Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 846
Статья научная
Наличие пульсаций электромагнитного момента в электроприводе с синхронным реактивным двигателем независимого возбуждения (СРДНВ) объясняется протекающими во времени процессами коммутации токов в статорных обмотках. Максимальное значение пульсаций в разомкнутой схеме для шестифазного двигателя может достигать 20 % от развиваемого электромагнитного момента. Одним из наиболее удобных для анализа процессов в электроприводе с СРДНВ является метод обмоточных функций. Данный метод позволяет произвести расчет амплитуды пульсаций относительно среднего момента, развиваемого электродвигателем для различного числа фаз. Компромиссом с учетом стоимости электропривода, массогабаритных и энергетических показателей по результатам расчета явилась трапецеидальная форма тока при числе фаз, равном шести. При числе фаз, меньшем шести, амплитуда пульсаций значительно увеличивается, что недопустимо. С другой стороны, увеличение числа фаз ведет к увеличению габаритов полупроводникового преобразователя при незначительном снижении амплитуды пульсаций. Для снижения уровня пульсаций электромагнитного момента было рекомендовано создание и использование быстродействующих контуров регулирования тока (КРТ), а также применение гибкой положительной обратной связи по току при коммутации фазных токов. Такое решение позволило получить среднее значение момента, на 10 % большее, чем в системе без коррекции, и ощутимо снизить амплитуду пульсаций электромагнитного момента. Показана возможность эффективной работы электропривода с СРДНВ в аварийных режимах.
Бесплатно
Пусковое устройство дроссельного асинхронного электропривода
Краткое сообщение
Рассмотрены преимущества и недостатки использования индуктивных реостатов в роторной цепи электродвигателя с фазным ротором для обеспечения плавного пуска. Предложена простая схема пускового устройства дроссельного электропривода, обеспечивающая плавный выход с механической характеристики двигателя с дросселем в цепи ротора на естественную механическую характеристику. Представлена функциональная схема разработанного устройства. С помощью диаграмм пояснен принцип работы устройства. Приведены экспериментальные временные диаграммы изменения частоты вращения, тока статора и тока ротора при осуществлении пуска электродвигателя с индуктивным реостатом и новым устройством в роторной цепи.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается состояние топочного оборудования котлов Челябинской ТЭЦ-2. Дается анализ работы топок на газе и угольной пыли при различной степени модификации горелочных устройств. Оцениваются перспективы перехода к системе сжигания топлива с рассредоточенным вводом в топку реагентных потоков
Бесплатно
Развитие частотных методов синтеза электроприводов с синхронными электрическими машинами
Статья научная
Рассматриваются вопросы разработки частотных методов синтеза и анализа процессов контура регулирования момента в синхронных частотно-регулируемых электроприводах.
Бесплатно
Разработка автоматизированного контроллера управления для системы солнечного теплоснабжения
Статья научная
В данной работе разработан автоматизированный контроллер управления для системы солнечного теплоснабжения на базе платформы Mojo v3. Разработанная система работает с помощью 6 датчиков (DS18B20 Dallas), которые позволяют расширить возможность применения платформы. Интегрированная система, использующая датчики Далласа, позволяет контролировать температуру и количество тепла. Система управления и мониторинга реализована на языках VHDL и VERILOG. Разработан алгоритм управления, который активирует библиотеки и константы, подключает модуль часы в реальном времени, активацию температурных датчиков и активацию связи с сервером. Если связь установлена с сервером, тогда сохраняется xml-файл в Ethernet-модуле, считываются температурные данные датчиков и записываются данные о температуре в Ethernet-модуле. Язык XML облегчает обработку данных путем автоматической или ручной интерпретации программ электронных таблиц данных.
