ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Отечественный опыт разработки, внедрения и эксплуатации, перспективы и области применения вентильных индукторных реактив-ных электродвигателей большой мощности

2023-12-20T13:47:44+00:00

Рассмотрены опыт разработки, внедрения и эксплуатации, а также текущее состояние в области регулируемых вентильных индукторных реактивных электроприводов большой мощности. На основе анализа конструктивных особенностей крупных вентильных индукторных реактивных электродвигателей (ВИРД) показано, что они имеют больше возможностей для дробления мощности с целью снижения фазных токов и токовой нагрузки на полупроводниковые ключи по сравнению с классическими асинхронными и синхронными электрическими машинами. Приведены результаты эксплуатации ВИРД большой мощности (более 1000 кВт) для привода гребного винта морского буксира-спасателя «Виктор Конецкий», 15 км магистрального ленточного конвейера КЛМ-4500, главных механизмов шагающего экскаватора ЭШ 20.90. Представлены результаты разработки ООО «НПП «МИР» опытного образца самого крупного в мире индукторного гребного электродвигателя ИГЭД-15000-107 мощностью 15 МВт и диапазоном частот вращения при постоянстве номинальной мощности 107…142 мин^-1, предназначенного для прямого привода винта атомных ледоколов. Изложены результаты заводских в ООО «Электротяжмаш-Привод» и стендовых испытаний в ФГУП «Крыловский государственный научный центр». По результатам заводских испытаний ИГЭД-15000-107 аттестован Российским морским регистром судоходства. Опыт эксплуатации ВИРД большой мощности различного назначения показал их высокую энергоэффективность, особенно в повторно-кратковременных режимах, характерных для транспортной техники и экскаваторов, надёжность и отказоустойчивость, хорошую динамику управления. Обозначены перспективы и предпочтительные области применения ВИРД большой мощности.

Сглаживание пиковых нагрузок в частотно-регулируемом электроприводе трамвая с системой хранения энергии на базе суперконденсаторов

2023-11-01T13:11:09+00:00

Рассмотрена проблема снижения пиковых нагрузок на систему энергоснабжения в частотно-регулируемом электроприводе. Показано, что при пусковых режимах работы городского транспорта в условиях слабой контактной сети постоянного тока могут возникать значительные падения напряжения, что негативно отражается на работе других потребителей. Предложено в системе частотно-регулируемого электропривода использовать дополнительный источник питания, включающий в себя блок суперконденсаторов и двунаправленный DC-DC преобразователь с собственной системой автоматического управления. В основе построения системы автоматического управления DC-DC преобразователем для устройства хранения энергии на базе суперконденсаторов лежит теория систем подчиненного регулирования координат. При синтезе регулятора тока для одноконтурной системы использованы методы технической линеаризации нелинейностей объекта управления. Для проверки разработанных алгоритмов управления применены методы математического моделирования на основе структурных схем. Для получения переходных процессов использовано приложение Simulink программного пакета MATLAB. При моделировании системы частотно-регулируемого электропривода трамвая с накопителями электрической энергии не учитывалась дискретность DC-DC преобразователя и преобразователя частоты. В моделях использованы средние значения переменных за период дискретности преобразователя. Рассмотрены несколько вариантов алгоритмов управления для решения задачи ограничения пиковой мощности, потребляемой от контактного источника питания во время пусковых режимов электропривода городского транспорта. Предложен вариант системы накопления энергии, ограничивающий энергопотребление электропривода от контактной линии на заданном уровне, обеспечивая при этом необходимые технологические режимы работы электропривода трамвая. Приведены структурные схемы и алгоритмы управления. Представлены результаты моделирования частотно-регулируемого электропривода трамвая с системой накопления энергии, доказывающие эффективность разработанных алгоритмов управления.

Оптимизация стационарных режимов работы установок охлаждения газа с частотно-регулируемым приводом вентиляторов

2023-12-04T11:11:52+00:00

Рассмотрена задача оптимизации алгоритмов управления скоростью вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения (АВО) природного газа с учетом индивидуальных характеристик аппаратов по критерию минимума суммарной мощности на валу вентиляторов. Для решения задачи использован метод неопределенных множителей Лагранжа. Приведены постановка и методика решения задачи оптимизации управления температурой газа на выходе установки охлаждения для аппаратов с отличающимися характеристиками. Оптимальный алгоритм управления скоростью вентиляторов АВО с учетом их индивидуальных характеристик и ограничений на максимальную скорость содержит несколько интервалов. Найдены выражения для определения оптимальной скорости вентиляторов отдельных АВО на каждом интервале управления. Для конкретного примера рассчитаны значения суммарной мощности на валу вентиляторов и обоснована возможность существенного снижения требуемой на охлаждение мощности при использовании оптимального управления. Обсуждена возможность реализации оптимальных алгоритмов управления в системе автоматического управления, замкнутой по температуре газа на выходе установки охлаждения. Использование алгоритмов оптимального управления позволяет реализовать дополнительные потенциальные возможности повышения энергоэффективности установок охлаждения природного газа с частотно-регулируемым приводом вентиляторов.

