Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 802
Состояние и перспективы развития фотоэлектрических станций с системами слежения за солнцем
Статья научная
Преобразование солнечной энергии в электрическую является одним из решений для повышения надежности электроснабжения удаленных потребителей. Объем генерируемой электроэнергии фотоэлектрическими станциями зависит от их географического месторасположения, температуры окружающей среды, погодных условий, материала фотоэлектрических модулей, а также от угла падения солнечного потока и ориентации фотоэлектрических модулей. В статье рассмотрены способы повышения надежности электроснабжения потребителей электроэнергии фотоэлектрических станций, проанализированы существующие принципы и механизмы, определяющие оптимальное положение фотоэлектрических модулей. Обосновано, что наилучшим способом повышения энергоэффективности работы фотоэлектрических станций является применение автоматизированных систем слежения за Солнцем. Проанализирована научно-техническая литература по проектированию, эксплуатации и моделированию следящих систем фотоэлектрических станций с активным управлением. Рассмотрены существующие классификации систем слежения за Солнцем. Определены основные направления совершенствования и развития следящих систем для фотоэлектрических станций, которые позволят исследователям решать актуальные задачи возобновляемой энергетики.
Бесплатно
Состояние электрических сетей Республики Таджикистан
Статья научная
Выполнен сравнительный анализ состояния электрических сетей Республики Таджикистан на основе статистических данных периода 2000-2017 гг. По сравнению с 2000 г. электропотребление в Таджикистане на душу населения к 2018 г. снизилось болеем чем на 18,4 %. Воздушные ЛЭП 0,4 кВ на 76,2 %, 6-10-20 кВ на 50 % выполнены на деревянных опорах. За последние 4 года, за исключением ЛЭП 35 кВ, протяженность которых сократилась на 12,2 %, у ЛЭП 0,4-500 кВ протяженность возросла на 2,7-11,7 %. За 17 лет протяженность ВЛЭП 6-35 кВ на деревянных опорах сократилась более чем на 49-68 %, что повышает надежность и безопасность при эксплуатации. Последние 4 года при общем росте ВЛ 0,4-35 кВ на 5,6 % доля линий на деревянных опорах снизилась на 14,04 %, кабельные линии 0,4 кВ возросли на 48,2 %, а 6-10 кВ - на 24,8 %. Оценено состояние ВЛЭП и КЛ как «хорошее», «удовлетворительное» и «неудовлетворительное». Состояние 23,5 % ВЛЭП 0,4 и 20 кВ, 56 % ВЛЭП 6-10 кВ оценены как неудовлетворительное, что требует исправления с целью повышения надежности работы и уменьшения возможных несчастных случаев. Рассмотрено развитие протяженности ВЛЭП за 1970-2017 гг.
Бесплатно
Состояние электроэнергетики Камчатского края и перспективы ее развития
Статья научная
Устойчивое социально-экономическое развитие любого региона определяется эффективностью его системы энергоснабжения. Для изолированных энергосистем, к которым относится и Камчатский край, актуальным вопросом является обеспечение энергетической независимости за счет максимального использования внутренних энергоресурсов в производстве электроэнергии. В статье проведен анализ структуры электроэнергетики Камчатского края. Представлен состав генерирующих мощностей в системе электроснабжения региона и дана оценка их влияния на формирование стоимости тарифа электроэнергии. Рассмотрена динамика потребления электрической энергии и структура потребителей, определены наиболее крупные потребители в Центральном энергоузле на Камчатке и дана оценка эффективности данной структуры. Представлены данные по состоянию электроснабжения в отдаленных изолированных энергоузлах Камчатского края. Представлен обзор количественного и типового состава парка турбинного оборудования камчатских ТЭЦ с оценкой остаточного ресурса. На основании выполненного анализа структуры электроснабжения проведена оценка перспективы развития электроэнергетики региона с учетом технического состояния энергетического оборудования и опыта эксплуатации основных генерирующих мощностей. Представлен подход перевода основных энергетических мощностей на внутренние гидроресурсы для обеспечения надежности, безопасности и эффективности энергетики Камчатского края.
Бесплатно
Способ автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,4 кВ
Статья научная
Разработанный способ автоматического контроля параметров нулевого провода основан на качественном анализе распределения токов через нулевой провод и совокупность повторных заземлителей, измерении разности тока в нулевом проводе в начале линии и тока в нулевом проводе за первым повторным заземлите-лем, осуществлении автоматического контроля целостности нулевого провода, определении места обрыва нулевого провода.