Бесплатно
Статья научная
Современное промышленное производство ориентировано на повышение эффективности технологических процессов, что предполагает внедрение автоматизированных решений на всех этапах производства. Одной из ключевых задач является автоматизация упаковки продукции, поскольку именно эта стадия определяет сохранность, презентабельность и логистическую готовность товара. Автоматизированные линии пакетирования продукции позволяют существенно снизить затраты на трудовые ресурсы, повысить точность операций и минимизировать влияние человеческого фактора на качество конечного продукта. Проведен анализ существующих складских автоматизированных систем. Классифицированы линии пакетировании металлопроката и металлургических продуктов. Отмечено, что внедрение автоматизированных систем в процессе пакетирования позволит уменьшить простои временных интервалов, исключить трудные и опасные производственные операции, выполняемые человеком и повысить производительность и надежность всей системы. Разработан алгоритм выполнения операций линии пакетирования, который проверен в программном комплексе «FactoryIO». Проведен выбор необходимых технических средств автоматизации. Разработано программное обеспечение для HMI-панели с целью визуализации управления технологическим процессом пакетирования. Разработанный комплекс технических средств, включая алгоритм, прошли монтаж и пуско-наладочные работы на одном из производственных объектов и были внедрены на производство.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований работы электропривода на базе асинхронизированного вентильного двигателя с применением новой цифровой бездатчиковой системы управления для усовершенствования и устранения ряда недостатков ранее известных вариантов систем управления данным типом электропривода. Предложена структура наблюдателя скорости с применением ПИ-регулятора. В отличие от многих известных структур наблюдателей скорости, применяемых в системах управления приводов переменного тока, предложенный наблюдатель не содержит в алгоритмах вычисления скорости параметры базовой машины, которые могут меняться в зависимости от режима работы привода, и отличается лучшими динамическими характеристиками. Приведена оценка точности наблюдения угловой скорости ротора в диапазоне от начальных значений до номинальных.
Бесплатно
Разработка дистанционного мониторинга для систем солнечного теплоснабжения
Статья научная
В данной статье представлен новый способ разработки стационарной системы дистанционного мониторинга для систем солнечного теплоснабжения, которые могут быть применены для обогрева и горячего водоснабжения промышленных и бытовых помещений. Для разработки системы использовалась плата T-Call ESP 32 SIM800L с датчиком BME280, которая может работать в режиме глубокого сна. Плата начинает подключаться к Интернету с помощью тарифного плана SIM-карты. Он публикует показания датчиков на сервер и снова переходит в спящий режим. В нашем примере время сна составляет 60 минут, но можно также легко изменить его в коде. Предложенная система дистанционного мониторинга и управления позволяет повысить эффективность использования систем солнечных коллекторов, используемые для обогрева и горячего водоснабжения промышленных и бытовых помещений.
Бесплатно
Статья научная
Асинхронные дисковые двигатели с порошковыми магнитопроводами (SMC-композиты) характеризуются сниженным уровнем вихревых токов, возможностью изготовления сложных 3D-геометрий магнитопровода и уменьшением массы сердечника. В настоящей работе проведён сравнительный анализ широкодоступных порошковых материалов (металлической окалины, стружки, мелкодисперсного железного порошка ~ 200 мкм и их смесей) для магнитопровода дискового асинхронного двигателя. Экспериментальная установка включала трёхфазный инвертор с LC-фильтром и тестовые катушки со сменными порошковыми сердечниками. Измерялись индуктивность L и активное сопротивление R катушек при частотах 50, 200, 400, 800 Гц. Установлено, что при росте частоты индуктивность всех образцов незначительно уменьшается, а активное сопротивление возрастает (что свидетельствует об увеличении потерь на вихревые токи). Полученные результаты подтверждают, что мелкодисперсные порошковые материалы с высокой удельной магнитной проницаемостью и сопротивлением наиболее перспективны для дисковых двигателей. Практическая значимость работы заключается в возможности повышения КПД и плотности мощности двигателей за счёт снижения потерь в сердечнике и веса магнитопровода.
Бесплатно
Статья научная
Разработка технологий ресурсосбережения существующих источников энергии является одной из приоритетных задач Энергетической стратегии России, которая предусматривает сокращение потерь и снижение затрат на всех стадиях технологического процесса при добыче, подготовке и транспорте природного газа. На сегодняшний день весьма перспективной является утилизация энергии избыточного давления природного газа на газораспределительных станциях (ГРС) с помощью детандерных установок. Решением проблемы отсутствия подогрева газа в детандер-генераторном агрегате (ДГА) может стать схема установки с подогревом за счет применения системы подогрева газа тепловой насосной станции.
