Вестник Южно-Уральского государственного Университета. Серия: «Энергетика»

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТОГО КПД И ПУЛЬСАЦИЙ МОМЕНТА ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ДИСКРЕТНОЙ КОММУТАЦИИ ОБМОТКИ ПРИ НЕСИНУСОИДАЛЬНОЙ ФОРМЕ ЭДС

С.Г. Воронин — 2023-12-30

В работе проводится исследование энергетических показателей вентильных двигателей (ВД) на основе синхронного двигателя постоянного тока (СДПМ) с дискретной коммутацией обмотки при наличии высших гармоник в ЭДС вращения. Приведён перечень наиболее распространённых способов дискретной коммутации, составлена упрощенная математическая модель для расчёта токов и момента двигателя при наличии высших гармоник в ЭДС, проведён расчёт электромагнитного КПД и пульсаций момента. Показано, что шеститактная 180- градусная коммутация оказывается наиболее чувствительной к содержанию высших гармоник, как с точки зрения энергетических показателей, так и с точки зрения пульсаций момента в приводе. Увеличение, их содержания, чаще всего, ведёт к ухудшению указанных выходных параметров. Шеститактная 120- градусная коммутация, с точки зрения электромагнитного КПД, нечувствительна к содержанию третьей гармоники в фазной ЭДС, а вторая гармоника способствует увеличению электромагнитного КПД двигателя. Двенадцатитактная коммутация, по сравнению с шеститактной, оказывается менее чувствительной к содержанию высших гармоник в ЭДС. Хотя и здесь наличие второй гармоники способствует повышению КПД и увеличению пульсаций момента.

ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ ФИДЕРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

П.С. Пинчуков — 2023-12-30

В сложившихся условиях роста интенсивности и объемов движения тяжеловесных поездов по сети железных дорог РФ участившиеся случаи неправильного действия защит фидеров контактной сети в нормальном режиме приводят к нарушению графика движения поездов и, как следствие, к значительному материальному ущербу. Статья посвящена задаче оптимизации алгоритма работы дистанционной защиты фидеров контактной сети системы тягового электроснабжения 25 кВ, 50 Гц переменного тока, исключающего неправильную работу защиты в различных режимах. На основании натурных осциллограмм токов и напряжений фидеров контактной сети для нормальных и аварийных режимов выполнен анализ их гармонического состава, что позволило выявить новый отличительный признак режима короткого замыкания в контактной сети. Приведены графические зависимости изменения гармонических составляющих тока контактной сети за время переходных процессов в нормальных и аварийных режимах. Предложены новые алгоритм работы и функциональная схема устройства дистанционной защиты фидеров контактной сети, позволяющие исключить излишнее срабатывание дистанционной защиты фидеров контактной сети с учетом наличия повышенных токовых нагрузок.

АЛГОРИТМ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВЕКТОРНОЙ ШИМ С ГИБРИДНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬЮ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ ДЛЯ РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА БАЗЕ ТРЕХУРОВНЕВОГО ИНВЕРТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

А.Н. Шишков — 2023-12-30

В статье предложен новый алгоритм пространственно-векторной ШИМ с гибридной последовательностью переключения для трехуровневого автономного инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой. Основываясь на преимуществах пятиступенчатой и семиступенчатой последовательностей переключений, гибридная последовательность была разработана с целью поддержания баланса напряжения нейтральной точки на заранее заданном уровне и уменьшения коммутационных потерь силовых ключей. Предложенный алгоритм позволяет гибко регулировать уровень достижения заявленных критериев в зависимости от условий работы системы путем изменения коэффициента регулирования. В работе получена аппроксимированная зависимость, позволяющая определить оптимальный коэффициент регулирования для любых значений для любых значений заданной частоты на входе инвертора при работе на асинхронный короткозамкнутый двигатель с законом управления U/f = const. Эффективность данного алгоритма подтверждена на основе компьютерного моделирования в среде Matlab+Simulink. Приведены экспериментальные зависимости пространств статического состояния максимальной ошибки напряжения нейтральной точки и числа пар переключений силовых ключей в зависимости от заданной частоты на входе инвертора и коэффициента регулирования гибридной последовательности переключений. Полученные результаты показали, что в предлагаемом алгоритме ПВШИМ с гибридной последовательностью количество силовых ключей снижается в среднем на 14,3%, при сохранении баланса напряжения нейтральной точки, близкого к семиступенчатой последовательности (отклонение не превышает 0,75%). Таким образом, предложенный алгоритм является эффективным инструментом для управления трехуровневым инвертором напряжения, что благоприятно сказывается на его энергосбережении, массогабаритных показателях и эксплуатационной надежности.

