Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 812
Статья научная
Статья посвящена синтезу повышающего преобразователя для имитатора, предназначенного для формирования нагрузок систем электроснабжения автономных объектов на основании математического описания преобразователя в виде системы дифференциальных уравнений. Выведены уравнения, позволяющие построить модель повышающего преобразователя, совмещающую силовую часть и систему управления и предназначенную для описания электромагнитных и информационных процессов в устройстве и применения в составе системы управления в качестве цифрового модуля. Модель преобразователя реализована в среде MATLAB Simulink в виде структурной схемы и может быть использована как непрерывная усреднённая, так и дискретная в зависимости от подаваемого на её вход управляющего сигнала - непрерывного или импульсного периодического с определённым значением скважности импульсов. Непрерывная усреднённая модель применяется для цифрового синтеза преобразователя, а дискретная - для проверки и испытаний повышающего преобразователя имитатора нагрузки. На основании построенной структурной схемы выведена передаточная функция преобразователя по его входному току с переменными параметрами, зависящими от скважности. Разработанный повышающий преобразователь обеспечивает ток нагрузки до 360 А с коэффициентом пульсаций входного тока, не превышающим 0,6 %. Результаты исследований могут представлять интерес для специалистов в области силовой электроники, систем электроснабжения автономных объектов и систем управления.
Бесплатно
Синтез систем регулирования непрерывных станов с многовалковыми калибрами
Статья научная
Рассмотрены вопросы синтеза систем регулирования непрерывных станов с многовалковыми калибрами, построенных по принципу подчиненного регулирования параметров
Бесплатно
Синтез системы управления электроприводом с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения
Статья научная
Рассматриваются методы частотного синтеза систем управления синхронной реактивной машиной независимого возбуждения.
Бесплатно
Статья научная
Приведено описание принципов построения интегрирующих устройств синхронизации вентильных преобразователей на основе интегрирующего развертывающего преобразователя. Показаны статические и динамические характеристики интегрирующих устройств синхронизации.
Бесплатно
Статья научная
Сформулированы технологические требования к системе управления скоростными режимами при прокатке полос толщиной менее 2 мм. Рассмотрена система управления, обеспечивающая автоматическое пропорциональное регулирование скоростей клетей чистовой группы при управляющих и возмущающих воздействиях. Предложена система регулирования размера петли. Системы реализованы в виде цифровых алгоритмов в контроллерах АСУТП чистовой группы стана 2500 ОАО «ММК». В результате экспериментальных исследований доказано, что их внедрение обеспечивает повышение точности регулирования натяжения и толщины полосы.
Бесплатно
Статья научная
Разработана система автоматической синхронной подачи резервного питания для систем электроснабжения с синхронными и асинхронными электродвигателями в случае потери питания от основного источника. В предложенном способе выполняется постоянный контроль мгновенных значений напряжений основного и резервного источников питания и определение величины угла между ними. Определение момента подачи команды на включение выключателя резервного источника питания выполняется по результатам аппроксимации зависимости величины угла между напряжениями основного и резервного источников питания от времени. Представленный алгоритм может быть использован в устройствах микропроцессорного быстродействующего автоматического включения резерва для обеспечения допустимых уровней токов статоров и электромагнитных моментов электродвигателей в режимах самозапуска и сохранения сложного непрерывного технологического процесса на промышленных предприятиях. Эффективность разработанной системы автоматической синхронной подачи резервного питания подтверждена с помощью методов математического моделирования и лабораторных испытаний на экспериментальном стенде.
Бесплатно
Система контроля заряда электрической энергии аккумулятора в солнечной опреснительной установке
Статья научная
Рассматриваются различные режимы работы разработанной солнечной опреснительной установки. Проанализированы различные факторы, влияющие на производительность установки, сделаны выводы и рекомендации, направленные на увеличение производительности солнечных опреснительных установок, предназначенных для работы в регионах с невысокой солнечной активностью. Рассчитана потребляемая электрическая энергия разработанной установки и приведены расчеты солнечной батареи. Разработана система контроля заряда энергии электрического аккумулятора, позволяющая использовать электрический нагреватель в составе солнечной опреснительной установки в качестве дополнительного нагревательного элемента, установленного в секции для опреснения. Алгоритм и уставки микроконтроллера направлены на снижение потребления электрической энергии, что позволяет снизить общую площадь солнечных батарей и устанавливать их на поверхности секции опреснителя. Приведены результаты производительности солнечной опреснительной установки с использованием разработанной системы контроля заряда электрической энергии и без системы контроля.
