Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 792
Обоснование инженерных методов идентификации режимов оптимизации асинхронных электроприводов
Статья научная
Асинхронные электроприводы с частотным регулированием широко применяются в самых разных отраслях промышленности. Традиционные методы анализа режимов работы асинхронных электроприводов - схемы замещения и векторные диаграммы - все еще широко применяются для анализа различных режимов работы. Достаточно часто результат их применения не слишком нагляден и эффективен. Часто упрощения, необходимые для наглядности, слишком значительны. Так обстоит дело с интерпретацией популярной оптимизации потребляемой мощности снижением амплитуды статорного напряжения. В статье предлагается обоснование измененных схем замещения и векторных диаграмм, позволяющее оценить, как эта оптимизация влияет на весь комплекс параметров и переменных, характеризующих режим работы асинхронного электропривода - изменения скорости вращения, скольжения и роторного тока. Предложены упрощенные векторные диаграммы и схемы замещения, которые позволяют оценить потоки активной и реактивной мощности в электроприводе и их изменения при оптимизации амплитуды статорного напряжения. На основании предложенных схем замещения проведены расчеты, показывающие характер изменения токов ротора и статора при вариациях статорного напряжения. Предложенные методы расчета позволили провести всестороннюю оценку метода управления асинхронными электроприводами при основном магнитном потоке, определяемым отношением амплитуды напряжения подаваемого на статор двигателя к его частоте, существенно ниже номинального значения.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена сжиганию твердых отходов в топке котла для использования их как топлива на тепловых электростанциях. В работе описывается текущая ситуация использования газификации для переработки отходов и опыт их использования на ТЭС. Проведенный авторами обзор выявил проблему накопления отходов и сложности разработки схемы по их реализации. В связи с этим авторы предлагают технологию переработки отходов на ТЭС с последующим получением тепловой и электрической энергии. Для исследования были выбраны по территориальной схеме обращения с отходами Ростовской области и обоснованы виды сырья (отходов), что позволило судить о наибольшем энергетическом вкладе, который приносят отходы лузги и шрота подсолнечного. Также проведен расчет теплового и эксергетического баланса котла ТПП-210А для выбранных видов отходов. В результате анализа расчета построены графики сравнения синтез-газа выбранных отходов с природным газом и углем, а также диаграммы потоков эксергии для одного из выбранных отходов и природного газа и угля. На основе проведенного исследования в статье авторы показали, что газификация твердых бытовых и сельскохозяйственных отходов сможет увеличить термический и эксергетический КПД котла и заменить уголь и природный газ, что уменьшит вредные воздействия на окружающую среду. Расчеты энергетического и эксергетического балансов показывают эффективность применения твердых бытовых и сельскохозяйственных отходов для сжигания на ТЭС, в частности, основываясь на результатах расчета термического и эксергетического КПД котла в зависимости от применяемого топлива.
Бесплатно
Обоснование параметров преобразователя постоянного тока для источника автономного электроснабжения
Статья научная
С внедрением концепции Smart Grid в развитие электроэнергетики нарастает интерес к использованию DC/DC-преобразователей для координированной работы на одну систему шин постоянного тока разнотипных источников питания, имеющих в своем составе источники возобновляемой энергии, накопители электроэнергии (аккумуляторные батареи, модули суперконденсаторов), различную нагрузку. В статье выполнен анализ DC/DC-преобразователей для систем автономного электроснабжения. Обосновано применение преобразователя типа SEPIC (Single Ended Primary Inductance Converter). Представлена методика определения параметров преобразователя. Продемонстрирована и обоснована регулировка активного периода коэффициента заполнения в соответствии с теоретическим поведением после изменения входного напряжения выше и ниже желаемого выходного значения. Выполнено моделирование работы преобразователя в режимах повышения, понижения и стабилизации выходного напряжения в пакете MATLAB / Simulink. Полученные результаты моделирования показывают эффективность предлагаемого решения для источника автономного электроснабжения.
Бесплатно
Обоснование схемы активного фильтра гармоник на основе гибридного каскадного инвертора
Статья научная
С увеличением количества уровней в инверторе усложняется схема, увеличивается количество полупроводниковых ключей. Поэтому представляют интерес топологии, которые позволяют получить увеличение уровней напряжения с уменьшением количества полупроводников, повысить производительность и надежность системы. Предложена схема гибридного каскадного инвертора, рассмотрен метод широтно-импульсной модуляции на основе несущей, приведена блок-схема алгоритма генерации опорных модулирующих сигналов в оптимизированном методе широтно-импульсной модуляции. Для управления гибридным инвертором в составе активного фильтра гармоник в работе предложен метод широтно-импульсной модуляции несущей, который позволяет уменьшить синфазное напряжение, коммутационные потери, минимизировать гармоники тока и напряжения. Приведено описание алгоритма ШИМ, на основе которого осуществляется модуляция управляющих сигналов и затем сравнение их с треугольной несущей для генерации последовательности импульсов, включающих или отключающих полупроводниковые ключи. Целью предложенных решений является улучшение гармонических искажений, вызванных нелинейной нагрузкой в низковольтной системе 0,4 кВ. Приведены результаты моделирования предложенной схемы активного фильтра гармоник. На основании выполненных исследований показано, что применение активного фильтра гармоник на основе 5-ступенчатого гибридного инвертора при управлении методом широтно-импульсной модуляции является эффективным средством фильтрации высших гармоник на шинах низкого напряжения 0,4 кВ при наличии нелинейной нагрузки, что позволяет решить задачу по устранению воздействия высших гармоник на производственную деятельность предприятия.
