Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 761
Статья научная
Рассмотрены многоуровневые конвертеры на базе модульной конструкции (ММС), предназначенные для высоковольтных сетей в качестве активных выпрямителей регулируемых электроприводов переменного тока, а также статических компенсаторов реактивной мощности. Приведена структура ММС, отличительная особенность которой заключается в том, что каждая фаза содержит ряд последовательно включенных одинаковых подмодулей. Представлена типовая топология подмодуля, состоящая из конденсатора, шунтируемого встречно-параллельным соединением диода и транзистора. Рассмотрены возможные рабочие состояния подмодуля, влияющие на уровень напряжения на входных зажимах. Детально проанализированы три известных способа модуляции напряжения ММС: метод амплитудно-импульсной модуляции, метод с назначением коммутируемого подмодуля и метод сравнения с опорным напряжением. Приведено содержание высших гармоник в выходном линейном напряжении ММС для трех перечисленных способов модуляции. Показано, что в методе сравнения с опорным напряжением уровень THD напряжения на входных зажимах конвертера составляет значение порядка 4 % при частоте коммутации силовых ключей 300 Гц.
Бесплатно
Анализ способов повышения эффективности абсорбционного и модернизированного паросилового цикла
Статья научная
В статье приводится принципиальная схема и принцип работы модернизированного паросилового цикла Ренкина, в котором конденсация отработавшего после турбины пара заменена на процесс его абсорбции, а также принципиальная схема абсорбционного трансформатора, в котором происходят схожие процессы и который взят за основу при разработке модернизированного цикла. С целью разработки оптимизированных схемных решений модернизированного цикла Ренкина в статье осуществляется термодинамический анализ различных схемных решений абсорбционных циклов с водоаммиачным раствором (схема с регенерацией в термохимическом компрессоре, с регенерацией теплоты в основном процессе, с дефлегмацией пара). Результаты анализа показали, что наиболее оптимальными техническими решениями для абсорбционного термотрансформатора с точки зрения сложности реализации и эффективности являются схемы с дефлегмацией пара и регенерацией теплоты растворов. С целью оптимизации эффективности цикла было осуществлено комбинирование данных схемных решений и исследована эффективность решения. По результатам определения наиболее эффективных вариантов циклов абсорбционных термотрансформаторов в дальнейших исследованиях будут разрабатываться оптимизированные схемные решения для паросилового цикла, при этом будут учитываться особенности функционирования абсорбционных и паросиловых циклов.
Бесплатно
Анализ статистики технологических нарушений в кабельных распределительных сетях 6 (10) кВ
Статья научная
Статья посвящена исследованию состояния кабельных распределительных сетей напряжением 6 (10) кВ и их повреждаемости в процессе эксплуатации. Проведен анализ технологических нарушений по десяти филиалам ПАО «Россети» с 2018 по 2022 год. Проведена систематизация полученных данных согласно приказу № 90 Министерства энергетики Российской Федерации от 2010 г. Подробно проанализированы аварийные отключения в кабельных сетях г. Челябинска. На примере Челябинских городских сетей рассмотрены групповые повреждения, возникающие в результате эксплуатации.
Бесплатно
Краткое сообщение
Бесплатно
Анализ фактического кпд электродуговой сталеплавильной печи
Статья научная
Рассмотрены возможные варианты повышения эффективности дуговой сталеплавильной печи за счет перераспределения объемов используемых энергетических ресурсов. Проведен сравнительный анализ технологических параметров плавок различных марок стали. Рассмотрена методика определения фактического значения коэффициента полезного действия 180-тонной дуговой печи. Предложены варианты повышения значения внутреннего КПД дуговой печи за счет внедрения систем автоматического регулирования объемами подводимых энергетических ресурсов. Рассмотрен вариант регулирования объемов подводимых энергоносителей на основе анализа значений высших гармонических составляющих тока.
