Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 792
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
Статья научная
В статье рассмотрены технологические линии обработки полосы непрерывного действия, применяемые в металлургии, на примере непрерывного травильного агрегата (НТА) прокатного цеха металлургического комбината. Проанализированы основные сложившиеся принципы выбора и построения структуры основных регуляторов в системах автоматического регулирования (САР) скорости и натяжения натяжных станций (НС) и петленакопителей. В электроприводах с косвенным регулированием натяжения регулятор скорости (РС) обычно находится в насыщении, уровень которого определяется заданием на момент, поэтому он не реагирует на изменения скорости и не оказывает стабилизирующего воздействия на колебания натяжения полосы, возникающие из-за упругих связей в многомассовой системе. Для демпфирования колебаний в САР накопителей введён дополнительный пропорциональный регулятор, работающий по отклонению фактической скорости привода от заданной. Целесообразность изменения традиционной структуры регуляторов и введения дополнительных корректирующих сигналов подтверждена экспериментально на действующем агрегате.
Бесплатно
Демпфирование колебаний ротора вентильного двигателя в синхронном режиме
Статья научная
Основным недостатком работы вентильных двигателей в синхронном режиме является достаточно высокая колебательность ротора, присущая всем синхронным двигателям и приводящая к неравномерности вращения ротора. В настоящей статье дается теоретическое обоснование и пример конкретной реализации одного из способов демпфирования колебаний ротора двигателя с возбуждением от постоянных магнитов в синхронном режиме путем введения обратной связи по току статора с воздействием на фазу напряжения питания.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются вопросы диагностики конденсаторных однофазных асинхронных двигателей по внешнему магнитному полю с учетом возможных отклонений размеров форм и взаимного расположения поверхностей активных частей, вызванных технологическими и эксплуатационными факторами. Обсуждаются полученные результаты, в том числе диагностические признаки и особенности практического применения метода.
Бесплатно
Диагностический комплекс для оценки состояния воздушных линий электропередачи
Статья научная
Статья посвящена вопросам оценки технического состояния воздушных линий электропередачи (ВЛ), в том числе обзору методов и средств ее реализации. Выделены актуальные проблемы эксплуатации ВЛ и возможные причины нарушения их работы на основе анализа статистики отказов ВЛ. С целью решения представленных проблем предлагается разработка диагностического комплекса для оценки состояния ВЛ, состоящего из двух подсистем: беспилотного летательного аппарата (мультикоптера) с модульными диагностическими блоками и системы оценки состояния ВЛ. Оценка состояния ВЛ и, в том числе рекомендации по их дальнейшей эксплуатации, выполняются на основе методов искусственного интеллекта, на базе данных, полученных с помощью мультикоптера. В статье также представлено описание прототипа диагностического мультикоптера. Проведенный анализ показал, что разрабатываемый комплекс позволит решить актуальные проблемы эксплуатации ВЛ и увеличить надежность их работы.
Бесплатно
Динамические модели шаговых электродвигателей
Статья научная
Рассмотрены варианты получения упрощенных динамических моделей шагового электропривода (ШЭП), при составлении которых принят ряд допущений, позволяющих добиться их упрощения. Упрощенная динамическая модель позволяет учесть влияние линеаризации, особенности построения электронного коммутатора (ЭК) и воспользоваться каталожными данными шаговых электродвигателей (ШЭД).
Бесплатно
Динамические характеристики развертывающего преобразователя с частотно-широтно-импульсной модуляцией
Статья научная
Рассматриваются динамические характеристики интегрирующего развертывающего преобразователя с частотно-широтно-импульсной модуляцией (РП-ЧШИМ) в широком частотном диапазоне входного гармонического сигнала, включая область частот замедленной дискретизации, когда высокочастотный сигнал преобразуется в составляющие, низкочастотный спектр которых находится в полосе рабочих частот системы управления.Показаны структурная схема, временные диаграммы сигналов, а также основные соотношения для статического и динамического режимов работы РП-ЧШИМ. Приведена методика анализа динамических характеристик. Результаты исследований представлены в виде пространств динамического состояния объекта. Обобщенная оценка и сопоставительный анализ динамики интегрирующего преобразователя производились по среднестатистическому отклонению коэффициента заполнения импульсов и частоты на пространстве динамического состояния объекта, рассчитанные в заданном диапазоне частот входного гармонического сигнала. Полученные характеристики выполнены в относительных единицах.Дан сравнительный анализ РП-ЧШИМ с характеристиками развертывающего преобразователя с широтно-импульсной модуляцией, в частности, построенного на основе выборки мгновенных значений сигнала управления, например, с ШИМ-1.Статья предназначена для специалистов в области теории управления, автоматизированного элекропривода и элементов систем автоматики, а также может быть полезна для магистров при изучении соответствующих дисциплин.