Бесплатно
Статья научная
Отмечено расширение сортамента прокатных станов за счет производства листового проката из труднодеформируемых марок стали. Обоснована актуальность разработки способов снижения динамических нагрузок электромеханических систем реверсивной клети толстолистового стана при захвате металла валками. Показано, что в системе управления электроприводами горизонтальных валков стана 5000 ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ПАО «ММК») отсутствуют технические решения, обеспечивающие снижение динамического момента и отклонений скорости при ударном приложении нагрузки. Представлены осциллограммы, подтверждающие неудовлетворительный характер переходных процессов при прокатке листов из труднодеформируемых сталей. Обоснована разработка способа ограничения момента за счет увеличения межвалкового зазора перед захватом металла с последующим возвращением валков в заданную позицию. Представлена схема системы регулирования, реализующая предложенный способ. Рассмотрена структура математической модели мехатронной системы прокатной клети, включающая модели электропривода горизонтальных валков и гидравлического привода нажимных устройств (НУ), взаимосвязанных через металл. Приведены математические зависимости, описывающие переходные процессы гидравлического НУ и изменение давления и момента при деформации. Выполнено моделирование динамического режима захвата заготовки с одновременным изменением зазора при различных темпах перемещения НУ. В результате подтверждена целесообразность внедрения алгоритма, реализующего предложенный способ, в АСУ ТП стана 5000. Представлены осциллограммы, полученные в режиме захвата заготовки при существующем и разработанном алгоритмах управления. Подтверждено улучшение динамических показателей скорости и момента. Отмечена целесообразность проведения исследований с целью оценки эффективности внедрения разработанного способа в электромеханических системах клетей широкополосных и сортовых прокатных станов.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены математические модели асинхронного двигателя, представленные в виде системы уравнений и структурной схемы, предложены методы коррекции системы скалярного управления АД, обеспечивающие снижение колебаний электромагнитного момента, приведены результаты компьютерного моделирования переходных процессов в частотном асинхронном электроприводе с системой скалярного управления и дополнительными корректирующими устройствами. Представленная система скалярного управления асинхронным двигателем позволяет осуществлять пуск электропривода и регулирование скорости, при этом достигается стабилизация электромагнитного момента асинхронного двигателя с максимальным отклонением от среднего значения, не превышающего 5 %, и обеспечивать подавление колебаний скорости двигателя в переходных режимах. Системы частотного асинхронного электропривода со скалярным управлением с улучшенными динамическими свойствами могут найти применение на металлургических механизмах.
Бесплатно
Один из способов улучшения энергетических показателей диодных выпрямителей с дроссельным управлением
Статья научная
Исследуется один из вариантов улучшения энергетических показателей диодных выпрямителей с дроссельным управлением.
Бесплатно
Оперативная диагностика вентильного двигателя
Краткое сообщение
Рассмотрены задачи ограничения электромагнитного момента вентильного электродвигателя и определения момента сопротивления на его валу с целью диагностики состояния электропривода. Синтезированы уравнения наблюдателей электромагнитного момента и момента сопротивления, работающих автономно и независимо друг от друга. Проведено математическое моделирование, доказывающее эффективность совместной работы наблюдателей.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрены вопросы повышения эффективности оперативного управления распределенными технологическими сетями тепло- и пароснабжения производственных металлургических комплексов на основе динамического макромоделирования режимов сетей при структурных переключениях и резко переменных нагрузках. Предлагается осуществлять решение задач стабилизации потоков ресурсов в технологической сети на основе решения уравнений обратных задач динамики сети и использования расчетных контуров парирования потоковых возмущений. Алгоритмы парирования потоковых возмущений в технологической сети целесообразно строить с использованием обратных моделей динамики путей передачи входных управляющих потоков к входным узлам потоковых возмущений в сети. Предложена программная макромодель, позволяющая моделировать статические и динамические режимы систем паро- и теплоснабжения, управление зарядно-разрядными процессами паровых аккумуляторов. В данной модели регулируемым параметром является давление пара в аккумуляторе. Ограничение давления пара в аккумуляторе осуществляется с помощью специального регулятора давления, который настраивается на минимум потерь пара на свече при его избытке в сети. Данная программная макромодель позволяет моделировать работу потребителей с резко выраженной переменной нагрузкой.
Бесплатно
Статья научная
На основе анализа статистических данных о повреждаемости изоляции кабельной сети и метеорологических данных показана взаимосвязь грунтово-климатических параметров с текущим состоянием изоляции силовых кабелей.
