссии NOX в газотурбинном двигателестроении. Установлено, что в мире определение выбросов NOХ по математическим моделям применяют в газотурбинных установках с 1990 года. При эксплуатации авиационных двигателей технологии расчета NOХ в полете пока не используются. Но, в связи с постоянно ужесточающимися требованиями ИКАО, такая необходимость может возникнуть в ближайшее десятилетие. Для мониторинга эмиссии применяют три типа математических моделей - фундаментальные, основанные на базовых физических законах и химической кинетике, а также нейросетевые и статистические модели. В статье рассмотрены наиболее значимые работы по трём указанным направлениям, а также выполнена оценка достоинств и недостатков расчетных способов определения NOХ, проведен анализ применимости этих способов и определены основные возможные направления развития методов оценки эмиссии вредных веществ в масштабе реального времени, предложены наиболее эффективные технологии для использования в газотурбинной энергетике и авиадвигателестроении РФ.
Бесплатно
Статья научная
Проанализировано техническое состояние электрооборудования, установленного на электрических станциях и подстанциях в электроэнергетической системе Республики Таджикистан (ЭЭС РТ) в настоящее время и с учетом перспектив ее развития. Рассмотрен каждый из элементов ЭЭС РТ по отдельности и оценен срок их службы, а также оценено их техническое состояние. Показано, что из всех ЛЭП 0,4-500 кВ находятся в хорошем состоянии 18 115 км (28,7 %), в удовлетворительном состоянии 32 887 км (52,1 %), в неудовлетворительным состоянии 12 263 км (19,8 %). Выявлено электрооборудование, работающее дольше нормативных сроков, установленных заводами-изготовителями: силовых трансформаторов 2320 МВА (78 %), высоковольтных выключателей (ВВ) 232 ед. (56 %), синхронных генераторов 700 МВт (80 %). Также проанализированы структура изменения системы и ввод основных элементов напряжением 110-500 кВ по ЭЭС РТ на период 2015-2039 гг. При присоединении энергосистем соседних стран к ЭЭС РТ увеличиваются уровни токов короткого замыкания (КЗ). Эксплуатация изношенного оборудования может приводить к многочисленным авариям, поэтому рекомендовано заменить его на новые типы, а также продолжить работы по координации токов КЗ, проверке электродинамической стойкости силовых трансформаторов, соответствия отключающей способности ВВ.
Бесплатно
Статья научная
Предложена аналитическая обобщенная математическая модель электромеханического преобразователя как объекта управления, которая позволяет осуществлять синтез законов управления в контурах тока и момента электроприводов переменного тока. Приведена система уравнений модели, которые отличаются тем, что сочетают метод обмоточных функций и энергетический метод получения электромагнитных координат электропривода (МДС, ЭДС, электромагнитного момента). Даны рекомендации по построению алгоритмов расчета на ЭВМ. Результатами моделирования являются удельные электромагнитные моменты различных электромеханических преобразователей, ЭДС обмоток, скорость вращения ротора и частота тока в обмотках. Использовать модель рекомендуется на первом этапе оценочных расчетов при следующих допущениях: электромеханический преобразователь не насыщен, магнитная проводимость стали равна бесконечности, отсутствуют потоки рассеяния. Для более точных расчетов требуется применение численных моделей расчета магнитного поля по уравнениям Максвелла методом конечных элементов.
Бесплатно