Бесплатно
Система светодиодного освещения в смешанных сетях постоянного и переменного тока
Статья научная
В статье рассмотрена работа системы светодиодного освещения с параллельным питанием от фотоэлектрических модулей и электросети. Представлена схема разработанной системы светодиодного освещения, на основе которой был собран рабочий образец системы светодиодного освещения с одним светильником мощностью 36 Вт. Проведены экспериментальные исследования представленной системы светодиодного освещения с применением разработанной системы мониторинга. Часть полученных экспериментальных данных представлена в данной работе. Рабочий образец на практике продемонстрировал эффективность и надежность работы предложенной схемы. Показан рабочий альтернативный вариант эффективного подключения фотоэлектрических модулей к нагрузке с применением недорогих распространенных преобразователей.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются проблемы, связанные с повышением качества электроэнергии и обеспечением нормальной работы промышленных систем электроснабжения при нестабильности напряжения питающей сети и колебаниях тока нагрузки. Для устранения этих проблем в работе предлагается новый тип управляемого регулятора напряжения взамен известных механических регуляторов напряжения типа РПН и ПБВ. Приводятся результаты исследования качества электроэнергии и эффективности работы систем электро-снабжения при стационарных и динамических процессах. Приводятся интегральные характеристики для систем электроснабжения с известным и новым управляемым регуляторами напряжения. Исследование проводилось в среде MATLAB на модели цехового трансформатора предприятия с существующим и предлагаемым управляе-мым регулятором напряжения мощностью 1000 кВ•А и напряжением 6/0,4 кВ. Полученные результаты числен-ных экспериментов при нестабильности напряжения питающей сети и колебаниях тока нагрузки подтверждают, что предлагаемый управляемый регулятор напряжения обладает способностью сохранить высокое значение качества электроэнергии и эффективность работы систем электроснабжения, а также сохранить их нормальный режим работы и продлить срок службы электрооборудования систем электроснабжения.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрена система стабилизации тока (ССТ) для электролиза цветных металлов (ЭЦМ) на основе трехфазного регулятора переменного напряжения (РН) с вольтодобавочным трансформатором (ВДТ) и 12пульсным диодным выпрямителем, отличающаяся от известных технических решений улучшенными показателями электромагнитной совместимости (ЭМС) комплекса с питающей сетью за счет снижения потребления реактивной мощности и улучшения качества питающего напряжения. Регулирование постоянного напряжения (тока) на выходе ССТ осуществляется за счет переключения отпаек в выпрямительном трансформаторе (ВТ) и регулирования переменного напряжения между отпайками с помощью РН на стороне высокого напряжения. В работе предложена система управления РН, позволяющая автоматически переключать отпайки ВТ с возможностью плавного регулирования переменного напряжения в синфазном и противофазном режимах между отпайками, что позволяет уменьшить мощность РН в два раза и, как следствие, его стоимость. Предложенная система также компенсирует высшие гармоники напряжения на выходе РН, вызванные нелинейным входным током 12пульсного диодного выпрямителя, что способствует улучшению качества питающего напряжения. Эффективность системы стабилизации тока на основе РН с ВДТ подтверждена при помощи компьютерного моделирования в среде MATLAB + Simulink при сравнении результатов с широко применяемой в промышленности ССТ, в которой регулирование постоянного напряжения осуществляется за счет фазового управления тиристорами или дросселями насыщения совместно с переключением отпаек ВТ на первичной стороне. Приведены экспериментальные зависимости tgφ, коэффициента мощности и гармонических искажений сетевого тока и напряжения в зависимости от глубины регулирования 12пульсного выпрямителя в пределах первой зоны переключения без снятия возбуждения (ПБВ1) в ВТ. Полученные результаты показали, что в номинальном режиме работы ССТ на основе РН с ВДТ по сравнению с ССТ с фазовым способом управления тиристоров или дросселей насыщения максимальное потребление реактивной мощности снижается с 0,422 до 0,267 (по среднему значению в пределах одной отпайки с 0,348 до 0,267), а коэффициент искажения напряжения сети уменьшается с 8,8 до 6,2 % (по среднему значению в пределах одной отпайки с 7,7 до 6,2 %) при заданном соотношении мощности короткого замыкания сети. Это позволит на предприятиях электролиза цветных металлов избежать штрафов за оплату реактивной мощности сверхдопустимых значений или дополнительных капитальных вложений на покупку дорогостоящего оборудования для компенсации реактивной мощности, а также улучшить ЭМС комплекса и его эксплуатационную надежность.
