Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 738
Выбор оптимального угла наклона солнечных панелей для размещения их в произвольном регионе
Статья научная
В работе выполнен расчет оптимальных углов наклона солнечной панели для получения максимального фотоэлектрического преобразования энергии. На основе анализа литературных источников выбран метод расчета оптимального угла наклона солнечной панели. Это позволит правильно ориентировать солнечную панель и оценить возможность эффективной работы солнечных станций для размещения их в произвольном регионе. Правильная ориентация солнечной панели на солнце, как показывает практика, позволяет увеличить объем вырабатываемой электроэнергии до 30-35 %. В работе представлены результаты расчета на примере Оренбургской области (г. Оренбург) с разными углами наклона солнечной панели. Расчеты показали, что применение солнечных панелей с системой слежения за солнцем на исследуемой территории является целесообразным.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена выбору оптимального варианта электродвигателя для привода пильгерстана, производящего бесшовные трубы большого диаметра. Представлены четыре группы вариантов: с использованием высокоскоростного электродвигателя с редуктором, с применением тихоходного электродвигателя без редуктора, заменяющего существующий электродвигатель, с использованием маховика в качестве ротора нового электродвигателя, с исключением маховика и заменой его на электродвигатель с эквивалентной инерционной массой. Для всех вариантов была использована программа точного расчета электрических машин на основе метода конечных элементов ANSYS Electronics Desktop. Проведен сравнительный анализ выбранных вариантов. В качестве показателей наилучшего варианта были выбраны минимальный расход активных материалов и энергетические показатели. Для замены существующего морально и физически устаревшего коллекторного электродвигателя постоянного тока предложен привод на базе вентильного электродвигателя с когтеобразными полюсами с постоянными магнитами, который имеет более высокую надежность за счет бесконтактного токоподвода, минимальный расход меди, лучшие энергетические показатели, за счет исключения потерь на возбуждение.
Бесплатно
Выбор параметров LC-фильтра для ШИМ сигнала
Статья научная
Предложена методика инженерного расчета параметров LC-фильтра для высокочастотного ШИМ сигнала. Получены формулы локальной аппроксимации для основных инженерных характеристик фильтра: коэффициент гармоник, коэффициент эффективности, коэффициент жесткости характеристики. Локальная аппроксимация позволяет выбрать оптимальное соотношение между характеристиками фильтра.
Бесплатно
Выбор параметров силового электрооборудования станов холодной прокатки труб
Статья научная
Статья посвящена выбору параметров силового электрооборудования технологических объектов со сложной и нестандартной кинематикой рабочих органов. Выполнен анализ особенностей работы стана холодной прокатки труб и обоснована актуальность задачи синтеза системы электроприводов. Показаны преимущества синхронного реактивного электродвигателя независимого возбуждения с учетом особенностей технологических операций рассматриваемого оборудования. Решение задачи оптимизации геометрии электромеханического преобразователя выполнялось по критерию развиваемого электромагнитного момента. Произведен расчет механических напряжений предлагаемой конструкции ротора двигателя для заданных скоростей и нагрузок. Исследовано влияние наличия «перемычки» в радиальном направлении на прочность вращающихся частей машины. Многокритериальная задача поиска оптимальных решений конфигурации схем силовых цепей выполнялась по критериям капитальных затрат и надежности. Обосновано применение шестифазного трехуровневого электрического преобразователя. В результате общее быстродействие электропривода вспомогательного механизма было увеличено практически в три раза, а общая производительность стана была улучшена на 10-15 %. Синтез схем силовых цепей электрического преобразователя многоуровневого исполнения обеспечил снижение потерь на 1 %.
Бесплатно
Выбор предпочтительного решения по развитию электрических сетей на основе нейросетевых технологий
Статья научная
При принятии решения по развитию электрических сетей анализируется большой объем информации, сравнивается множество вариантов, оценивается влияние решения в долгосрочной перспективе. Все это усложняет процесс выбора альтернативы развития электрической сети (АРЭС). В связи с этим необходима разработка автоматизированной системы поддержки принятия решений, способствующей определению предпочтительной АРЭС. В статье представлен выбор математического аппарата, реализующего указанную задачу, а также обоснование его характеристик. Предложено использовать технологию искусственных нейронных сетей (ИНС), которая на основе разработанной многокритериальной системы оценки АРЭС позволяет ранжировать альтернативы по степени их предпочтительности. Обоснованы архитектура ИНС, алгоритм оптимизации весов и оценена их эффективность при различных параметрах. В качестве показателей эффективности выбраны F-мера и процент правильно принятых решений, которые составили 0,9794 и 97,83 % соответственно для оптимальных параметров сети. Полученная ИНС была успешно апробирована в составе программного комплекса.
