Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 812
Статья научная
Представлены результаты анализа скоростных режимов электроприводов клетей и натяжений в межклетевых промежутках непрерывной подгруппы черновой группы стана 2000 ОАО «ММК». Показано, что в существующей системе согласования скоростей не обеспечивается режим прокатки с натяжением, близким к нулевому. Предложен алгоритм согласования скоростей в процессе прокатки, применение которого обеспечивает повышение точности поддержания заданного натяжения.
Бесплатно
Статья научная
Одним из резервов повышения качества насечки на стальной арматуре является совершенствование систем управления электроприводами агрегатов стана по ее производству. В результате экспериментальных и теоретических исследований, проведенных на действующем стане ISF 5 ОАО «ММК-МЕТИЗ», установлено, что применяемая на стане система управления электроприводом размоточного аппарата не обеспечивает необходимого качества насечки на арматуре и требует совершенствования. Причиной неудовлетворительной работы существующей на стане ISF 5 системы управления электроприводом размоточного аппарата является ее неспособность стабилизировать натяжение в проволоке между размоточным аппаратом и роликовым правильным устройством при уменьшении радиуса смотки проволоки. Для технологических условий производства арматуры на стане ISF 5 получено аналитическое выражение для расчета величины натяжения в проволоке между размоточным аппаратом и роликовым правильным устройством. Определены эмпирические и аналитические выражения для исследования влияния радиуса смотки проволоки на составляющие момента электропривода размоточного аппарата и усилий, формирующих натяжение в проволоке. Разработана методика расчета целесообразного изменения момента электродвигателя размоточного аппарата при изменении радиуса заполнения катушки с целью поддержания натяжения в проволоке между размоточным аппаратом и роликовым правильным устройством на заданном уровне. Разработаны функциональная схема системы управления электроприводом размоточного аппарата и алгоритм расчета задания на момент электродвигателя размоточного аппарата, реализация которых позволит на практике выполнить новые технологические требования к электроприводу размоточного аппарата. Разработанная система управления электроприводом размоточного аппарата позволит обеспечить поддержание натяжения в промежутке размоточный аппарат - роликовое правильное устройство на заданном уровне при изменении радиуса заполнения катушки проволокой, диаметра проволоки и других технологических условий изготовления арматуры и, как следствие, обеспечить требуемое значение глубины насечки арматурной проволоки.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается совершенствование способа определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения, основанного на графике движения поездов на участке железной дороги. В качестве направления совершенствования способа принято уточнение расчета для поездов, находящихся в режиме рекуперативного торможения. Проведение тяговых расчетов в настоящее время осуществляется при допущении о том, что напряжение на токоприемнике электроподвижного состава постоянно во всех режимах движения поезда. Указанное допущение вносит определенную погрешность в расчет энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения. С целью повышения точности расчетов предлагается изменить порядок расчета при имитационном моделировании и дополнить его проверкой условий применения рекуперативного торможения. С этой целью тяговые расчеты предлагается выполнять на каждом шаге расчета энергетических показателей системы тягового электроснабжения с целью учета уровня напряжения на токоприемнике. При этом режим рекуперативного торможения поезда в расчетах применяется только при создании соответствующих условий на основе проверки напряжения на токоприемнике и баланса мощностей на межподстанционной и смежной зонах питания тяговой сети.
Бесплатно
Совершенствование схемы снабжения холодным дутьём доменных печей
Статья научная
В статье дана оценка энергетической эффективности существующей схемы подачи холодного дутья на две доменные печи, входящие в комплекс доменного цеха металлургического предприятия. Подача холодного дутья в воздухоподогреватели доменных печей осуществляется мощными воздуходувными машинами с паровым и электрическим приводом. На основе глубокого анализа полученных данных были выявлены недостатки существующего режима работы воздуходувок, которые снижают энергоэффективность рассматриваемой схемы. Рассмотрена новая схема подачи доменного дутья с применением газоструйного инжектора. Предложенная схема отличается большей энергоэффективностью и позволяет снизить стоимость выплавки чугуна при сохранении его высокого качества. Выполнено моделирование процесса подачи дутья при совместной работе двух воздуходувок с использованием пакета программ для 3D-моделирования Solidworks Flow Simulation. Выполнен конструктивный расчет газоструйного инжектора, определены его геометрические характеристики, найден коэффициент инжекции. Построена 3D-модель инжектора, проанализирована его работа в самых неблагоприятных условиях. Проведен расчет коэффициента инжекции струйного аппарата при всех рабочих режимах работы доменных печей, построена его характеристика и предложено решение, позволяющее осуществлять бесперебойную работу устройства во всех диапазонах давлений холодного дутья доменных печей. Симуляция движения рабочего и инжектируемого потоков подтверждает функциональность предлагаемого технического решения. Определены рабочие точки воздуходувок для рассматриваемых режимов дутья. Дана оценка технического эффекта от предложенных технических решений.