Система прямого управления моментом синхронного двигателя с постоянными магнитами с поиском минимума тока статора

2023-10-27T11:27:43+00:00

Рассмотрена проблема синтеза системы прямого управления моментом синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ) с поиском минимума тока статора и проверкой ее работоспособности на математической модели электропривода. Для достижения поставленной цели использованы методы теории электропривода, теории автоматического управления и компьютерного моделирования. Приведена математическая модель СДПМ на базе эквивалентной схемы замещения в координатных осях dq, учитывающая потери в стали статора, постоянных магнитах ротора, насыщение магнитной цепи и влияние температуры обмоток статора и магнитов ротора. Приведены статические зависимости тока статора и суммарных потерь мощности от потокосцепления статора для двух типов СДПМ. Для системы прямого управления моментом синтезирована адаптивная система поиска и поддержания минимального значения тока статора СДПМ, нечувствительная к изменениям параметров схемы замещения. Получены результаты моделирования разработанной системы, подтвердившие ее адекватность и работоспособность. Показано, что уменьшение потокосцепления статора при снижении нагрузки приводит к значительному уменьшению тока статора и суммарных потерь мощности, причем этот эффект в наибольшей степени проявляется для СДПМ с магнитной несимметрией по осям dq. Установлена незначительная разница в значениях потокосцепления статора, обеспечивающих минимумы тока статора и суммарных потерь мощности. Применение синтезированной системы управления позволяет изменять потокосцепление статора таким образом, чтобы обеспечить работу СДПМ с минимальным значением тока, работа контуров момента и частоты вращения СДПМ при этом не нарушается и определяется типом и параметрами их регуляторов.

О влиянии формы опорной поверхности броневого электромагнита на его динамическую тяговую характеристику

2024-02-02T13:44:25+00:00

Представлены результаты оценки влияния форм опорных поверхностей броневого электромагнита на его динамические тяговые характеристики. Проведен обзор технической литературы, связанной с исследованиями электромагнитов с ферромагнитными шунтами. Показана актуальность разработки электромагнитных приводов с регулируемой динамической тяговой характеристикой. Проведены исследования тяговых динамических характеристик электромагнита броневого типа с различными формами опорных поверхностей с использованием программных комплексов FEMM и OpenModelica. Сделаны выводы о влиянии формы опорной поверхности броневого электромагнита на его тяговую динамическую характеристику, которые могут помочь в выборе формы и размеров ферромагнитного шунта, соответствующих назначению и противодействующим усилиям электромагнитного механизма.

Очистка немагнитных многокомпонентных сред, перемещаемых на конвейерах методом прямой сепарации

2023-10-12T13:19:09+00:00

Рассмотрена проблема разработки энергосберегающего технологического подхода – системы дискретного обнаружения и извлечения металлочастиц, вероятность появления которых на входе в подсистему сепарации описывается законом редких событий (Пуассона). Предложены методы и приборы обнаружения металлочастиц, позволяющие сделать процесс извлечения дискретным, т.е. при наличии металлофрагментов. Для решения поставленных задач использован системный подход, включая математическое моделирование процессов с использованием метода интегральных уравнений. По результатам анализа статических и динамических характеристик двухблочного комбинированного железоотделителя (КЖ) установлено, что в интервале времени действия импульса намагничивающих сил в обмотках, извлекающие силы превышают конкурирующие силы при встречном направлении тока в обмотках в 7,2 – 13,2 раза. Реализация предложенного энергосберегающего подхода в транспортной системе позволила снизить расход электроэнергии, в зависимости от изменения скорости движения (1,6 – 2,5 м/с) ленты конвейера, в 4,8 – 8,3 раза, повысить производительность очистки в 1,25 раза и ее эффективность в 1,2 – 2,7 раза. Предлагаемая конструкция двухблочного КЖ в сравнении с подвесными железоотделителями, выпускаемыми отечественной промышленностью, отличается высокой энергоэффективностью, быстродействием, имеет малые габариты, вес, низкую металлоемкость и потребление электрической энергии.