Бесплатно
Статья научная
Предложена схема автоматической системы управления тяговым двигателем роботизированного подвижного модуля при использовании емкостного накопителя энергии. Приведен пример математического моделирования работы тягового двигателя с предлагаемой системой на различных режимах движения роботизированного подвижного модуля.
Бесплатно
Система электропривода стана прокатки труб ПАО «ЧТПЗ»
Статья научная
Актуальностью представленной работы является увеличение быстродействия в работе стана холодной прокатки труб для возможного увеличения технико-экономических показателей. В качестве опытной установки принято решение взять стан ХПТ-450 (ПАО «Челябинский трубопрокатный завод»), быстродействие которого было увеличено до 30 % путем внедрения энергоэффектвного оборудования. Проведенный анализ цикловой автоматики показал, что время работы электропривода составляет около 30 %, что позволяет дать оценку технико-экономическим показателям. Ввиду этого было принято решение исключить из механической силовой цепи угловой редуктор, что в свою очередь упрощает механическую часть системы. Однако уменьшение передаточного числа редуктора приводит к увеличению динамической нагрузки на вал электродвигателя. Проведен анализ работы технологического процесса с помощью методики синтеза силовой части электропривода. Метод включает в себя несколько этапом анализа: определение траектории движения, параметров электрооборудования, выбор структуры, а также параметров корректирующих связей. Данный метод позволяет дать полную оценку работе электропривода. В результате определены корректирующие данные контуров управления скорости, положения и момента. В заключение был проведен технико-экономический анализ от внедрения представленной методики. Результаты показали положительный эффект не только в увеличении быстродействия работы на 80 %, но и в росте экономического эффекта в позитивном направлении.
Бесплатно
Статья научная
Изложены методические положения оценки системной топливной эффективности комбинированных теплоэнергетических установок (ТЭУ) на базе топливных элементов. Приведены основные положения определения показателей системной топливной эффективности комбинированных систем на основе топливных элементов и газотурбинных энергетических установок. Разработанные теоретические положения позволяют провести оценку системной эффективности комбинированных ТЭУ на базе твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), а также разработать теоретические положения оптимизации параметров рабочих тел с целью обоснования рациональных схем комбинации ТОТЭ и газотурбинных установок. Полученные результаты позволяют разработать научно обоснованные подходы к проектированию гибридных энергетических систем, обеспечивающих достижение максимальной системной топливной и экономической эффективности.
Бесплатно
Системно структурированная адаптация теплопередачи в котлах
Статья научная
Представлена модель процессов теплообмена и горения в котельных агрегатах, разработанная методами системного анализа и адаптированная к пятиступенчатой схеме процессов. Для каждой из ступеней (локальных систем) сформулированы условия разделения всех факторов и параметров на входные, выходные и факторы управления, определены связи и границы между локальными системами. В качестве модельной схемы компоновки конструктивных элементов котельных агрегатов рассмотрена наиболее распространенная П-образная схема, которая легко преобразуется в другие схемы. Многообразие систем подготовки и подачи компонентов горения топлива унифицируется по выходным параметрам, которые являются входными параметрами для зоны интенсивного горения. Распределение температуры по зоне интенсивного горения топлива и основному объему топки реализовано на основе применения представлений теории вероятности к потоку топливо-воздушной смеси. Решенная задача является этапом при режимной и конструктивной оптимизации котельных агрегатов в стационарных условиях, в основном промышленных ТЭС средних параметров, но может быть распространена на котельные агрегаты других типов и параметров.