Бесплатно
Выбор силовых элементов электропривода стана холодной прокатки труб ХПТ-450 ПАО "ЧТПЗ"
Статья научная
С ростом требований к позиционным системам электропривода для применения в металлургии стандартная замена оборудования не позволит обеспечить необходимую точность и быстродействие. Модернизацию системы электропривода необходимо производить комплексно, с последовательной частной оптимизацией силовых элементов. В работе описаны критерии и методы выбора силовых элементов. Оптимизация на каждом участке переходного процесса производилась по критерию минимума расчетного времени. Выбор элементов осуществлялся исходя из полученных опытным путем данных о технологической установке, а именно стана ХПТ-450 на ПАО «ЧТПЗ». Выявлено, что изменение передаточного числа редуктора позволяет повысить качество настройки системы подчиненного регулирования с учетом податливости механической части системы. Увеличение отношения длины активной части ротора к его диаметру позволяет увеличить быстродействие системы, а, следовательно, и его точность. Результаты выбора оборудования были опробованы на опытном образце в НТЦ «Приводная техника», в результате удалось сократить время технологического процесса практически в 2 раза.
Бесплатно
Статья научная
Бурное развитие солнечной энергетики стимулирует строительство новых электростанций, надежная и эффективная работа которых определяется правильным проектированием, моделированием и выбором оптимального оборудования. В данной статье рассматриваются этапы моделирования автономной солнечной электростанции для электроснабжения домов одного из труднодоступных и неэлектрифицированных регионов Республики Таджикистан с использованием программного пакета для анализа и моделирования фотоэлектрических систем PVsyst, описан принцип работы программы, этапы и структура моделирования. Для оценки производительности фотоэлектрических систем учитывалось географическое положение, ориентация панели, монтажная структура, климатические условия. Используя функции программы, на основе суточного графика нагрузки выбрали основное электрооборудование солнечной электростанции: контроллер, фотоэлектрический модуль, аккумуляторные батареи, резервный источник питания. Построена 3D-модель объекта с использованием графика горизонта и диаграммы затенения. Коэффициент производительности и доля солнечной энергии, которые являются индексом эффективности, показали высокий уровень использования системы.
Бесплатно
Высшие гармоники в сетях с дуговыми сталеплавильными печами и их фильтрация
Краткое сообщение
Предложена новая методика определения коэффициента несинусоидальности напряжения в сетях с дуговыми сталеплавильными печами и его нормализация с помощью резонансных фильтров. При этом выбор параметров фильтров и их числа производится в совокупности с соблюдением баланса реактивной мощности. Приводится пример.
Бесплатно
Выявление асинхронного режима и способ управления возбуждением синхронного электродвигателя
Статья научная
В работе представлены результаты исследований, направленные на выявление асинхронного режима возбужденных синхронных электродвигателей и сохранение их устойчивости. Выявление асинхронного режима предложено выполнять с помощью степенного полинома из отношения степеней активной и реактивной мощностей, определяемых на основе измеряемых мгновенных значений токов и напряжений статора синхронного электродвигателя. Управление системой возбуждения синхронного двигателя предлагается выполнять путем циклического переключения обмотки возбуждения на добавочное сопротивление или возбудитель на основе критерия, представляющего собой производную степенного полинома из отношения степеней активной и реактивной мощностей синхронного двигателя. Предложенные способы выявления асинхронного режима возбужденного синхронного двигателя и управления его системой возбуждения для обеспечения успешной ресинхронизации синхронного двигателя без разгрузки приводимого агрегата могут быть использованы в микропроцессорных устройствах защиты синхронных электродвигателей. Эффективность предложенных методов выявления асинхронного режима и управления возбуждением синхронного электродвигателя подтверждены результатами математического моделирования.
Бесплатно
Статья научная
В России и мире население концентрируется в основном в городах. Процесс урбанизации в пределе будет завершен после переселения последнего человека в город. В настоящее время происходит рост числа и численности городов. Последнее требует от города и его систем соответствующего развития, направленного на обеспечение потребностей человека и общества в том числе энергией различного вида. Поиск оптимального развития городской энергосистемы в условиях централизованного тепло- и электроснабжения является актуальной задачей для российских городов, ввиду коренных изменений в структуре энергопотребления, старения оборудования, изменения климата и др. Городская энергосистема - это совокупность генерирующих объектов, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режимов в непрерывном процессе производства, преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом. Городская энергосистема тесно связана с инфраструктурными, культурными, градостроительными, социально-экономическими и экологическими аспектами жизни города, которые имеют определенное влияние на нее. Задача прогнозирования устойчивого развития системы городского теплоснабжения состоит в определении и обобщении ключевых доминирующих факторов, определяющих устойчивое развитие городской системы теплоснабжения.