Бесплатно
Статья научная
Создание и широкое применение за рубежом интеллектуальных грузоподъемных манипуляторов, позволяющих осуществлять перемещение рабочим, прикладывая усилия непосредственно к грузу, делает актуальным задачу модернизации отечественных манипуляторов, система управления которых построена по принципу регулирования скорости движения груза и имеющая ряд недостатков при их эксплуатации. Осуществление перемещения груза, воздействуя непосредственно на него, может быть реализовано на манипуляторах отечественного производства с применением силокомпенсирующей системы управления. Принцип работы такой системы заключается в компенсации при помощи электродвигателей гравитационных и других сил, препятствующих движению груза, а также в создании и поддержании неизменными в точках подвеса груза усилий, равных его весу. При этом движение груза осуществляется под действием внешних усилий. В результате данной работы обоснована целесообразность применения силокомпенсирующей системы управления. Произведен выбор необходимого оборудования и модернизация манипулятора отечественного производства для перемещения грузов типа ШБМ-150М. Экспериментально определены технические характеристики и функциональные возможности первого отечественного манипулятора ШБМ-150МИ с силокомпенсирующей системой управления.
Бесплатно
Статья научная
Разрабатываемая в данной статье интеллектуальная система диагностики оборудования технологических процессов в топливно-энергетическом комплексе РФ имеет ряд преимуществ перед подобными системами, так как отвечает на ряд вызовов, которые ставит перед ТЭК РФ существующая обстановка. Авторы разработали механизм, архитектуру и цифровой инструментарий для создания интеллектуальных систем диагностики теплоэнергетического оборудования с возможностью распознавания текущего состояния объекта в условиях динамической подачи информации. Провели анализ установки с использованием метода Байеса для оценки состояний объектов системы теплоснабжения, подтвердив применимость этого подхода. Были определены цифровые инструменты, необходимые для функциональности разрабатываемой интеллектуальной системы. Создана архитектура системы принятия решений, а также разработан алгоритм механизма логического вывода нечёткой нейронной сети. В результате разработанная система позволяет формализовать мнения экспертов в количественных метриках, объединять данные с измерительных устройств, проводить диагностическую оценку состояния и предлагать решения. Система обладает высокой достоверностью получаемых данных и позволяет накапливать и сохранять информацию, создавая структурированный массив данных и инженерную онтологию. Разработка и интеграция подобных интеллектуальных систем ориентирована на повышение эффективности и минимизацию ресурсных затрат.
Бесплатно
Статья научная
Переход роботизированных манипуляторов к облегчённым конструкциям и удлинённым звеньям усиливает влияние упругости на динамический отклик и точность траекторного слежения. В традиционных моделях гибкость часто рассматривается как внешнее возмущение, из-за чего параметры конструкции, полученные при конечно-элементном анализе, не используются напрямую в контуре управления. В сокращённой редакции обобщён подход, в котором структурная модель ANSYS согласуется с моделью управления MATLAB/Simulink. Из конечно-элементной модели извлекаются эквивалентные жёсткости, инерционные характеристики, собственные частоты и параметры демпфирования шестизвенного манипулятора; затем эти данные включаются в жёстко-гибкую динамическую модель. Для компенсации остаточной гибкой динамики применяется регрессионное представление и адаптивный PID-регулятор момента с σ-модификацией и зоной нечувствительности. Численное моделирование показывает, что предложенный подход уменьшает колебания и повышает точность слежения как без нагрузки, так и при полезной нагрузке.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлена актуальность исследования такого показателя качества, как несинусоидальность питающего напряжения. Рассмотрен вопрос влияния несинусоидальности напряжения на нагрев асинхронного электродвигателя (АД). Представлено устройство испытательного стенда, предназначенного для исследования влияния несинусоидальности на нагрев АД. Показан принцип работы испытательного стенда и методика проведения экспериментов по определению вклада, вносимого гармониками спектра напряжения в общий нагрев АД. Представлены результаты проведённых опытов, показывающие степень нагрева, вызываемого гармониками напряжения в тепловыделение асинхронного электродвигателя, а также методика обработки экспериментальных данных для нахождения установившихся значений температуры АД и постоянной времени нагрева. Также показаны ограничения исследований, связанные с воздействием АД на значения гармонических составляющих спектра напряжений.