Бесплатно
Статья научная
В статье дается математическое описание системы электропривода, обращается внимание на то, что синхронный реактивный электропривод с независимым управлением по каналу возбуждения может быть представлен многоканальной системой, в которой структура каждого канала аналогична структуре электропривода постоянного тока. Показано, что контур регулирования электромагнитного момента в синхронных реактивных электроприводах с независимым управлением по каналу возбуждения в области малых скоростей вращения может быть аппроксимирован звеном чистого запаздывания. Настройка электропривода в зоне малых скоростей выполняется регулятором с переменной структурой, параметры которого переключаются в функции знаков сигнала ошибки и ее производной. Такой подход позволил расширить полосу равномерного пропускания частот контура регулирования скорости.
Бесплатно
Статья научная
Предметом работы являются системы электроснабжения (СЭС) буровых установок нефтегазодобывающего комплекса с частотным электроприводом основных механизмов и общим диодным выпрямителем. Сформулированы требования к таким системам. При построении подобных СЭС предложено использовать принципы, применяемые в гибких линиях электропередач. С этой целью для компенсации продольного индуктивного сопротивления систем показана целесообразность использования в качестве общего выпрямителя симметричных компенсированных выпрямительных агрегатов. Предложен вариант такого агрегата с ансамблем нечетно-кратных гармоник тока в однореакторном компенсирующем устройстве. На основе анализа электромагнитных процессов пояснены особенности работы агрегата. Рассмотрены способы регулирования напряжений в СЭС. Показано, что при относительно небольшой удаленности буровых установок от понижающей подстанции для управления напряжениями может быть использовано автотрансформаторное регулирование либо в начале линии электропередачи, либо в ее рассечке. Для сверхудаленных буровых установок следует применять либо электронное векторное управление в начале линии электропередачи, либо автотрансформаторное регулирование в начале и в конце линии. Приведены схемные решения СЭС, а также результаты конструкторской и дизайнерской разработки реактора компенсирующего устройства выпрямительного агрегата.
Бесплатно
Скалярное управление асинхронным короткозамкнутым двигателем по активной составляющей тока статора
Статья научная
Представлен метод регулирования частоты вращения асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, базирующегося на скалярных законах управления с обратными связями. Система обратных связей состоит из двух независимых каналов: канала регулирования частоты и канала регулирования напряжения, основанного на регулировании активной составляющей тока статора. Представленная система управления асинхронным электродвигателем позволяет получить наибольшее быстродействие при скалярном способе управления, сравнимое с классической векторной системой.
Бесплатно
Снижение времени аварийного гашения поля синхронных машин с системами самовозбуждения
Статья научная
Сравниваются процессы гашения поля синхронного генератора различными способами и рассматривается устройство гашения поля с переключаемыми сопротивлениями.
Бесплатно
Снижение дуговой нагрузки на выключатели в системах самовозбуждения
Краткое сообщение
По результатам математического и физического моделирования показан положительный эффект от кратковременного шунтирования обмотки возбуждения при гашении поля.
Бесплатно
Статья научная
Рост доли возобновляемых источников энергии, характеризующихся непостоянной выработкой электроэнергии в общем балансе ее производства, приводит к снижению качества электроэнергии и необходимости балансировки нагрузки в сети. Применяемые сегодня методы балансировки нагрузки со стороны генерации, а также использование технологии аккумулирования энергии не всегда обеспечивают эффективное решение задачи балансировки. Особенно это проявляется при переводе традиционных генераторов из основных источников электроэнергии в резервные. Основная проблема заключается в росте потерь электрической энергии из-за низкой эффективности применяемых технологий аккумулирования. На примере самой современной гибридной электростанции Gorona del Viento (остров Эль-Йерро, Канарский архипелаг, Испания), имеющей в своем составе традиционные и возобновляемые источники энергии, рассмотрены методы балансировки нагрузки в сети, особенностью которых является проведение балансировки как со стороны генерации электроэнергии, так и со стороны потребления. С использованием расчетных моделей режимов работы гибридной электростанции продемонстрирована возможность реализации различных стратегий балансировки нагрузки со стороны потребления, рассмотрены особенности, показана их эффективность для снижения потерь энергии.
Бесплатно
