WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

«ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЁЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДЫ XIII ВСЕРОССИЙСКОГО СТУДЕНЧЕСКОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО СЕМИНАРА Том 1. Электроэнергетическое направление Томск – ...»

-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ,

НАДЁЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

ТРУДЫ XIII ВСЕРОССИЙСКОГО СТУДЕНЧЕСКОГО

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО СЕМИНАРА

Том 1. Электроэнергетическое направление Томск – 2011 УДК: 620.9+(621.311+621.039):504+621.311.019.3+621.039.058 Энергетика: эффективность, надежность, безопасность: Труды Всероссийского студенческого научно-технического XIII семинара: в 2-х томах - Томск, 19 – 22 апреля 2011 г. - Томск: ТПУ, 2011 - т. 1. Электроэнергетическое направление. – 368 c.

Настоящий сборник содержит материалы студенческого семинара, проведённого 19 – 22 апреля 2011 г. на базе Энергетического института (ЭНИН) Томского политехнического университета (ТПУ).

Печатается по постановлению Совета ЭНИН ТПУ.

Материал сборника представлен без редактирования авторских электронных версий.

Редакционная коллегия:

Космынина Н.М., к.т.н., доц. каф. ЭСС ЭНИН ТПУ (гл. редактор) Муравлев И.О., к.т.н., доц. каф. ЭПП ЭНИН ТПУ Шуликин С.Н., ст. преп. каф. ЭМКМ ЭНИН ТПУ Вёрстка и дизайн оригинал макета: Зимин Д.В.

© Томский политехнический университет, ИТОГИ

XIII ВСЕРОССИЙСКОГО СТУДЕНЧЕСКОГО НАУЧНО –

ТЕХНИЧЕСКОГО СЕМИНАРА

"ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ,

БЕЗОПАСНОСТЬ",

VI КОНКУРСА РЕФЕРАТОВ ПО УЧЕБНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ

СТУДЕНТОВ МЛАДШИХ КУРСОВ

ТОМСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ХIII Всероссийский студенческий научно-технический семинар "Энергетика: эффективность, надежность, безопасность" проводился 19 – 22 апреля 2011 года, в г. Томске, в Томском политехническом университете (ТПУ).

На XIII Всероссийском студенческом научно – техническом семинаре "Энергетика: эффективность, надежность, безопасность" работало 13 секций: "Эффективность электроснабжения промышленных предприятий ", "Управление режимами и автоматика электроэнергетических систем", "Эффективность электроэнергетических систем", "Высокие напряжения в технике и технологиях", "Рациональное энергоиспользование", "Электротехнические материалы и изделия", " Электротехника", "Котло- и реакторостроение", "Тепловые и атомные электрические станции и установки", "Промышленная теплоэнергетика". "Power engineering", "Юные исследователи в энергетике", "Гуманитарные аспекты надежности и экологии".

В семинаре приняли участие 14 российских вузов: Вятский государственный университет; Казанский государственный энергетический университет; Новосибирский государственный технический университет; Омский государственный университет путей сообщений; Политехнический институт Сибирского федерального университета; Томский государственный университет;

Национальный исследовательский Томский политехнический университет; Томский университет систем управления и радиоэлектроники; Саратовский государственный технический университет; Академия бюджета и казначейства Министерства Финансов РФ; Кузбасский государственный технический университет; Пензенский государственный университет; Пермский государственный технический университет; Самарский государственный технический университет.

На заседаниях секций было обсуждено 278 докладов. Во время работы семинара был проведен конкурс "Лучший доклад".

Результаты работы семинары были отражены в приказе ректора ТПУ от 19.05.2011 г. № 4374, в соответствии с которым за лучшие доклады, представленные на XIII Всероссийском студенческом научно-техническом семинаре "Энергетика: эффективность, надежность, безопасность", объявить благодарность, наградить дипломами ТПУ следующих студентов университета:

Шаненкова Ивана Игоревича, студента гр. 7А84 ЭНИН;

Колганову Юлию Леонидовну, студента гр. 7А84 ЭНИН.

Доклад " Уменьшение электроэрозионного износа ствола коаксиального магнитоплазменного ускорителя при метании макротел за счет использования системы шунтирования разряда".

Научный руководитель: Сивков Александр Анатольевич, каф.