Бесплатно
Статья научная
Исследование особенностей работы электрических машин периодического движения в составе электромеханических комплексов различного целевого назначения направлено на создание высокоэффективных электроприводов как линейного, так и углового колебательного движения. Особое место среди них занимают безредукторные электроприводы, в которых колебательный режим работы формируется за счет различных видов модуляции питающих фазных напряжений исполнительного двигателя. На основании анализа математической модели вентильного электропривода определена методика расчета его выходных параметров при колебательном движении с учетом функций регулирования, параметров электрической машины и нагрузки. Показано, что при определении колебательного электромагнитного момента вентильного двигателя при инженерных расчетах достаточно учитывать в его демпфирующей составляющей только постоянные члены. Получено выражение, определяющее амплитуду колебаний подвижного элемента вентильного электродвигателя, что позволило установить возможность регулирования собственной частоты электропривода за счет изменения амплитуды одного из фазных напряжений. Представлены результаты математического моделирования вентильного электропривода колебательного движения в математической среде MathCAD 2000, иллюстрирующие возможность обеспечения резонансного режима работы электропривода согласно разработанному алгоритму. Полученные в работе аналитические соотношения составили теоретические основы не только для расчета выходных параметров, но и рабочих характеристик вентильного электропривода колебательного движения. Они также могут быть рекомендованы для оценки динамических и энергетических показателей электропривода в режиме колебательного движения.
Бесплатно
Статья научная
На основе генетического алгоритма произведён расчёт различных вариантов электроснабжения студгородка ЮУрГУ на базе распределённой генерации. Дан краткий анализ эффективности каждого варианта, и выработаны рекомендации по ведению режима работы станций в принятых условиях.
Бесплатно
Определение закона и параметров регулирования инерционного вибропривода зерноочистительной машины
Статья научная
Рассмотрены вопросы регулирования амплитуды от частоты колебаний рабочего органа вибромашин по установленному гиперболическому закону путем изменения параметров саморегулируемого вибратора.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследуется метод определения места повреждения в распределительных электрических сетях 35-10-6 кВ на основе эмпирических критериев в координатах трех симметричных составляющих индивидуальных для каждого вида аварийного режима. То есть в формулах критериев использованы напряжения и токи прямой, обратной и нулевой последовательности. Сами формулы определялись по следующему принципу: если напряжения или токи увеличиваются при перемещении точки аварии вдоль длины линии, то они помещаются в числитель, а если наоборот, то в знаменатель. Для каждого критерия получен график интерполирующей функции, который хранится в памяти компьютера. При возникновении повреждения рассчитывается значение критерия и по графику находится место возникновения аварийного режима. Выявлена расчетная математическая погрешность разработанного метода при малой погрешности измерения ±0,2 %. Показано, что все погрешности составляют менее 1 %, кроме режимов однофазных замыканий на землю, когда погрешность достигает 2,6 %. Как показывают расчеты, погрешность ОМП прямо пропорциональна результирующей погрешности измерений и точности задания исходных данных. Так, при результирующей точности ±2,5 % максимальная погрешность ОМП близка к 3 %, а при точности ±5 % близка к 6 %. Существующие приборы ОМП работают с погрешностью 3-20 %, кроме того, они неспособны определить повреждения с замыканиями на землю и обрывами. Эффективность рассмотренного метода подтверждена технико-экономическими расчетами. Так, в расчете на один фидер 35, 10 и 6 кВ экономический эффект соответственно составляет 200, 150 и 110 тыс. руб. в год при сроке окупаемости около года. При применении метода на 1000 фидерах эффект составит порядка 200, 150 и 110 млн руб. в год. Таким образом, полученные критерии для определения места аварии эффективны как с технической, так и с экономической точек зрения.
Бесплатно
Определение направления и скорости конвективных потоков воздуха с помощью воздушного шара на цепи
Краткое сообщение
Поместив в слабый конвективный поток воздуха наполненный гелием детский воздушный шар на тяжелой гибкой связи (цепочки от карманных часов), можно сравнительно просто и достаточно точно определить направление и скорость потока. Цепочка позволяет измерять малые усилия потока на шар, ей не свойственно сухое трение. Для расчетов используются формулы аэродинамики шара и уравнения цепной линии. Приведены результаты эксперимента.
Бесплатно
Статья научная
Описывается метод косвенного определения начального углового положения ротора в системе импульсно-векторного управления асинхронным двигателем с фазным ротором, основанный на использовании угловых зависимостей действующих значений напряжений на обмотках двигателя.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты измерений картины магнитного поля в распределительных устройствах на 11 подстанциях 110/10(6) кВ г. Кургана (более 2000 замеров). Сделаны выводы о наличии опасных зон в распределительных устройствах 10(6) кВ по условиям воздействия магнитного поля на обслуживающий персонал. Предложены дополнительные рекомендации в существующие стандарты.
Бесплатно
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
