Электротехнические комплексы и системы. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Статья научная
Роль электрического двигателя в промышленности однозначно высока. Однако, говоря о сложных механизмах, использование электромеханических преобразователей конкретной серии нецелесообразно ввиду малой энергоэффективности. В технической литературе электроприводчиками применялся термин «именные» электрические машины, т. е. машины, изготовленные для конкретного технологического механизма, например, именной двигатель главного привода стана 5000 ММК (установленная мощность одного двигателя составляет 12 МВт). Самым распространенным типом является асинхронный ввиду явных преимуществ. Развитие полупроводниковой техники позволяет расширить рамки регулирования и управление АД, что, в свою очередь, меняет вектор в производстве электрических машин. Главная идея - создание максимально энергоэффективного электродвигателя путем изменения геометрии статора и ротора, формы напряжения, количества фаз, числа полюсов и т. д. Таким образом, для осуществления имеющейся идеи необходимо произвести исследования области формирования магнитного поля путем использования параметрической оптимизации и достижения максимального среднеквадратичного момента.
Бесплатно
Применение дифференциального электропривода в автомобильной промышленности
Статья научная
Для повышения безопасности движения электромобиля на трассе необходимо обеспечить высокий темп разгона при движении на высокой скорости для возможности осуществления маневра обгона. Для этого предлагается реализовать электропривод на базе двух двигателей. В статье рассматривается вопрос устойчивости работы системы с двухканальным регулированием скорости автономных электротранспортных средств, где один канал является «высокомоментным» приводом, в котором двигатель подключен через редуктор с понижающим коэффициентом передачи, а второй канал - «высокоскоростным», в котором аналогичный по габаритам двигатель подключен напрямую. Суммирование мощности двух каналов осуществляется путем применения дифференциального редуктора. В статье показано, что добиться устойчивой работы возможно путем фиксации задания скорости по одному каналу и регулированию по другому каналу, представлены алгоритмы управления. Определены оптимальные значения передаточного числа редуктора «высокомоментного» канала и коэффициента включения (доли в переходном процессе) высокомоментного канала, при которых наблюдается минимум времени переходного процесса. Проведены расчеты для легкового автомобиля и грузового автомобиля массой до 7,5 т. Данное решение позволяет повысить динамику движения автомобиля, расширить диапазон регулирования по скорости и моменту, а также повысить энергоэффективность электроустановки в целом, так как каждый из двигателей в предложенной схеме большую часть времени работает в режиме, близком к номинальному.
Бесплатно
Статья научная
В рамках данной статьи приведено описание методики выбора оптимальных коэффициентов нелинейного регулятора импеданса в составе системы управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи (ДСП). В качестве объекта исследования была выбрана дуговая сталеплавильная печь шахтного типа ШП-125 (85 МВА) с системой управления электрическим режимом ARCOS и нелинейным ПИ-регулятором импеданса. Детально рассмотрены этапы применения предлагаемой методики на практике для выбранного объекта исследования. Разработана математическая модель системы управления ARCOS с нелинейным ПИ-регулятором импеданса, которая использовалась для оценки текущей настройки системы управления и вывода о необходимости её оптимизации. На основе разработанной методики определены новые значения коэффициентов нелинейного ПИ-регулятора, которые обеспечивают работу контура регулирования импеданса, близкую к техническому оптимуму. Приведены результаты применения усовершенствованных параметров системы управления ARCOS на объекте исследования, рассчитан технический эффект, сделаны научно-обоснованные выводы об эффективности предлагаемых подходов.
Бесплатно
Статья научная
Использование энергоэффективного электропривода затрагивает различные сферы производства. Актуальность этого с каждым годом растет, замена старого оборудования на современное - это вопрос времени и темпа модернизации. Так, в промышленном производстве кораблестроения стоит вопрос о модернизации гребных установок путем использования электропривода с высокими удельными показателями. К данной энергетической установке предъявляются весьма жесткие условия: достаточно высокий коэффициент полезного действия и высокая мощность при сравнительно малых массогабаритных показателях. Таким образом, выбор пал на использование синхронного реактивного двигателя с использованием высокотемпературных сверхпроводников. Для поддержания сверхпроводящего состояния ВТСП элементов необходима криогенная установка. Учитывая режимы работы и эксплуатации грузовых суден и ледоколов, установка должна быть простой, а материал для охлаждения должен быть доступным. В этом случае хорошими качествами обладает жидкий азот (77 К), так как для его создания необходим только доступ к воздуху из окружающей среды. Элементы ВТСП, на которых спроектирован СРД, должны переходить в сверхпроводящее состояние при температуре кипения жидкого азота. Данная конструкция электропривода позволит не только уменьшить массогабариты гребной установки (система ГЭУ «Азипод»), но и сохранить перегрузочную способность, обеспечив надежную работу привода на всем промежутке времени и режимах эксплуатации судна.
Бесплатно
Статья научная
Целью данного исследования является разработка усовершенствованных алгоритмов управления электрическими режимами установок ковш-печь, предусматривающих автоматическую адаптацию длин электрических дуг к различным условиям аргонной продувки и разной толщине шлака. Рассмотрены вопросы оптимизации несимметричных режимов горения дуг, обеспечивающих максимальное снижение излучений и повышение теплового КПД в фазах, расположенных рядом с зеркалом жидкого металла при донной продувке и работе аварийной фурмы. Приведены результаты экспериментальных исследований поведения поверхности жидкого металла и шлака при различных режимах аргонной продувки, а также различной толщине шлакового слоя. На основе результатов экспериментов предложены новые алгоритмы управления электрическим режимом установки ковш-печь. Данные алгоритмы позволяют производить динамическую адаптацию длин электрических дуг к изменяющимся режимам аргонной продувки, а также шлаковым режимам с использованием информации о гармоническом составе токов дуг. За счёт этого обеспечиваются необходимые условия для улучшения энергетических, временных и технологических показателей установок ковш - печь, поскольку от корректной адаптации электрического режима к изменяющимся условиям плавки напрямую зависит величина теплового КПД электрических дуг, а также КПД технологической установки в целом.