Бесплатно
Краткое сообщение
Рассматривается принцип построения многозонного интегрирующего развертывающего преобразователя (МРП) с аналогово-цифровым алгоритмом перестройки динамических характеристик выходного аналогового фильтра. Приведены структурная схема МРП, амплитудная характеристика и таблица кодовых состояний релейных звеньев МРП. Показана возможность самодиагностирования в подобной системе.
Бесплатно
Дискретные преобразователи перемещения с кинестетическими датчиками положения
Статья научная
Рассмотрены варианты построения электромеханических (ЭМП) и электромехатронных (ЭМТП) преобразователей с использованием шагового электропривода (ШЭП), его динамика и её влияние на износ элементов передаточного механизма (ПМ), получены выражения для оптимизации его передаточного числа.
Бесплатно
Древесные отходы как возобновляемый источник для получения тепловой и электрической энергии
Статья научная
В статье показан опыт зарубежных университетов в организации «Зеленых зданий», приведено обоснование использования древесной биомассы как источника получения тепловой и электрической энергии на примере отходов делопроизводства Южно-Уральского государственного университета, показаны особенности процесса производства пеллет.
Бесплатно
Дублирующая электромеханическая система торможения ветроэнергетической установки
Статья научная
Приведены данные по регионам Российской Федерации с наиболее высокими среднегодовыми скоростями ветра, обоснована рентабельность использования в данных регионах ветроэнергетических установок. Рассмотрены негативные факторы, с которыми можно столкнуться при эксплуатации ветроэнергетического оборудования в зоне повышенных ветровых нагрузок. Определена необходимость применения дублирующих систем торможения в ветроэнергетических установках. Приведено аналитическое сравнение существующих способов торможения ВЭУ, выявлены их преимущества и недостатки. Предложен наиболее надежный и эффективный вариант электромеханического торможения ветроколеса, в котором сочетаются преимущества рассмотренных аналогов и отсутствуют их недостатки. Приводится описание такой электромеханической системы торможения для вертикально-осевой ветроэнергетической установки с использованием компьютерной 3D-модели, созданной в программном комплексе SolidWorks. Рассмотрена кинематическая схема системы торможения, описывающая взаимосвязь основных компонентов системы: электропривода, редуктора, трехкулачкового тормозного блока и тормозного барабана на роторе ВЭУ. Также в статье описаны созданные схема и алгоритм управления данной системой торможения, основывающиеся на постоянном мониторинге состояния основных компонентов ВЭУ и удержании ее в допустимых рабочих диапазонах. Сделано заключение об эффективности применения рассматриваемой системы торможения на ветроэнергетических установках.
Бесплатно
Единое информационное обеспечение безредукторной электромехатроники
Статья научная
Рассмотрены преимущества безредукторной электромехатроники в ответственных применениях. Отмечено повышение качества движения для большинства технологических процессов при реализации приведенных временных диаграмм составляющих перемещения. Показано, что повышение эффективности безредукторных электромехатронных преобразователей (ЭМТП) на основе бесконтактных электромашин с постоянными магнитами (БЭПМ) требует формирования единого информационного обеспечения (ЕИО) процесса конвертации электроэнергии и информации в функциональное движение рабочего механизма (РМ). Обоснован выбор первичного измерительного преобразователя (ПИП), в качестве которого используются кинестетические синусно-косинусные сенсоры (СКС) или генераторные синусно-косинусные магнитные энкодеры (СКМЭ), обладающие свойствами хронотопа.
Бесплатно
Идентификация параметров ЛЭП по данным телеметрии
Статья научная
Исследованы возможности оценки поперечной проводимости ЛЭП по данным телеметрии для повышения точности расчета потерь на корону. Приведены результаты оценки методом случайного поиска.