Система автоматического регулирования токоприемника, оснащенного внутрипружинными пневмоэлементами в каретках

2023-11-27T06:49:20+00:00

Рассмотрена методика выбора уровня статического нажатия для обеспечения минимального износа токосъемных элементов. Регулирование статического нажатия осуществляется за счет использования управляемых подъемных пневмоэлементов. Однако их применение может вызывать пробои пружин кареток и отрывы, что негативно влияет на процесс токосъема. Для оптимизации работы целесообразно использовать управляемые пневмоэлементы в каретках. Описана концепция и принципы работы системы автоматического регулирования токоприемника, оснащенного внутрипружинными пневмоэлементами в каретке. Разработана математическая модель токоприемника, оснащенного системой автоматического регулирования статического нажатия и статической характеристики каретки. Проведенные исследования показали перспективность применения представленной системы автоматического регулирования, позволяющей добиться повышения качества токосъема за счет снижения количества отрывов в скользящем контакте.

Численный метод оценки влияния параметров элементов электрической цепи на её режимы работы

2023-12-25T11:22:20+00:00

Рассмотрена проблема ускоренного анализа влияния изменения параметров элементов электрических цепей на токи и напряжения. Представлены линейные электрические цепи в режиме постоянного или переменного тока. Целью выполненных исследований является существенное сокращение числа арифметических операций, необходимых для повторного анализа электрической цепи как после малых, так и после больших изменений параметров её элементов. В качестве основы предложенного численного метода оценки влияния изменения параметров элементов на токи и напряжения цепи использована новая модификация метода исключения Гаусса для решения систем линейных алгебраический уравнений. Значительное сокращение вычислительных затрат обеспечено эффективным использованием разреженности матрицы коэффициентов системы уравнений, описывающей цепь. Предложенные алгоритмы обеспечили вычисление измененного значения тока и напряжения каждого элемента цепи, соответствующего каждому измененному значению параметра любого элемента цепи при использовании двух скалярных операций умножения или деления. При выполнении повторных анализов режимов работы для предложенного метода характерно тем, что погрешности вычислений не накапливаются при неограниченном увеличении числа повторных анализов режима работы цепи. Метод реализован на языке программирования С++. Проведенные вычислительные эксперименты подтвердили эффективность предложенного метода, весьма малую погрешность результатов расчётов и факт отсутствия накопления погрешности при неограниченном числе изменений параметров элементов.

Методика выбора распределительных трансформаторов с учетом взаимосвязи их параметров с величиной и характером нагрузки объекта электроснабжения

2024-02-07T13:15:02+00:00

Выполнены исследования, связанные с разработкой новой методики оценки энергоэффективности передачи электроэнергии силовыми трансформаторами, эксплуатируемыми в распределительных электрических сетях, позволяющей устранить выявленные недостатки общепринятой формулы для расчета коэффициента полезного действия. Для реализации предлагаемой методики расчета коэффициента полезного действия силовых трехфазных двухобмоточных трансформаторов использована схема замещения модуля «двухобмоточный трансформатор – нагрузка», причем для силового трансформатора использована Т-образная схема замещения, отличающаяся использованием условно-постоянных коэффициентов и учитывающая взаимосвязь параметров трансформатора с величиной и характером нагрузки. Разработанная методика учитывает особенности нагрузки объекта электроснабжения, т.к. выражение для расчета представлено в виде функции двух переменных: активного и индуктивного, приведенных к обмотке высокого напряжения, сопротивлений нагрузки. Это обеспечивает выбор трансформатора с максимальной экономической энергоэффективностью электроснабжения из ограниченного множества силовых трансформаторов.

Анализ влияния климатических факторов на допустимые перетоки активной мощности в энергосистемах

2023-12-08T08:29:25+00:00

Рассмотрены вопросы учета влияния внешних факторов (скорости и угла атаки ветра, солнечной радиации и др.) на допустимые перетоки активной мощности в контролируемых сечениях энергосистем. Работы, связанные с учётом климатических факторов, в основном посвящены вопросам уточнения потерь активной мощности и расчету установившегося режима. В настоящей работе затронуты вопросы недостаточности существующих подходов при определении допустимых перетоков активной мощности в энергосистемах. Основная цель представленного исследования заключена в анализе степени влияния климатических факторов на допустимые перетоки активной мощности. Использованы методы численного моделирования утяжелённых режимов энергосистем с учётом влияния климатических факторов на допустимые перетоки активной мощности. Моделирование проведено в различных программных комплексах, в том числе RastrWin3 и Mathcad (реализация метода внутренней температурной коррекции для расчёта допустимых перетоков активной мощности с учётом технических ограничений). Результаты численных экспериментов показали, что при наиболее худших условиях охлаждения наблюдается снижение величины допустимого перетока активной мощности в контролируемом сечении, с учётом технических ограничений, на величину от 4,8 до 18,7 % в зависимости от тестовой схемы. При значительных скоростях ветра (3 м/с) и различных углах атаки ветра ситуация кардинально меняется, и допустимый переток активной мощности увеличивается на величину от 17,4 до 42,4 % в зависимости от тестовой схемы. Проведённые расчёты показали, что при учёте климатических факторов значительно изменяется допустимый переток активной мощности в контролируемом сечении, что может привести к ошибкам в планировании электрических режимов энергосистем.