Бесплатно
Регулировочные характеристики двухвходовой генераторной установки
Статья научная
В статье рассмотрена двухвходовая генераторная установка (ДГУ) для электроснабжения различных объектов. Предметом статьи являются характеристики ДГУ, полученные путём реализации математической модели. ДГУ является электромеханическим преобразователем энергии с несколькими ступенями преобразования. Для математического описания свойств ДГУ в динамических режимах использована модель обобщённого электромеханического преобразователя энергии, позволяющая учитывать все связи в исследуемой ДГУ. Использование теории обобщённого электромеханического преобразователя энергии, которая основана на комбинированном подходе, включающем теорию электрических цепей и теорию поля, позволяет проводить исследование электромеханических преобразователей энергии как в динамических, так и в установившихся режимах. Именно для целей преобразования двух разнородных видов энергии в энергию трёхфазного переменного тока в ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет» разработаны двухвходовые генераторные установки (ДГУ), позволяющие в одном электромеханическом преобразователе энергии суммировать энергию двух разнородных возобновляемых источников энергии для выработки электрической энергии. Для исследования параметров и характеристик таких установок создана математическая модель, на основе которой проведён вычислительный эксперимент, что позволило получить представление об исследуемом объекте. Задачей математического моделирования ДГУ являлось получение ее динамических характеристик и на базе этих характеристик - получение регулировочных характеристик ДГУ, таких как зависимости напряжения и частоты выходного напряжения от внешних факторов и параметров ДГУ. К внешним факторам, влияющим на работу ДГУ, относятся: частота вращения ротора ветроагрегата, зависящая от скорости ветра, и напряжение на выходе фотоэлектрического преобразователя, зависящее от интенсивности солнечного излучения.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются проблемы, связанные с повышением качества электроэнергии и обеспечением нормальной работы промышленных систем электроснабжения при нестабильности напряжения питающей сети и колебаниях тока нагрузки. Для устранения этих проблем в работе предлагается новый тип управляемого регулятора напряжения взамен известных механических регуляторов напряжения типа РПН и ПБВ. Приводятся результаты исследования качества электроэнергии и эффективности работы систем электро-снабжения при стационарных и динамических процессах. Приводятся интегральные характеристики для систем электроснабжения с известным и новым управляемым регуляторами напряжения. Исследование проводилось в среде MATLAB на модели цехового трансформатора предприятия с существующим и предлагаемым управляе-мым регулятором напряжения мощностью 1000 кВ•А и напряжением 6/0,4 кВ. Полученные результаты числен-ных экспериментов при нестабильности напряжения питающей сети и колебаниях тока нагрузки подтверждают, что предлагаемый управляемый регулятор напряжения обладает способностью сохранить высокое значение качества электроэнергии и эффективность работы систем электроснабжения, а также сохранить их нормальный режим работы и продлить срок службы электрооборудования систем электроснабжения.
Бесплатно
Система электропривода стана прокатки труб ПАО «ЧТПЗ»
Статья научная
Актуальностью представленной работы является увеличение быстродействия в работе стана холодной прокатки труб для возможного увеличения технико-экономических показателей. В качестве опытной установки принято решение взять стан ХПТ-450 (ПАО «Челябинский трубопрокатный завод»), быстродействие которого было увеличено до 30 % путем внедрения энергоэффектвного оборудования. Проведенный анализ цикловой автоматики показал, что время работы электропривода составляет около 30 %, что позволяет дать оценку технико-экономическим показателям. Ввиду этого было принято решение исключить из механической силовой цепи угловой редуктор, что в свою очередь упрощает механическую часть системы. Однако уменьшение передаточного числа редуктора приводит к увеличению динамической нагрузки на вал электродвигателя. Проведен анализ работы технологического процесса с помощью методики синтеза силовой части электропривода. Метод включает в себя несколько этапом анализа: определение траектории движения, параметров электрооборудования, выбор структуры, а также параметров корректирующих связей. Данный метод позволяет дать полную оценку работе электропривода. В результате определены корректирующие данные контуров управления скорости, положения и момента. В заключение был проведен технико-экономический анализ от внедрения представленной методики. Результаты показали положительный эффект не только в увеличении быстродействия работы на 80 %, но и в росте экономического эффекта в позитивном направлении.
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
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
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
Рассмотрены проблемы реализации энергоэффективного управления электроприводом по схеме двигателя двойного питания с двумя преобразователями частоты в статоре и роторе с позиций теории принятия решений. Наличие двух преобразователей позволяет реализовать большое количество экстремальных по энергетической эффективности алгоритмов при значительных изменениях скоростей и нагрузок на валу. Важное значение для электропривода имеет и соблюдение температурных режимов его элементов во всех режимах работы. Определенные разработчиком стратегия ШИМ и алгоритм энергоэффективного управления оказывают взаимное влияние как на температуру силовых ключей инверторов преобразователей частоты, фазных обмоток двигателя и его элементов, так и на потери в этих частях привода. Обозначенная проблема проектирования электропривода с двигателем двойного питания может быть отнесена к классу многокритериальных детерминированных статических задач теории принятия решений. В статье осуществлена обобщенная постановка задачи поиска наилучшего решения и обозначены основные проблемы этой процедуры, имеющие концептуальный характер - необходимость нормализации локальных критериев, определение области компромисса, выбор схемы компромисса и соответствующего ей принципа оптимальности, учет приоритета критериев.
Бесплатно