Бесплатно
Статья научная
Предлагаемая работа предназначена для углубления теоретических основ построения систем диагностики повреждений короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя в режиме выбега. В ней представлен способ диагностики повреждения стержней короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя по ЭДС, индуктируемой в обмотке статора затухающими токами в короткозамкнутой обмотке ротора. Устройство по этому способу реализуется на базе персонального компьютера, в котором в качестве АЦП используется звуковая карта, данные обрабатываются в специально созданном программном обеспечении. Представлены две блок-схемы устройства диагностики АД, в которых информацию о повреждении ротора получают из ЭДС статора, а начало выбега определяют по разности ее амплитуд или по замыканию блок-контактов выключателя. В последнем случае при размыкании блок-контактов выключателя нагрузки формируется сигнал на измерение ЭДС обмотки статора и осуществляется запись этой ЭДС. Рассмотренная система диагностики позволяет достаточно просто осуществлять диагностику АД напряжением до 1000 В. Однако необходимость подключения для диагностики к блок-контактам высоковольтных АД, например, в ячейках КРУ значительно усложняет процесс диагностики и по технологическим причинам может применяться не на всех АД. Этого в значительной мере можно избежать, если начало режима выбега АД определять по разности амплитуд. Опытный образец системы диагностики обрыва стержней ротора показал, что такая ее реализация способна достаточно эффективно выявлять обрыв стержня ротора в режиме выбега АД. При этом экспериментальные данные были проведены как с использованием звуковой карты компьютера, так и внешнего сертифицированного модуля АЦП, установлено, что погрешность измерений звуковой картой допустима. При этом стоимость всего устройства невысока и определена в основном стоимостью ПК и программного обеспечения, что делает ее доступной для практически любого промышленного предприятия и некоммерческих организаций.
Бесплатно
Способ и устройство гашения поля синхронного генератора
Статья научная
Рассматривается комплексное устройство, позволяющее гасить поле синхронного генератора и выполнять функции резистора самосинхронизации. Для ускорения гашения поля применен ступенчатый принцип увеличения сопротивления контура возбуждения.
Бесплатно
Статья научная
Дана характеристика разработок, посвященных исследованию систем формирования «лыжи» и согласования (деления) нагрузок электроприводов верхнего и нижнего валков горизонтальных клетей прокатных станов. Показано, что изучению совместной работы этих систем не уделяется необходимого внимания. Рассмотрена структура проектной системы задания скоростей толстолистового стана 5000, реализующей алгоритмы лыжеобразования и деления нагрузок. Обоснована актуальность исследования их режимов с целью обеспечения согласованной работы. Представлены осциллограммы моментов двигателей верхнего и нижнего валков, подтвердившие их неравномерную загрузку во всех проходах черновой прокатки. Выполнен анализ осциллограмм скоростей и моментов за один проход. Показано, что при существующей настройке системы задания скоростей момент двигателя нижнего валка достигает уровня ограничения, а двигатель верхнего валка переходит в генераторный режим. Определены причины недопустимых отклонений нагрузок, основными из которых являются несогласованность и низкое быстродействие систем лыжеобразования и деления нагрузок. Обоснован комплекс технических решений, обеспечивающий устранение указанных недостатков. Рассмотрен способ регулирования нагрузок, обеспечивающий форсированное согласование скоростей электроприводов верхнего и нижнего валков за счет исключения из работы интегральной части регулятора деления нагрузок. Представлена схема блока деления нагрузок с переключающейся структурой и переменным коэффициентом усиления регулятора. Рассмотрены осциллограммы, полученные при внедрении алгоритма, реализующего разработанный способ в АСУ ТП стана 5000. Подтверждено повышение точности и сокращение времени согласования моментов двигателей. Даны рекомендации по внедрению выполненных разработок.
Бесплатно
Статья научная
Проведен анализ современных конструкций систем автоматической сортировки твердых бытовых отходов, выявлены недостатки. Предложен оригинальный способ электродинамической сепарации электропроводящих материалов с использованием одного или нескольких индукторов с переменным числом пар полюсов, создающих бегущее электромагнитное поле, которым воздействуют на электропроводящие фрагменты твердых бытовых отходов. Обмотки индукторов при сепарации переключаются так, что полюсное деление изменяется дискретно от максимального до минимального или наоборот, с определенным интервалом времени переключения, определяемым максимальным значением инерции электропроводящих фрагментов с размером, близким к значению полюсного деления. Приводится описание способа электродинамической сепарации, а также блока управления системой электродинамической сепарации. Предлагаемый способ позволит расширить функциональные возможности автоматизированных систем сортировки и переработки электропроводящих твердых бытовых отходов и повысить производительность сепарации.