ЭПП ЭНИН TПУ, профессор.

Лушникова Сергея Сергеевича, студента гр.9М350 ЭНИН.

Доклад "Использование ветродизельного комплекса на Научный руководитель: Шутов Евгений Алексеевич, каф.

ЭПП 56ЭНИН TПУ, доцент.

Такееву Бегимай Миргазиевну, студента гр.7М250 ЭНИН.

Доклад "Разработка методики расчета технологического режима эмалирования и контроля качества обмоточных проводов".

Научный руководитель: Петров Александр Васильевич, доцент каф. ЭМКМ ЭНИН ТПУ Сухушину Дарью Валерьевну, студента гр.7М250 ЭНИН.

Доклад "Измерение импульсного давления при двухстороннем магнитно-импульсном прессовании" Научный руководитель: Ивашутенко Александр Сергеевич, каф. ЭМКМ ЭНИН TПУ, ст. преподаватель.

Волынкина Петра Александровича, студента гр.7М250 ЭНИН.

Доклад "Влияние технологических факторов экструзии на электрические и физико-механические свойства изоляции".

Научный руководитель: Аникеенко Владимир Михайлович, каф. ЭМКМ ЭНИН ТПУ, доцент Осокина Сергея Леонидовича, студента гр.7М250 ЭНИН.





Доклад "Устройство для двухстороннего магнитноимпульсного прессования корундо-циркониевой керамики при повышенных температурах".

Ивашутенко Александр Сергеевич, каф. ЭМКМ ЭНИН TПУ, ст. преподаватель.

Фаерман Владимира Андреевича, студента гр.8А81 ИК.

Доклад "Сравнительная оценка алгоритмов численного решения жестких систем уравнений состояния электрических цепей".

Научный руководитель: Купцов Анатолий Михайлович, каф.

ТОЭ ЭНИН TПУ, доцент Воропаева Сергея Александровича, студента гр.6472 ЭНИН.

Доклад "Исследование некоторых видов низкосортного топлива применительно к технологии производства универсальных брикетов".

Научный руководитель: Казаков Александр Владимирович, каф. ПГС и ПГУ ЭНИН TПУ, доцент.

Кефер Артема Евгеньевича, студента гр.6462 ЭНИН.

Доклад "Исследование термической обработки торфов Томской области применительно к технологии производства универсальных топливных брикетов".

Научный руководитель: Казаков Александр Владимирович, каф. ПГС и ПГУ ЭНИН TПУ, доцент.

Егорову Анну Сергеевну, студента гр.6462 ЭНИН.

Доклад "Математическая модель тепломассопереноса при подземной газификации угля".

10.

Научный руководитель: Субботин Александр Николаевич, каф. ПГС и ПГУ ЭНИН TПУ, доцент.

Дорохову Надежду Сергеевну, студента гр.6М300 ЭНИН Доклад "Повышение экономичности блоков АЭС с реакторами ВВЭР".

11.

Научный руководитель: Калугин Борис Федорович, каф.

АТЭС ЭНИН TПУ, доцент.

Тесмонарь Марину Игоревну, студента гр.6262 ЭНИН.

Доклад "2Die Synthese des mathematischen Modells des beweglichen elektroenergetischen Gegenstande".

12.

Научные руководители: Андык Владимир Сергеевич, каф.

АТП ЭНИН TПУ, доцент; Костомаров Петр Иванович, каф.

ИЯЭИ ЭНИН ТПУ, ст. преподаватель.

Гавриленко Веронику Андреевну, студента гр. 7А82 ЭНИН.

Доклад "Fonctionnement du moteur asynchrone dans des 13. machines electriques".

Научный руководитель: Ростовцева Вероника Михайловна, каф. ИЯЭИ ЭНИН ТПУ, доцент.

Пак Александра Яковлевича, студентагр. 9М350 ЭНИН.

Доклад "DTA Studies of the ultradispersed carbon nitride".

Научные руководители: Сивков Александр Анатольевич, каф. 1 степень 14.

ЭПП ЭНИН TПУ, профессор; Столярова Алла Константиновна, каф. ИЯЭИ ЭНИН ТПУ, доцент.

Нгуен Хоанг Хьеп, студента гр.9М253 ЭНИН.