Бесплатно
Разработка конструкции горелочного устройства для кислородно-топливной камеры сгорания
Статья научная
Одним из способов снижения вредных выбросов от тепловых электрических станций является переход к эксплуатации кислородно-топливных энергетических комплексов, эффективно производящих электроэнергию при нулевых выбросах. Одним из ключевых элементов кислородно-топливных комплексов является камера сгорания, в которой происходит горение природного газа в среде чистого кислорода и диоксида углерода. Важной задачей при разработке конструкции камеры сгорания является проектирование горелочного устройства, c помощью которого осуществляется подача топлива и окислителя в объем камеры сгорания. Главными требованиями для углекислотных горелочных устройств являются: обеспечение устойчивого горения и низкий уровня недожога. В настоящей работе с применением численного моделирования разработана конструкция горелочного устройства, при использовании которой удается организовать устойчивое горение при широком диапазоне значений массовой доли диоксида углерода в смеси окислителя и разбавителя. Помимо этого, были определены пропорции компонентов горения, при которых образуется минимальное количество несгоревших углеводородов и монооксида углерода в дымовых газах на выходе из камеры сгорания.
Бесплатно
Разработка лабораторной установки для предупреждения образования льда на модели провода ЛЭП
Статья научная
В статье описана структура устройства для предотвращения образования льда на проводах ЛЭП ударным импульсным способом при боковом типе крепления. Исполнительным механизмом устройства является магнитно-импульсный элетромеханический преобразователь энергии. Он способен обеспечить соответствие параметров удара расчетным значениям в широком диапазоне времен и сил. Это преимущество определило выбор в пользу данного типа исполнительных устройств. Описаны основные функции устройства. На основании этого выделены функциональные блоки и дано их описание. Приведено влияние различных конструктивных параметров деталей устройства на его работоспособность. Сформулированы требования к элементам конструкции. В результате сделан обоснованный выбор при конструировании устройства. Разработана лабораторная установка для предотвращения образования льда на модели провода ЛЭП в уменьшенном масштабе. Описана система измерения колебаний в нескольких точках провода. Приведены результаты экспериментального исследования колебаний провода. Показано соответствие расчетных и экспериментальных значений отклонения провода, что косвенно подтверждает соответствие параметров разработанного устройства расчетным значениям.
Бесплатно
Разработка макета опытного солнечного термального коллектора и исследование его характеристик
Статья научная
Разработан и изготовлен макет опытного солнечного термального коллектора. Разработаны программа и методика проведения испытаний макета опытного солнечного термального коллектора. Разработан и изготовлен стенд для проведения испытаний солнечного термального коллектора. Проведено численное и экспериментальное моделирование гидродинамических и тепловых режимов солнечного термального коллектора.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты моделирования асинхронного двигателя с фазным ротором в стационарном режиме с использованием программного обеспечения COMSOL Multiphysics®. Моделирование проводилось при постоянной номинальной скорости вращения ротора с учётом скольжения. Также представлена двухмерная модель двигателя с заданной толщиной вне плоскости, полученная с помощью метода конечных элементов. Полученные результаты соответствуют расчётным и каталожным значениям, что говорит об адекватности модели.
Бесплатно
Статья научная
Разработана математическая модель, описывающая функционирование установки автономного теплообеспечения и горячего водоснабжения на основе солнечного термального коллектора с системой аккумулирования тепловой энергии, мониторинга и управления тепловыми режимами здания. Проведено моделирование функционирования установки на различных режимах.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается возможность реализации метода бездатчикового определения углового положения ротора. Проанализированы существующие методы бездатчикового контроля углового положения ротора двигателей переменного тока. Представлены общие недостатки ряда бездатчиковых методов. Указано, что одна из главных проблем определения углового положения ротора без использования механического датчика заключается в сложности определения данной величины при нулевой и низкой скорости. Представлена функциональная схема бездатчикового электропривода на основе синхронного двигателя. Рассмотрена взаимосвязь наводимых ЭДС и высокочастотного сигнала напряжения, подаваемого в обмотку возбуждения синхронного двигателя. Осуществлен вывод формулы, описывающей зависимость между угловым положением ротора и фазными ЭДС. Вывод формулы осуществлен на основе системы уравнений Парка - Горева. Реализована структурная схема согласно приведенным зависимостям. Выполнен анализ полученных результатов.
Бесплатно
