Электротехнические комплексы и системы. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Статья научная
В рамках статьи рассмотрен усовершенствованный алгоритм оптимального управления электрическими режимами установки ковш-печь (УКП) с использованием информации о гармоническом составе токов дуг и применением цифрового двойника. Сформулирована проблема, связанная со сложностью определения уставок регулирования параметра вторичного электрического контура УКП для различных шлаковых режимов и режимов донной продувки. В качестве решения данной проблемы предложено использование цифрового двойника, который позволяет выполнить расчет оптимального сочетания уставок регулирования по трем фазам, которые передаются непосредственно в систему автоматического управления электрическим режимом УКП и используются при дальнейшей работе агрегата. В заключении приведены результаты испытания нового алгоритма на действующем УКП, функционирующем на одном из отечественных металлургических предприятий.
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
Статья научная
В статье рассмотрена система стабилизации тока (ССТ) для электролиза цветных металлов (ЭЦМ) на основе трехфазного регулятора переменного напряжения (РН) с вольтодобавочным трансформатором (ВДТ) и 12пульсным диодным выпрямителем, отличающаяся от известных технических решений улучшенными показателями электромагнитной совместимости (ЭМС) комплекса с питающей сетью за счет снижения потребления реактивной мощности и улучшения качества питающего напряжения. Регулирование постоянного напряжения (тока) на выходе ССТ осуществляется за счет переключения отпаек в выпрямительном трансформаторе (ВТ) и регулирования переменного напряжения между отпайками с помощью РН на стороне высокого напряжения. В работе предложена система управления РН, позволяющая автоматически переключать отпайки ВТ с возможностью плавного регулирования переменного напряжения в синфазном и противофазном режимах между отпайками, что позволяет уменьшить мощность РН в два раза и, как следствие, его стоимость. Предложенная система также компенсирует высшие гармоники напряжения на выходе РН, вызванные нелинейным входным током 12пульсного диодного выпрямителя, что способствует улучшению качества питающего напряжения. Эффективность системы стабилизации тока на основе РН с ВДТ подтверждена при помощи компьютерного моделирования в среде MATLAB + Simulink при сравнении результатов с широко применяемой в промышленности ССТ, в которой регулирование постоянного напряжения осуществляется за счет фазового управления тиристорами или дросселями насыщения совместно с переключением отпаек ВТ на первичной стороне. Приведены экспериментальные зависимости tgφ, коэффициента мощности и гармонических искажений сетевого тока и напряжения в зависимости от глубины регулирования 12пульсного выпрямителя в пределах первой зоны переключения без снятия возбуждения (ПБВ1) в ВТ. Полученные результаты показали, что в номинальном режиме работы ССТ на основе РН с ВДТ по сравнению с ССТ с фазовым способом управления тиристоров или дросселей насыщения максимальное потребление реактивной мощности снижается с 0,422 до 0,267 (по среднему значению в пределах одной отпайки с 0,348 до 0,267), а коэффициент искажения напряжения сети уменьшается с 8,8 до 6,2 % (по среднему значению в пределах одной отпайки с 7,7 до 6,2 %) при заданном соотношении мощности короткого замыкания сети. Это позволит на предприятиях электролиза цветных металлов избежать штрафов за оплату реактивной мощности сверхдопустимых значений или дополнительных капитальных вложений на покупку дорогостоящего оборудования для компенсации реактивной мощности, а также улучшить ЭМС комплекса и его эксплуатационную надежность.
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
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
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
Стабилизаторы напряжения автономных ветроэнергетических установок малой мощности
Статья научная
Показано, что одним из способов, улучшающих энергетические характеристики ветроэнергетических установок (ВЭУ) малой мощности, является подключение их непосредственно к потребителям электроэнергии через распределительное устройство. В этом случае необходимо стабилизировать не только напряжение источника электроэнергии из-за изменения величины и характера нагрузки, но и частоту тока из-за переменной частоты вращения ветроколеса. Приведены структурно-схемные решения стабилизаторов параметров электроэнергии ВЭУ малой мощности, выполненные с использованием современной элементной базы, и раскрыты особенности их работы, преимущества и недостатки. Предложена функциональная схема стабилизатора напряжения и частоты синхронного генератора с постоянными магнитами, содержащая неуправляемый трехфазный выпрямитель, однофазный инвертор напряжения и однофазно-трехфазный трансформатор с вращающимся магнитным полем. Раскрыт принцип работы автоматической системы управления по стабилизации параметров электроэнергии. Предложенное структурно-схемное решение позволяет улучшить КПД, показатели надежности и повысить быстродействие системы управления по стабилизации напряжения и частоты генератора электроэнергии ВЭУ. Результаты исследования повысят эффективность предпроектных работ по разработке энергоэффективных стабилизаторов параметров электроэнергии автономных ВЭУ малой мощности.
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