Бесплатно
Газостойкость и термостабильность трансформаторных масел в электрическом поле
Статья научная
Изучена газостойкость и термическая стабильность трансформаторных масел марок ВГ, ГК и ТАп в электрическом поле высокой напряженности. Эти масла отличаются способом очистки, содержанием серы и структурно-групповым составом. Экспериментально была установлена взаимосвязь газовыделения или газопоглощения исследованных масел от содержания в них ароматических углеводородов и общей серы. Установлено, что с ростом количества ароматических углеводородов и сераорганических соединений в составе масла повышается газопоглощающая способность масел, что видно на примере масла ТАп. Снижение концентрации ароматических углеводородов и количества сераорганических соединений в масле сопровождается возрастанием газовыделения из испытанных масел марок ВГ и ГК. Показано, что термическая стабильность к окислению углеводородов масел ВГ, ГК и ТАп и газообразование в них зависит от количества ароматических углеводородов и сераорганических соединений. Эксплуатационные свойства трансформаторных масел определяются их газостойкостью и термической стабильностью в электрическом поле.
Бесплатно
Генератор для автономных источников питания
Краткое сообщение
Описана конструкция и принцип работы генератора комбинированного возбуждения для автономных источников питания.
Бесплатно
Генераторная установка с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения
Статья научная
Приводятся принцип работы, сравнение с другими типами генераторов, экспериментальные характеристики, функциональные схемы электрогенераторной установки на базе синхронной реактивной машины независимого возбуждения. Обращается внимание на высокие удельные показатели и благоприятные эксплуатационные характеристики этих электрогенераторных установок.
Бесплатно
Генетический алгоритм выбора распределённой генерации
Статья научная
Приведены принципы построения математической модели и алгоритм. Дан сравнительный анализ расчёта простейшей сети описанным методом и методом прямого перебора вариантов.
Бесплатно
Гибридное микроконтроллерное управление бесконтактным электродвигателем с постоянными магнитами
Статья научная
Рассмотрен вариант повышения энергоэффективности электромехатронного преобразователя на основе бесконтактного электродвигателя с постоянными магнитами за счет совершенствования структурного, алгоритмического и информационного обеспечения процесса его управления. Возможность существенного влияния на выходные показатели бесконтактного электродвигателя с постоянными магнитами за счет вариаций алгоритмов и способов управления, формируемых микроэлектронной компонентой электромехатронного преобразователя, также способствует повышению энергоэффективности, но ведет к усложнению микроэлектронной компоненты. В этом случае актуальны поиски решений, минимизирующих аппаратные затраты за счет перехода на программные варианты реализации алгоритмов работы. Использование микроконтроллера общего применения, обеспечивающего управление с разнополярной коммутацией трехфазного бесконтактного электродвигателя с постоянными магнитами, и специализированного шестиканального драйвера силовых ключей упрощает задачу построения энергоэффективных электромехатронных преобразователей.
Бесплатно
Гибридное моделировании распределенной генерации в электроэнергетических системах
Статья научная
Тенденция многих стран в переходе к распределенной энергетике и уход от централизованного энергоснабжения актуализирует вопросы функционирования электроэнергетических систем с объектами распределенной генерации. Внедрение распределенной генерации коренным образом меняет свойства распределительных сетей как пассивных транспортно-распределительных структур, превращая их в активные распределительные системы с новыми свойствами и динамическими характеристиками, что неизбежно приводит к существенному взаимовлиянию процессов в узлах крупной генерации и удаленных узлах нагрузки с распределенной генерацией в условиях реверсивных и быстроменяющихся потоков мощности. Анализ в статье показывает, что взаимовлияние устройств распределенной генерации на процессы в электроэнергетических системах неоднозначно, и каждый частный случай требует изучения, так как наряду со значимыми преимуществами для ЭЭС существуют негативные последствия, связанные с режимами работы различных типов и устройств распределенной генерации. Определить взаимное влияние распределенной генерации и электроэнергетической системы возможно только путем математического моделирования, при этом для достижения максимально близких к реальным данным результатов моделирования необходимо воспроизводить наиболее полные и подробные топологии электроэнергетических систем с распределенной генерацией, однако известны ограничения, присущие существующим программно-вычислительным и программно-аппаратным комплексам, не позволяющие осуществить такое моделирование в должной мере и получить достоверные результаты. Авторами предложен альтернативный существующему гибридный подход в моделировании электроэнергетических систем (моделирование цифровое, аналоговое и на физическом уровне) и средство его реализации - всережимный моделирующий комплекс реального времени электроэнергетических систем. Разработан специализированный гибридный процессор ветроэнергетической установки, проведены его тестовые исследования как устройства распределенной генерации в Томской электроэнергетической системе.