Бесплатно
Статья научная
Резюме: Simulink - это хорошо известное программное обеспечение для моделирования электрооборудования, широко используемое при изучении электрических машин. Однако оно ограничено в предоставлении результатов и не способно отобразить реальные эффекты движения физических двигателей. В данной работе разработана система математического моделирования в Simulink и система виртуального 3D-моделирования в Unity3D для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, основанная на концепции цифровых двойников. Ввиду сложности межсистемной передачи данных предлагается кроссплатформенный модульный метод взаимодействия данных на основе протокола связи UDP, модули связи могут независимо получать и отправлять данные, гарантируя плавное взаимодействие между ними. В ходе эксперимента по моделированию двигателя виртуальная экспериментальная платформа демонстрирует высокую скорость реакции и точность. Система виртуального 3D-моделирования может принимать входные данные из модели двигателя Simulink и получать результаты расчетов в реальном времени. Эти результаты затем загружаются в 3D-модель двигателя для визуализации соответствующих движений. Пользователи могут настраивать модели Simulink в соответствии со своими конкретными требованиями и использовать разработанную систему передачи данных для отображения соответствующих рабочих эффектов через виртуальную трехмерную систему. Виртуальная экспериментальная платформа использует 3D-модель для воспроизведения рабочего состояния двигателя и интуитивного трехмерного представления экспериментальных результатов. Это позволяет преодолеть ограничения по времени и доступному оборудованию.
Бесплатно
Создание мобильной микроГЭС для горных районов Узбекистана
Статья научная
Приведены результаты создания опытного образца мобильной микрогидроэлектростанции с учетом горной местности Республики Узбекистан. Проведенные авторами предварительные расчеты показывают, что мощность микроГЭС зависит от индивидуальных факторов местности. С повышением скорости течения воды повышается также скорость движения водяного колеса, и, в свою очередь, увеличивается электрическая мощность микроГЭС.
Бесплатно
Солнечный трекер с системой самораскрытия
Статья научная
В данной статье дан краткий обзор состояния солнечной энергетики в мире. Рассмотрены недостатки ископаемых источников энергии. В качестве основного недостатка возобновляемых источников энергии в работе рассматривается низкий коэффициент полезного действия. Проанализирован возможный путь повышения КПД солнечных модулей за счет использования систем слежения за Солнцем (ССС). ССС - специальные устройства, имеющие два привода: горизонтальной и вертикальной наводки, которые при помощи специального алгоритма позиционируют солнечные модули в сторону наибольшего светового потока и тем самым повышают выработку электроэнергии. Рассчитан теоретический прирост выработки для систем в идеальных условиях, даны практические значения данной величины. Перечислены недостатки рассматриваемого типа электрогенераторов на ВИЭ. Произведен расчет ветровых нагрузок на ССС по представленной методике. Приведены примеры разрушения солнечных электростанций стихийными бедствиями. Предложен новый тип солнечного трекера с системой самораскрытия, способной сохранить установку от неблагоприятных погодных условий. Проведено сравнение точности алгоритма позиционирования, созданного для данного устройства. Вывод содержит возможные пути применения установки, ее недостатки, а также планы на будущие исследования.
Бесплатно
Краткое сообщение
Дается описание энергосберегающей системы обогрева помещений за счет соединения инфракрасного пленочного электронагревателя непосредственно с обмотками генератора питающей ветроэнергетической установки.
Бесплатно
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