Исследование возможности стабилизации напряжения питания промышленных потребителей при изменениях параметров нагрузки

2023-10-12T08:32:39+00:00

Рассмотрены возможности применения нового типа регулятора напряжения на основе реакторно-тиристорных управляемых ключей для обеспечения нормального функционирования и улучшения качества электроэнергии систем электроснабжения при номинальном напряжении питающей сети и номинальной нагрузке, а также отклонениях тока нагрузки на -40% от номинального значения. Для определения и оценки показателей использован метод компьютерного моделирования с применением программного средства MatLab, на основе которого проведено исследование возможности стабилизации напряжения у потребителей с существующим и предлагаемым регулятором напряжения. Исследование проведено в среде MatLab на компьютерной модели цехового трансформатора с предлагаемым управляемым регулятором напряжения мощностью 1МВ·А и напряжением 6 / 0,4 кВ при номинальном напряжении питающей сети и неравномерном графике активно-индуктивной нагрузки. Результаты численных экспериментов показали, что предлагаемый управляемый регулятор напряжения сохраняет уровень напряжения на шине распределительного устройства цехового трансформатора на номинальном значении и сохраняет высокое значение энергетической эффективности не только потребителей электроэнергии, но и электропередачи. Сравнительные характеристики результатов исследований подтвердили преимущество предлагаемого регулятора напряжения по быстродействию и точности регулирования, что позволяет не только достигнуть поставленных целей, но и повысить технико-экономические показатели электротехнических систем.

Исследование режима высших гармоник в электрических сетях фанерного производства

2023-12-25T13:10:16+00:00

Произведен анализ спектрального состава токов, генерируемых главным приводом лущильного станка, и разработано математическое описание параметров режима высших гармоник, протекающих по электрическим сетям заводов по производству фанеры. Для достижения поставленной цели впервые выполнены экспериментальные исследования на действующем фанерном предприятии Кировской области. Установлено, что в спектральном составе тока присутствуют канонические и анормальные гармоники, создаваемые выпрямителями, работающими с двигателями главного привода лущильных станков. Изменение высших гармоник тока, генерируемого выпрямителями, носит резкопеременный стохастический характер. Установлено, что процесс изменения токов высших гармоник в электрических сетях фанерных производств имеет стационарный характер. Получены статистические законы распределения токов высших гармоник (канонических) на интервале осреднения 200 мс и их числовые характеристики. Определены основные характеристики нагрузочных диаграмм лущильных станков. Предложено изменение высших гармоник во времени описывать решетчатыми моделями, интерполированными сплайн-функциями первой степени. Результаты статистического анализа спектрального состава токов и полученную математическую модель параметров режима высших гармоник рекомендовано использовать при решении ряда задач на стадии проектирования систем электроснабжения фанерных производств и для дальнейшей разработки методики расчетов параметров режима высших гармоник

Совершенствование модели управления качеством электроэнергии в системах электроснабжения потребителей сетевой организации с нелинейными нагрузками

2023-12-08T13:37:38+00:00

Предложены новые подходы к совершенствованию модели управления качеством электроэнергии в системах электроснабжения потребителей сетевой организации с нелинейными нагрузками. Для достижения цели исследования применены теоретические методы научного исследования, такие как анализ, синтез, абстрагирование и математическое моделирование. Совершенствование модели управления качеством электроэнергии предполагает изменение состава участников правоотношений, новый способ оценки стоимости вредных последствий и новый оплачиваемый технический параметр для определения значений управляющих факторов. Предложена методика расчета и использования надбавок (скидок) к оплате потребляемой электроэнергии за генерацию и потребление токов гармонических составляющих. Оценочный расчет надбавок (скидок) на примере потребителей сетевой организации показал адекватность предложенной методики. На настоящем этапе развития модель управления качеством электроэнергии в системах электроснабжения потребителей сетевой организации с нелинейными нагрузками нуждается в совершенствовании. Для решения задачи повышения ее эффективности требуется системный подход с привлечением специалистов из различных областей знаний.

ГЕННАДИЙ КОНСТАНТИНОВИЧ ПТАХ

2024-03-27T08:27:33+00:00

ХРОНИКА

ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ НАГАЙ

2024-03-27T08:33:08+00:00

ХРОНИКА