Бесплатно
Статья научная
Одним из главных векторов развития отрасли является переход на путь инновационных и энергоэффективных технологий, использование научного и инновационного потенциала электросетевого комплекса. Традиционные технические решения, основанные на общепринятых методиках проектирования, не позволят осуществить такой переход и в полной мере получить ожидаемые качественные и количественные эффекты поставленных стратегических задач. Наблюдается рост требований к повышению надежности, экономичности, экологичности и эффективности работы электросетевых объектов, и в первую очередь воздушных линий электропередачи (ВЛЭП). Для удовлетворения перечисленных требований в качестве основного решения предлагается внедрение воздушных линий нового поколения. Особенности проектирования ВЛ нового поколения в первую очередь связаны с выбором: инновационной марки провода и его экономически целесообразным сечением, специальной конструкции опор, современной изоляции, а также грозотроса при его необходимости. Целью статьи является исследование влияния инновационных элементов ВЛЭП на результат проектирования, основанный на общепринятой методической и нормативной базе. Исследование вопроса реализовано с помощью системного подхода. В статье представлены особенности инновационных элементов ВЛ нового поколения и показано, что требования нормативных документов в ряде случаев не отвечают применяемым в настоящее время техническим решениям, современным технологиям и принципам. Обоснована необходимость разработки современных методических подходов к проектированию ВЛЭП.
Бесплатно
Статья научная
Приведены зависимости электромагнитной мощности для различных конструктивных исполнений и двух типов коммутации. Дан сравнительный анализ эффективности конструкций по величине развиваемого электромагнитного момента.
Бесплатно
Статья научная
Предлагаемая методика значительно расширяет применение круговых и эллиптических диаграмм для анализа линейных цепей синусоидального тока. Получены выражения уравнений круговых диаграмм комплексной мощности цепи и передаточных функций, а также эллиптических диаграмм комплексной мощности ветви и энергоэффективности цепи. Применение диаграмм позволяет сократить объем численных расчетов в сложных цепях и обеспечить наглядность и простоту анализа.
Бесплатно
Статья научная
В последние годы все шире начинают применяться частотно-регулируемые электроприводы магистральных насосов на нефтеперекачивающих станциях. Одной из проблем, с которой сталкиваются разработчики регулируемого электропривода, является отсутствие аналитических выражений, описывающих механическую характеристику насоса в конкретных условиях эксплуатации. В статье рассматриваются уравнения рабочего участка механических характеристик магистральных насосов нефтеперекачивающих станций при использовании частотно-регулируемого электропривода. Для получения такой характеристики исследуется влияние режима перекачки нефти по магистральным нефтепроводам на момент сопротивления частотно-регулируемого магистрального насоса. Приведено выражение для минимально допустимой частоты рабочего диапазона частоты вращения магистральных насосов. Получены аналитические выражения для механической характеристики магистрального насоса в функции двух переменных: частоты вращения и производительности нефтепровода, а также в функции одной переменной - частоты вращения.
Бесплатно
Безредукторный асинхронный привод в системах низкочастотной виброобработки металлических конструкций
Статья научная
Рассмотрены вопросы построения электромеханических систем для низкочастотной виброобработки металлических конструкций, выполненных на базе двухфазного асинхронного двигателя, работающего во вращательно-колебательном, колебательном или вращательно-пульсирующем режимах за счет фазовой модуляции питающих напряжений. Представлена функциональная схема системы управления электроприводом, а также законы изменения электромагнитного поля в воздушном зазоре асинхронного двигателя при различных режимах работы. Произведена оценка выходных параметров электропривода с учетом параметров нагрузки и функций регулирования. Установлено условие обеспечения автономности регулирования колебательной составляющей движения при регулировании частоты.
Бесплатно
Бесконтактное измерение параметров движения длинномерных материалов
Статья научная
Рассмотрены и проанализированы основные известные бесконтактные способы контроля параметров движения длинномерных материалов (ДМ). Показано, что в качестве идентификационного признака, т. е. первичной информации, в бесконтактных устройствах измерения целесообразно использовать сигнал, пропорциональный физико-механическим свойствам ДМ. Предложен новый способ измерения скорости перемещения и длины ДМ, основанный на реализации пространственно-координатного принципа идентификации его отдельных участков. В качестве информационных параметров предложено использовать пространственные координаты между локальными соседними неоднородностями ДМ с экстремальными значениями линейной плотности, причем с целью упрощения схемотехнической реализации способа полученную «шкалу» пространственных координат преобразовывать в соответствующую «шкалу» составной последовательности временных интервалов между этими неоднородностями. Это позволяет повысить точность измерения. Описано одно из возможных устройств, реализующих данный способ измерения, имеющее сравнительно простую аппаратную реализацию и обеспечивающее высокую точность измерения. Реализация предложенного метода измерения позволит создать ряд устройств для бесконтактного измерения параметров движения длинномерных физических объектов в различных отраслях промышленности.