Бесплатно
Статья научная
Повреждение обмоток электрических машин приводит не только к выходу их из строя, но и к возникновению опасности поражения электрическим током. По результатам анализа повреждаемости обмоток электрических машин выявлено существенное негативное влияние перенапряжения на данный показатель. Приводятся способы ограничения перенапряжений в синхронных реактивных и индукторных электрических машинах конструктивного и управляющего характера путем изменения гармонического состава тока в фазных обмотках и геометрии активной части электрической машины вблизи воздушного зазора. Введено понятие динамического коэффициента мощности, что позволило оценить эффективность оптимизационных процедур с учетом поиска компромисса между увеличением эффективности электромеханического преобразования энергии и снижением значений параметров питающего напряжения. Показано, что при введении третьей гармоники в спектральный состав тока в обмотках синхронной реактивной машины с зубчатым ротором с амплитудой, равной 10 % от амплитуды основной гармоники, удалось увеличить удельный электромагнитный момент и снизить величину питающего напряжения. Путем изменения соотношения намагничивающего и моментообразующих токов в фазных обмотках синхронных реактивных машин за счет изменения угла нагрузки, а в обмотках индукторных электрических машин как за счет изменения угла нагрузки, так и за счет их регулирования получено существенное снижение параметров питающего напряжения на 40 % при умеренном снижении электромагнитного момента на 20 %.
Бесплатно
Способы оптимизации структурно-схемных решений ветро-солнечных электростанций
Статья научная
Для разработки энергоэффективных ветро-солнечных электростанций рассматриваются способы оптимизации их структурно-схемных решений по основным критериям эффективности, которыми являются экономические показатели, показатели надёжности, качества электроэнергии и КПД, а для мобильных систем - массогабаритные показатели. Раскрываются основные сложности при оптимизации структуры системы, выполненной на возобновляемых источниках энергии, и содержание способов определения оптимальных её показателей с использованием обобщённого критерия, общего экономического показателя и раскрываются особенности оптимизации по трём критериям эффективности. Рассматриваются основные этапы оптимизации структурно-схемного решения автономных систем электроснабжения.
Бесплатно
Способы повышения устойчивости электроприводов непрерывных производств при провалах напряжения
Статья научная
Кратковременные провалы напряжения приводят к отключениям электроприводов, нарушению технологических режимов. В результате исследований, проведенных на металлургических предприятиях, показано, что распределение глубины провалов напряжений носит случайный характер. При этом наиболее частыми являются провалы, вызванные однофазными короткими замыканиями. Рассмотрены технические решения, способствующие уменьшению вероятности возникновения провалов напряжения, реализованные на ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»). Это деление замкнутых сетей 110 кВ внутризаводского электроснабжения на независимые контуры, непосредственное подключение ответственных потребителей на генераторное напряжение 6-10 кВ собственных станций малой мощности, использование автономного генератора как независимого источника электроэнергии. Выполнен анализ работы синхронных электроприводов стана холодной прокатки 2000 ОАО «ММК» с преобразователями частоты, построенными на базе AFE. Рассмотрены варианты управления активным выпрямителем с адаптацией к несимметрии питающего напряжения. При этом напряжение обратной последовательности используется в качестве корректирующего сигнала для формирования трех фазных напряжений на его входных зажимах. Представлены векторные диаграммы линейных и фазных напряжений при снижении напряжения фазы на 50 %. Приведены результаты расчетов коэффициентов модуляции, необходимых для отработки провалов питающего напряжения при сохранении устойчивой работы активного выпрямителя. Определены границы устойчивого режима работы при снижениях напряжения для случаев однофазного, двухфазных симметричных и несимметричных коротких замыканий. Рассмотрен вариант повышения устойчивости активных выпрямителей за счет обеспечения равенства коэффициентов модуляции по фазам. Показано, что диапазон остаточных напряжений, при котором активный выпрямитель сохраняет устойчивость, при этом расширяется. В целом, при реализации рассмотренных методов электропривод сохраняет устойчивость при значительно меньшем уровне остаточных напряжений.