Бесплатно
Идентификация процесса теплообмена котлового оборудования на основе возмущенных данных
Статья научная
Рассматривается процесс нестационарной теплопроводности, ставится задача нахождения коэффициентов конвективного теплообмена между рабочей средой и внутренней поверхностью стенки барабана котла, а также между наружной теплоизолированной поверхностью и окружающей средой по результатам измерения температуры его внешней поверхности, полученным с учетом погрешностей измерения. Контроль ненаблюдаемых коэффициентов теплопроводности направлен на предотвращение деформации металла барабана при его нагреве и обеспечение интенсификации процесса паро- и водоподготовки. Моделирование температурных распределений производится на базе структурной теории распределенных систем. Формулируется обратная задача теплопроводности, и проблема сводится к задаче поиска оптимального управления ансамблем траекторий с интервальными неопределенностями, когда считается известной информация о границах диапазона возможного распределения температуры. Параметризация искомых коэффициентов в классе постоянных функций и учет альтернансных свойств оптимальных температурных распределений приводят к задаче параметрической оптимизации, сформулированной относительно всей совокупности температурных реализаций на расширенном множестве аргументов. Решение задачи обеспечивает гарантированное качество идентификации для наиболее неблагоприятной траектории. Результаты решения задачи на основе зашумленных экспериментальных данных, полученных на котловом оборудовании газотурбинной установки, демонстрируют работоспособность метода.
Бесплатно
Идентификация утечек тока в распределительных сетях по данным АСКУЭ
Статья научная
Рассматривается распределительная электрическая сеть (РЭС), функционирующая в условиях внедрения автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). Предполагается, что РЭС работает в несимметричном режиме и подвержена действиям случайных внешних факторов. К последним, в частности, относятся утечки токов, включая несанкционированные отборы электроэнергии в сети. Увеличение частоты этих возмущений приводит к существенным потерям электроэнергии. Формулируется задача идентификации утечек тока в трехфазной сети с использованием данных АСКУЭ, полученных с абонентских счетчиков электроэнергии. Предлагается метод ее решения, концепция которого основана на математическом моделировании возмущенного и желаемого состояний РЭС. При этом идентифицируются фактические и потенциально возможные приращения напряжений на межабонентских участках трехфазной сети, вызванные токами утечек. Получены математические соотношения, описывающие функциональные связи между указанными приращениями напряжений и параметрами (сопротивлениями) сети, которые используются для локализации координаты утечек тока. Вычислительная схема предложенного метода ориентирована на разработку алгоритмического и специального программного обеспечения подсистемы диагностики РЭС в составе АСКУЭ.
Бесплатно
Статья научная
Проанализированы известные методы измерений постоянных времени синхронного генератора, основанные на опытах гашения поля. Показано, что в условиях эксплуатации генератора на электростанции эти методы труднореализуемы. Обоснована возможность применения методов, максимально использующих штатное оборудование и элементы схем систем генератора, в частности, контура постоянного тока с обмоткой и системой возбуждения. К таким относятся следующие методы: со съемом импульсов управления с тиристоров преобразователя возбудителя; с применением штатной защиты от замыканий на контактных кольцах; с применением дополнительного шунтирующего диода. На основе экспериментальной проверки приведены сравнительные результаты опытов, выполненных по разным методикам. Рассмотренные опыты применимы для реализации всех известных методов DC decay Test при наличии источника постоянного тока, независимого от испытуемого генератора (независимая система возбуждения соседнего генератора, резервная система возбуждения или система возбуждения, питаемая от собственных нужд электростанции).
Бесплатно
Изучение кинетики окисления сульфидного цинкового концентрата в печи кипящего слоя
Статья научная
С целью оптимизации работы печи кипящего слоя для обжига сульфидных цинковых концентратов, в частности, экономии кислорода на дутье, необходимо моделирование тепловых процессов. Для этого в лабораторных условиях изучена кинетика окисления шихты и основных ее компонентов - сфалерита и пирита. Проведенные на приборе синхронного термического анализа NETZSCH STA 449 F3 эксперименты показали, что реакции окисления сульфидов цинка и железа кислородом протекают во внутрикинетической области. При массе образца 10 мг толщина слоя реагирующего вещества меньше глубины проникновения кислорода в слой, поэтому можно использовать выражение для изменения массы одиночной частицы. Это позволило получить эмпирическую зависимость для определения константы скорости химического реагирования при обжиге цинкового концентрата для дальнейшего расчета газообразования в кипящем слое. Также получено распределение концентрации кислорода по высоте слоя шихты и рассчитано среднее значение действующей концентрации кислорода в зависимости от толщины слоя реагирующего вещества. Анализ газообразования в кипящем слое при обжиге цинкового концентрата с использованием полученных констант скоростей химического реагирования позволил получить выражение для определения удельного расхода обжигаемого цинкового концентрата в зависимости от концентрации кислорода в дутье.
Бесплатно