Бесплатно
Векторная ШИМ для двухсекционного преобразователя частоты
Статья научная
Статья посвящена вопросам анализа режимов работы двухсекционного преобразователя частоты (ДСПЧ) на основе двух последовательно включенных инверторов напряжения. Рассматривается вопрос реализации векторной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для исследуемого преобразователя. Представлены схемы включения преобразователя и векторная диаграмма состояний выходного напряжения. Показано, что диаграмма состояний соответствует традиционному трехуровневому преобразователю. Предложен алгоритм векторной ШИМ, обеспечивающий удвоение частоты переключений фазного напряжения по отношению к частоте коммутации силовых ключей инверторов. Представленный в статье алгоритм векторной ШИМ позволяет исключить необходимость компенсации 2-й и 4-й гармоник, возникающих в предложенном ранее подходе к синтезу системы управления двухсекционным преобразователем с использованием односторонних опорных сигналов в узле ШИМ. Также данный прием несколько улучшает гармонический состав выходного напряжения ДСПЧ в высокочастотной области. Однако несколько увеличивается нагрузка на ключи одного из инверторов за счет дополнительных переключений нулевых векторов. Для реализации представленного алгоритма удобно использовать модуль ПЛИС. В статье приводятся временные диаграммы фазного напряжения на выходе преобразователя и его спектральный состав.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена проблема снижения циркуляционных токов при формировании фазного тока необходимого качества в структуре с параллельным включением трехуровневых полупроводниковых преобразователей. Для решения проблемы предложен новый алгоритм векторной ШИМ, который дает возможность снизить циркуляционные токи и улучшить качество формируемого преобразователями фазного тока. Для трехуровневых полупроводниковых преобразователей в параллельном включении решение достигается исключением одновременной реализации таких комбинаций состояний ключей, которые формируют одно и то же выходное напряжение разными способами. В таком случае условий для появления циркуляционных токов не возникает. По результатам компьютерного моделирования предложенный алгоритм позволяет улучшить коэффициент гармоник формируемого фазного тока в среднем на 3 % и снизить циркуляционные токи в среднем в 3 раза по сравнению с другими алгоритмами.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования является система векторного управления вентильным электроприводом, выполненная на базе автономного инвертора напряжения с релейными регуляторами тока статора. Область применения - нефтяная промышленность, высокоточные электроприводы станков. Применение современной элементной базы, позволяющей использовать новые алгоритмы управления, расширяет функциональные возможности систем управления вентильным двигателем и помогает добиться энергосбережения. Разработана и исследована модель преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения (АИН), построенного на базе IGBT-транзисторов с обратными диодами, и релейным регулированием токов статора. В цепи постоянного тока содержится транзисторный ключ, позволяющий регулировать выпрямленный ток и мощность, подаваемую на вход инвертора. Данная система позволяет получить форму напряжения и тока на зажимах обмотки статора близкую к синусоидальной и уменьшить пульсации напряжения за счет использования релейных регуляторов. Построена модель исследуемой системы с использованием программной среды MATHLAB. Результаты моделирования совпадают с аналитическими исследованиями и показывают, что система полностью соответствует предъявляемым требованиям.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается возможность реализации фазового векторного управления (ФВУ) синхронным двигателем с постоянными магнитами в режиме ВД. Рассмотрены характеристики ФВУ при трёх способах дискретной коммутации трёхфазной обмотки: шеститактная 120- и 180-градусная и двенадцатитактная - 150-градусная. Проводится сравнительная оценка эффективности ФВУ с точки зрения расширения диапазона реализуемых механических координат и по энергетическим показателям как при различных способах дискретной коммутации, так и по отношению к синусоидальному питанию. Показано, что по энергетическим показателям наиболее выигрышным оказывается 120-градусная коммутация. Однако при ней значения максимально достижимых скоростей и моментов слабо зависят от угла коммутации θ, поэтому рекомендуется работа при постоянном θ = 0, соответствующим значению КПД, близкому к максимальному в широком диапазоне скоростей. При 180-градусной коммутации ФВУ позволяет регулировать как максимальную скорость, так и максимальный момент. Однако при небольших значениях относительной индуктивности обмотки, под которой понимается отношение индуктивного сопротивления к активному, такой способ регулирования неэффективен из-за низкого КПД и уступает по этому показателю как 120-градусной коммутации, так и случаю синусоидального питания. По мере увеличения относительной индуктивности разница между случаем синусоидального питания и 180-градусной коммутацией уменьшается. Применение 150-градусной коммутации позволяет, с одной стороны, повысить КПД, сохраняя возможность регулирования координат, с другой стороны, уменьшает пульсации момента двигателя, расширяя возможную область применения привода.