Бесплатно
Способы повышения энергоэффективности электропривода стана холодной прокатки труб
Статья научная
Рассмотрены различные способы повышения энергоэффективности электроприводов станов холодной прокатки труб. Методами математического моделирования проведены исследования, в ходе которых получены количественные оценки экономии электроэнергии. На примере стана холодной прокатки труб ХПТ-450 построена зависимость среднеквадратичного тока якоря двигателя главного электропривода клети от частоты среза контура скорости. Рассмотрена возможность экономии электроэнергии за счет предварительного ослабления поля двигателя перед рабочим циклом прокатки. Определены оптимальные с позиции энергосбережения моменты подачи и прекращения импульса на ослабление поля. Выявлены условия, позволяющие обосновать соотношения параметров динамических звеньев и добиться изменения графика работы электропривода, что обеспечивает наибольшее снижение потерь в главном электроприводе клети стана холодной прокатки труб. Рассмотренные мероприятия, направленные на повышение энергоэффективности электроприводов станов данной группы, позволяют снизить расход электроэнергии за цикл прокатки на 20-25 %.
Бесплатно
Статья научная
В данной научной статье рассматривается оптимизация структуры управления преобразователем частоты в современном электроприводе и проводится сравнительный анализ исходной и оптимизированной системы векторного управления с использованием компьютерного моделирования. В качестве метода оптимизации выбрано поддержание угла между током статора и потокосцеплением ротора на таком значении, которое будет соответствовать численной близости значений моментообразующей и намагничивающей составляющих статорного тока. Приводятся характеристики асинхронного двигателя, структура модели ПЧ-АД, имитирующей работу грузоподъемного устройства (привода подъема крана), графики момента, тока, скорости, потребления активной и реактивной энергии, tg φ′. Примечательно, что преобразователь частоты, применяющийся при моделировании, является обратимым, то есть допускает двусторонний обмен энергией с сетью. Это обстоятельство предоставляет возможность исследовать систему в момент рекуперации энергии, что является к моменту написания статьи областью, не освещенной в научных трудах, и подчеркивает важность исследования. Исследуется эффективность оптимизации системы векторного управления, в частности по параметру энергопотребления электродвигателя. Результаты показывают, что оптимизированная система векторного управления обеспечивает более высокую энергоэффективность по сравнению с исходной системой. Приводятся численные данные.
Бесплатно
Сравнение эффективности каналов насадок регенераторов по результатам расчета в пакете ANSYS CFX
Статья научная
Представлены результаты сравнения четырех различных профилей каналов насадки: квадратного, круглого, диффузорно-конфузорного и квадратного канала с нанесенными сферическими лунками в условиях высокотемпературного нагрева воздушного потока, полученные с использованием лицензионного пакета ANSYS CFX.
Бесплатно
Сравнительная оценка подходов при учёте мощностей
Краткое сообщение
Обсуждаются пределы корректного применения множителей типа комплексных проводимостей и сопротивлений в расчётах мощностей. Показано, что использующий их подход Будеану точен лишь в состояниях, при которых замена ими матрицы системы уравнений состояния корректна. Корректности соответствует совпадение токов с собственными векторами матриц состояния. Более универсален подход Фризе, который в современных условиях цифровой формы измерительной информации прост в реализации.
Бесплатно
Статья научная
Решается задача сравнительной оценки способа коммутации обмотки ВД с точки зрения энергетической эффективности, возможности расширения диапазонов рабочих скоростей и моментов, а также улучшения регулировочных свойств с целью применения его в конкретном электроприводе. Сравнительная оценка проводилась при одинаковых значениях относительной скорости и относительной индуктивности. Показано, что в двигателях, имеющих относительно небольшие значения индуктивности обмотки якоря, при использовании дискретной коммутации с точки зрения обеспечения максимального значения электромагнитного КПД целесообразно использование 120-градусной коммутации, при этом указанный параметр оказывается не хуже, чем при векторном управлении. В случае большого значения относительной индуктивности 120-градусная коммутация перерождается в 180-градусную, поэтому целесообразно сразу программировать работу двигателя на эту коммутацию. Представлено, что при векторном управлении за счет регулирования угла коммутации вентильного двигателя в функции от скорости вращения ротора появляется возможность не только решать вопросы минимизации энергопотребления двигателя, но и существенно изменять его механические характеристики от характеристик, присущих двигателю постоянного тока независимого возбуждения, до характеристик, аналогичных двигателям последовательного возбуждения.