Доклад "Corona ring design for the impulse voltage generator of 900 kilovolts".

15.

Научные руководители: Лавринович Валерий Александрович, каф. ЭСС ЭНИН TПУ, профессор; Столярова Алла Константиновна, каф. ИЯЭИ ЭНИН ТПУ, доцент.

Лоскутову Ольгу Анатольевну, студента гр.9М253 ЭНИН.

Доклад "Application of high-voltage impulse exploration for diagnosing defective insulators at overhead lines up to 35 kV".

16.

Научные руководители: Пичугина Мария Тимофеевна, каф.

ЭСС ЭНИН TПУ, доцент; Столярова Алла Константиновна, каф. ИЯЭИ ЭНИН ТПУ, доцент.

Хабибулина Артёма Маратовича, студента гр.6М600 ЭНИН.

Доклад "Analysis of methods of thermal calculation for vessels and pipelines of refrigeration systems".

17.

Научные руководители: Половников Вячеслав Юрьевич, каф.

ТПТ ЭНИН TПУ, доцент; Матухин Дмитрия Леонидович, каф. ИЯЭИ ЭНИН ТПУ, доцент.

Чеснокова Дениса Вадимовича, студента гр.6482 ЭНИН.

Доклад "Wind power farms in Europe: activities of European 18. Wind Energy Association".

Научный руководитель: Черемисина Харрер Инна Алексеевна, каф. ИЯЭИ ЭНИН TПУ, доцент Афанасьева Кирилла Юрьевича, студента гр.6А73 ЭНИН.

19.

Научный руководитель: Молодежникова Лидия Иосифовна, степени каф. ТПТ ЭНИН TПУ, ст. преподаватель Рахматуллина Ильяса Аминовича, студента гр.9М350 ЭНИН.

Доклад "Plasma dynamic synthesis of the super dispersed 20.

Научные руководители: Сивков Александр Анатольевич, каф. степени ЭПП ЭНИН TПУ, профессор; Столярова Алла Константиновна, каф. ИЯЭИ ЭНИН TПУ, доцент.

Маремьянину Марию Игоревну, студента гр.11890 ГФ.

Доклад "Анализ общественного мнения по вопросам экологической безопасности в интернет- пространстве 21.

Научный руководитель: Лукьянова Наталия Александровна, каф. СОЦ ГФ TПУ, профессор.

Моор Эльвиру Ивановну, студента гр.11890 ГФ.

Доклад "Правовые проблемы сохранения лесов".

22.

Научный руководитель: Аксенов Илья Валерьевич, каф. СОЦ Кузьмина Алексея Александровича, студента, Новосибирский государственный технический университет.

23.

Доклад " Процессы в сети электроснабжения предприятий с двигательной нагрузкой".

Попову Ариадну Одиссеевну, студента, Новосибирский государственный технический университет.

Доклад "Применение теории нечетких множеств для 1 степень 24.

оценки эксплуатационного состояния оборудования высоко- и низконапорных ГЭС".

Немцева Олега Васильевича, студента, Новосибирский государственный технический университет.

Доклад "Исследование эффективности антирезонансных 2 степень 25.

трансформаторов напряжения типа НАЛИ-СЭЩ 6-10(кВ) производства ТК "Электрощит-Самара".

Приймак Виктора Васильевича, студента, Новосибирский государственный технический университет.

26.

Доклад "Повышение надежности и экономичности ВЛ напряжением 110-220 кВ".

Горбунову Елену Сергеевну, студента, Новосибирский государственный технический университет.

27.

Доклад " Особенности эксплуатации кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена напряжением 35-110 кВ".

Францеву Алину Алексеевну, студента, Новосибирский государственный технический университет.

Доклад "Эксергетический анализ ТЭЦ с ГСП и системой 2 степень 28.

комбинированного теплоснабжения с фреоновыми термотрансформаторами".

Ильясова Нияза Хатыповича, студента, Казанский государственный энергетический университет.

29.

Доклад "Очистка технической воды при помощи акустического воздействия".

Мантурову Марию Александровну, студента, Новосибирский 30.

ресурсосбережения".

Также по решению Ученого Совета ЭНИН ТПУ и оргкомитета Всероссийского семинара авторы докладов высокого уровня отмечены дипломами ЭНИН ТПУ.