Бесплатно
Величина пробного давления при проведении ежегодных гидравлических испытаний тепловых сетей
Статья научная
В данной работе в сжатом виде приведена информация, которая может помочь сформулировать современные представления о выборе величины испытательного давления, а также хронологический порядок их становления. Источники, включенные в настоящий обзор, представляют собой традиционные печатные и электронные материалы российских и зарубежных научных журналов. Все авторы рассматривают повреждения коррозионной природы, а также используют связь давления с диаметром трубопровода. Почти все авторы принимают во внимание, что на выбор величины должны влиять как марка стали, так и геометрические характеристики трубопровода и прочностные характеристики сварной конструкции. Однако связь в виде прямо- и обратно пропорциональных зависимостей не соответствует современным представлениям о механизме разрушения металлического трубопровода. Выявлено, что положение, согласно которому разрушение стенки трубы при гидравлическом испытании происходит, когда напряжение в стенке достигает временного сопротивления разрыву, является чрезвычайно упрощенным. Приведена методика определения максимального давления опрессовки с учетом толщины стенки в рассматриваемый момент, скорости коррозии, величины диаметра и марки стали трубопровода. Имеется запатентованная методика, ее недостатками является сложность и отсутствие программной реализации. Кроме того, нет даже потенциальной возможности интеграции с современными программными расчетными комплексами. Рассмотрена статья, где давление определяется с учетом условий предельного нагружения и коррозионного износа сильфонных компенсаторов, секторных колен и других элементов. Одна из работ вводит понятие адекватной величины пробного давления и подробно показывает связь процесса разрушения металлической стенки и допустимых нагрузок. Предложена визуализация соотношения между глубиной и протяженностью повреждения. При выборе давления не учитываются вопросы потребления тепла и расположения тепловой сети относительно существующих построек. Работы не являются актуальными на международном уровне, где на первый план выходит концепт систем централизованного теплоснабжения четвертого поколения.
Бесплатно
Статья научная
Исследован вентильный электропривод на базе синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов на роторе (СДПМ). В звено постоянного тока включен дополнительный импульсный повышающий преобразователь напряжения, позволяющий поддерживать повышенное напряжение на входе автономного инвертора напряжения (АИН). Управление осуществляется с помощью двухконтурной векторной системы управления, в которой реализован алгоритм совместного релейного управления преобразователем напряжения и силовыми транзисторными ключами инвертора. Управление импульсным преобразователем напряжения осуществляется в соответствии с уравнением баланса мощности на его входе и выходе. Данная система управления позволяет получать синусоидальную форму тока на выходе инвертора. Построены математические модели электропривода в среде MATLAB Simulink, позволяющие провести исследование его свойств. Кроме того, возможно выполнить гармонический анализ тока, чтобы оценить электромагнитную совместимость разработанного электропривода с питающей сетью.
Бесплатно
Верификация модели обвязки схемы и идентификация грубых ошибок данных телеметрии в ПК «Rastrwin3»
Статья научная
Статья посвящена проблеме отбраковки грубых ошибок телеизмерений. Применяемые программы обработки и оценивания поступающей телеметрии не обладают достаточно полным функционалом для выявления простейших, но зачастую очень грубых ошибок данных телеметрии с учетом её привязки к электрической схеме. Это приводит к недостоверным результатам оценивания состояния и связанных с ними дальнейших расчетов. В статье предложено совместить простейшие проверки адекватности замеров на определенных срезах по времени с анализом статистических данных телеметрии на временном интервале. К проверяемым функциональным зависимостям относятся: контроль баланса мощности узлов по данным сырых телеизмерений, анализ потерь мощности, рассчитанный через различные измерения на линии, а также контроль взаимосвязанных измерений. Для анализа качества замеров на временном интервале выполняется статистический и корреляционный анализ данных телеметрии.
Бесплатно
Ветроэнергетическая установка с вертикальной осью вращения
Статья научная
В статье дается описание ветроэнергетической установки с вертикальной осью вращения, особенности ее конструкции, методика расчета мощности, Представлены основные технические характеристики ВЭУ и схема ее подключения.
Бесплатно
Статья научная
Разработана математическая модель энергоблока с синхронным генератором повышенной и/или варьируемой частоты и полупроводниковым преобразователем частоты, работающим на местную нагрузку параллельно с энергосистемой. В аналитической форме определены соотношения параметров рабочего режима комплекса.
Бесплатно