Бесплатно
Статья научная
Предложен гибридный алгоритм модуляции на основе пространственно-векторной ШИМ и ШИМ с удалением выделенных гармоник. Данный алгоритм позволит снизить потери в преобразователе, возникающие при переключении ключей при пространственно-векторной ШИМ, за счет снижения числа этих переключений при ШИМ с удалением выделенных гармоник. В работе были сформулированы основные требования к гибридному алгоритму. Основное внимание было уделено рассмотрению возможных вариантов смены алгоритмов пространственно-векторной ШИМ и ШИМ с удалением выделенных гармоник в зависимости от состояний проводимости полупроводниковых ключей в силовой схеме преобразователя. Для трехуровневого преобразователя были определены четыре возможных варианта, два из которых удовлетворяют основным требованиям гибридного алгоритма. Результаты моделирования в программе Matlab/Simulink демонстрируют выполнение требований к минимизации числа переключений полупроводниковых модулей преобразователя. Практическое использование предложенного гибридного алгоритма модуляции позволит повысить КПД и улучшить показатели качества преобразованной электроэнергии. Наибольшую эффективность предложенный гибридный способ модуляции покажет в области больших мощностей, где применяются высоковольтные трёхуровневые преобразователи.
Бесплатно
Гомогенные факельные процессы в модели Бурке - Шумана с позиций теории вероятности
Статья научная
Для решения задачи определения температуры факела в рабочем пространстве теплотехнических агрегатов предложено рассчитывать изменение адиабатической энтальпии методами теории вероятностей (ТВ). Показано, что нормальная функция распределения топливных элементов позволяет получить интегральную функцию распределения энтальпии и адиабатической температуры по длине факела. Задача решена относительно гомогенного диффузионного газообразного факела при различных числах диффузионной массивности и гомохронности и ламинарном режиме движения компонентов горения. Для обобщения решения на каналы канонических форм предложены соответствующие зависимости; определены рамки изменения массообменного числа Био и сходимость суммы ряда при регуляризации решений уравнения поверхности горения по методике Бурке - Шумана. Предложено объяснение S-образной формы температурной кривой, наблюдаемой при сжигании практически всех топлив в установках различных типов и связь ее с интегральной функцией распределения топливных объемов.
Бесплатно
Датчики напряжения (тока) с повышенной временной и температурной стабильностью характеристик
Краткое сообщение
Рассматриваются структуры датчиков напряжения (тока) (ДН) на основе интегрирующего автоколебательного развертывающего преобразователя с амплитудно-частотно-широтно-импульеной модуляцией, обладающие повышенной временной и температурной стабильностью характеристик. Приведены временные диаграммы сигналов ДН и основные аналитические соотношения. Предлагаются варианты трансформаторных и оптоэлектронных схем потенциального разделения канала «вход-выход» ДН. Рассмотрен оптоэлектрон-ный ДН для систем управления средней точности с температурным дрейфом порядка 10-20 мкВ/ °С, обладающий повышенной помехоустойчивостью.
Бесплатно
Статья научная
Проблема эффективного электроснабжения не решена в полном объеме до сих пор. Одним из путей решения данной проблемы является разработка микротепловой электростанции, способной функционировать практически на любом топливе. Использование собственного источника энергии позволит снизить затраты на ее производство. Существенно повышаются показатели надежности электроснабжения и обеспечивается ее бесперебойная поставка потребителю. Предложенная нами электростанция приводится в действия тепловым двигателем с внешним подводом теплоты. Целью является создание альтернативного когенерационного источника энергии для удаленных потребителей сельской местности, способного работать практически на любом виде топлива или отходах, подверженных горению. Это позволит сельскому жителю на месте без оплаты транспортных потерь электроэнергии, производить электрическую и тепловую энергию в комплексе. В статье приведены некоторые результаты компьютерного моделирования двигателя с внешним подводом тепла, который работает по принципу Стирлинга. Рассмотрены конструктивные особенности разрабатываемого двигателя.
Бесплатно