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ МОДЕЛЕЙ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ МАШИНЫ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ

Г.М. Тутаев — 2023-12-30

При разработке и эксплуатации регулируемого электропривода важное значение имеет обеспечение температурных режимов базовой электрической машины, являющихся основными факторами надежности функционирования всей системы в целом. Выбранные на этапе проектирования алгоритмы энергоэффективного управления приводом и стратегия ШИМ в выходном инверторном звене преобразователя частоты оказывают влияние на нагрев фазных обмоток двигателя и его элементов. Для оценки этого влияния необходимы адекватные тепловые модели, топология и подбор параметров в которых является сложной задачей и зависит от целого ряда факторов, таких как электрические параметры двигателя, диапазон рабочих скоростей и нагрузок, конструктивные особенности электрической машины. В статье рассматриваются достоинства и недостатки различных математических моделей теплового состояния асинхронного двигателя. Дана оценка возможности применения подобных моделей для анализа теплового состояния машины двойного питания при реализации энергоэффективных алгоритмов управления в широком диапазоне скоростей и нагрузок на валу.

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ АСИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ЗА СЧЕТ ОПТИМИЗАЦИИ УДЕЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Н. М. Максимов — 2023-12-30

Роль электрического двигателя в промышленности однозначно высока. Однако, говоря о сложных механизмах, использование электромеханических преобразователей конкретной серии нецелесообразно, ввиду малого энергоэффективности. В технической литературе электроприводчками 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. Главной 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.

ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ СИНХРОННЫХ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Н.В. Савостеенко — 2023-12-30

Для обеспечения быстродействия в работе электромеханических преобразователей на сегодняшний день предпринято различное множество решений, как аппаратных, так и технических. Так для решения эффективной работы стана холодной прокатки ХТП-450 принято решение использовать СРМНВ с зубчатым ротором. Цель данной статьи рассмотреть альтернативу представленному ротору в качестве неявнополюсного ротора типа TLA. Для сравнения и выявление оптимальной геометрии в статье представлены несколько решений ротора, проведены необходимые исследования в статическом режиме при различной плотности тока: 4 и 6 А/мм2 . Результатом исследований представлена таблица со значениями моментов для каждого исполнения, дана оценка и соответствующие рекомендации по применению.

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СТАНОВ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ

Д.А. Сычев — 2023-12-30

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%.

АНАЛИЗ СТАТИСТИКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ В КАБЕЛЬНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ 6(10) кВ

А.В. Коржов — 2023-12-30

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 Министерство Энергетики Российской Федерации от 2010 г. Подробно проанализированы аварийные отключения в кабельных сетях г. Челябинск. На примере Челябинских городских сетей рассмотрены групповые повреждения, возникающие в результате эксплуатации.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ЭНЕРГОКОМПЛЕКСА В КАЧЕСТВЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ЕГО СРАВНЕНИЕ С ОСНОВНЫМИ КОНКУРЕНТАМИ

В.В. Папин — 2023-12-30

В статье проводится технико-экономический анализ применения энергокомплекса, базирующегося на «новом трансформаторе теплоты», для нужд теплоснабжения и сравнение основных показателей с конкурирующими технологиями – парокомпрессионным и абсорбционным тепловым насосом, газовым котлом. Энергокомплекс рассматривается как котел, работающий с использованием возобновляемых источников энергии. Оценка энергетической эффективности выполнена для тепловой мощности 30 кВт. Технико-экономический анализ показал, что применение энергокомплекса позволяет существенно сократить расход органического топлива (природного газа) по сравнению с конкурирующими технологиями и снизить срок окупаемости энергокомплекса по сравнению с конкурентами.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НАПРАВЛЯЮЩЕГО АППАРАТА НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ЗАТВОРА

Д.Ф. Хабарова — 2023-12-30

В статье приводятся результаты исследования пневматического затвора вихревого типа, который устанавливается в каналах загрузки сырья тепломассобменных реакторов. Существует метод расчета режимных параметров пневматического затвора вихревого типа, позволяющий определить требуемые для запирания полости реактора давление и массовый расход активного газа при заданных геометрических параметрах устройства и противодавления в реакторе. Однако влияние геометрических параметров затвора на его запирающую способность и, следовательно, энергетическую эффективность, на сегодняшний день не изучено. В статье приводится анализ математической модели рабочего процесса пневматического вихревого затвора, на основе которой был получен существующий метод расчета устройства. Показано, что в математическом описании газодинамических процессов в затворе не учитываются функциональные назначения компонентов скорости активного газа на срезе сопла, что делает ее неприменимой для оценки влияния геометрии направляющего аппарата на характеристики пневматического затвора. Численным моделированием установлено, что увеличение толщины и количества лопаток в некотором диапазоне приводит к ухудшению запирающей способности затвора и, как следствие, к увеличению требуемых для запирания массового расхода и давления активного газа. Показано, что уменьшение угла установки лопатки в исследуемом диапазоне также ведет к росту требуемых параметров активного газа для запирания полости реактора.