Бесплатно
Сравнительная оценка способов питания СДПМ в режиме вентильного двигателя
Статья научная
В статье даётся сравнительная оценка различных способов питания синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ) в режиме вентильного двигателя (ВД). Численно на аналитических и на компьютерных моделях рассчитаны механические ω = f(M), зависимость скорости от электромагнитного момента и энергетические ηэ = f(M), зависимость электромагнитного КПД от момента, характеристики двигателя при синусоидальном питании и дискретной коммутации с различными значениями относительной индуктивности обмотки. Исследованы пульсации момента. Рассмотрено три наиболее распространённых способа дискретной коммутации: 120-, 180- и 150-градусная. Показано, что дискретная 120-градусная коммутация обеспечивает наибольшее, по сравнению с другими способами, значение ηэ, а механические характеристики по виду примерно одинаковы при различных способах питания. Исследование пульсаций момента показало, что дискретная коммутация без дополнительных мероприятий не может конкурировать по этому показателю со случаем синусоидального питания, который теоретически имеет нулевые пульсации момента. Однако использование 150-градусной коммутации позволяет значительно их уменьшить, приблизив к 2…3 %. Приведены кривые, позволяющие приближённо оценить ожидаемые пульсации момента для всех дискретных способов коммутации. Даны практические рекомендации по выбору способа питания СДПМ.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются схемы источников постоянного тока на основе многофазного синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов и выпрямителя. Проведена оценка различных вариантов построения схем при изменении числа фаз от двух до десяти и способов соединения обмотки генератора: N-лучевая звезда или замкнутое кольцо из N секций. Доказано, что при прочих равных условиях по удельным электрическим потерям обмотки с малым числом фаз, от двух до четырёх, оказываются предпочтительней многофазных обмоток. Показаны преимущества замкнутых многофазных обмоток перед разомкнутыми обмотками как с точки зрения удельных электрических потерь, так и с точки зрения сохранения выходных характеристик при единичных отказах. С помощью математических моделей проведён анализ пульсаций выходного напряжения выпрямителя для различного числа фаз и различных схем соединения обмоток как в штатном режиме, так и при обрыве диодов в выпрямителе. Оценено влияние индуктивности обмотки генератора на величину пульсаций напряжения. Делается вывод о существенном преимуществе замкнутых обмоток перед разомкнутыми с точки зрения пульсаций выпрямленного напряжения.
Бесплатно
Статья научная
Произведено сравнение работы групп ветроустановок, состоящих из вертикально-осевых и горизонтально-осевых ВЭУ равной мощности, имеющих примерно равные ометаемые площади. Оценена эффективность использования земельных площадей, отводимых под строительство группы вертикально-осевых ВЭУ, а также группы горизонтально-осевых ВЭУ. Рассчитаны величины потенциально возможной мощности горизонтально-осевых и вертикально-осевых ВЭУ в зависимости от скорости ветрового потока. Произведено сравнение полезной суммарной мощности для рассматриваемых типов ВЭУ, установленных на площади 1 км2, в зависимости от скорости ветрового потока. Сделан расчёт полезной мощности ВЭУ с учётом реальных ветровых условий. На основании произведенных расчётов, а также с учётом возможных решений по оптимизации размещения ВЭУ, сделаны выводы о наиболее эффективном типе ВЭУ для применения на рассматриваемой территории.
Бесплатно
Статья научная
В статье обобщены типовые суточные графики нагрузки на вводе многоквартирных жилых домов с электрическими плитами из различных литературных источников. В качестве исходных данных для анализа использовались результаты измерений за 3 года каждые 30 минут автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии, установленной на вводах 7 многоэтажных многоквартирных жилых домов Московского региона, в квартирах которых установлены электрические плиты. В результате обработки массива данных представлены современные суточные графики нагрузки на вводе в дома с электрическими плитами для различных дней недели (рабочие дни, суббота и воскресенье) зимы и лета. Для актуализированных графиков определены коэффициенты неравномерности, заполнения (плотности) и формы. Выполнено сопоставление актуализированных графиков нагрузки как между собой для различных дней недели рассматриваемых сезонов года, так и с графиками из научно-технической литературы с различными интервалами осреднений. Получено, что конфигурация современных графиков нагрузки жилых зданий значительно отличается от приведенных в литературных источниках как по наличию и значению характерных минимумов и максимумов, так и по продолжительности характерных периодов в суточном разрезе нагрузки.
Бесплатно