VI Университетский конкурс рефератов по учебно-исследовательской работе студентов младших курсов. На конкурс рефератов было подано 270 работ. Работы были посвящены исследовательским вопросам направлений: "Электроэнергетика" – 39 работ;

"Электротехника" – 26; "Электромеханика" - 37; "Электрические аппараты" - 39; "Высоковольтная техника" – 25; " Электропривод" – 22; "Электротехническое материаловедение" – 35; "Общая энергетика"- 16; "Теплоэнергетика"- 31.

Результаты конкурса рефератов были отражены в приказе ректора ТПУ от 19.05.2011 г. № 4374, в соответствии с которым за лучшие рефераты объявить благодарность, наградить дипломами ТПУ следующих студентов университета:

Направление 1. "Электроэнергетика" Осипчук Веру 5. Витальевну Гайдук Ирину 20. Александровну 22. Дмитрия 9А87 ЭНИН электрических Владимировн 2 степень 28. Олега 9А87 ЭНИН электричсеких Владимировна, Игоревну Игоревну 42. Татьяну 9А81 ЭНИН ной изоляции. Владимирович,, 45. Дмитрия 7А76 ЭНИН да постоянного Савельевич, 1 степень Рощупкина Викторовича Направление 6. " Электротехническое материаловедение " 54.

55. Колганову Леонидовну 59. Филиппа 9А93 ЭНИН материалов с Александровна, Лукянец Сергеевича Мурзину Сергеевну Гимазова Ураловича Также по решению Ученого Совета ЭНИН ТПУ и оргкомитета Университетских конкурсов авторы рефератов высокого уровня отмечены дипломами ЭНИН ТПУ.

Ученый секретарь Всероссийского семинара, Университетского конкурса рефератов зам. начальник научного отдела ЭНИН ТПУ,

СЕКЦИЯ 1. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

АНАЛИЗ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

ВЕНТИЛЯТОРОВ В УСТАНОВКАХ ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА

Саратовский государственный технический университет Охлаждение газа является неотъемлемой частью технологического процесса при его транспортировке по магистральным газопроводам. Снижение температуры газа происходит в установках охлаждения газа (УОГ), которые состоят из определенного количества аппаратов воздушного охлаждения (АВО) [2].

Эффективным средством улучшения энергетических характеристик УОГ является регулирование производительности вентиляторов АВО за счет изменения частоты их вращения [2]. При этом актуальной является задача выбора схемы управления электродвигателями, обеспечивающей наиболее высокие технико-экономические показатели.

В соответствии с требованиями нормативных документов по категории электроснабжения УОГ схема управления электродвигателями должна быть реализована в виде двух симметричных секций, каждая из которых подключается к вторичной обмотке соответствующего понизительного трансформатора 6(10)/0,4 кВ комплектнотрансформаторной подстанции (КТП) [2]. При этом обе секции должны иметь возможность получать электроэнергию от одного из трансформаторов КТП. Обязательным условием функционирования разрабатываемой системы охлаждения газа должно быть обеспечение электромагнитной совместимости силового оборудования этой системы с электрооборудованием других технологических комплексов компрессорной станции во всех режимах ее работы.

Предположим, что УОГ содержит N единиц АВО газа, каждый из которых оснащен двумя электроприводными вентиляторами. В этом случае общее количество электродвигателей составляет 2N. Для управления этими электродвигателями необходимо некоторое количество преобразователей частоты (ПЧ), которое должно быть распределено поровну между секциями КТП и равномерно по электродвигателям вентиляторов.

Для УОГ, содержащей 12 единиц АВО, могут быть рассмотрены следующие 6 вариантов построения схемы управления электродвигателями, которые отражены в таблице.

Количество двигателей, подключаемых к одному ПЧ Общее количество ПЧ В соответствии с вариантом № 1 все 12 двигателей одной секции подключаются к одному преобразователю соответствующей мощности. Учитывая требуемую категорийность электроснабжения, для реализации данного варианта потребуется два ПЧ (без учета ремкомплекта), каждый из которых должен обеспечить управление и электроснабжение 12 электродвигателей единичной мощностью кВт в штатном режиме эксплуатации и при выводе в ремонт силового оборудования, либо при отказе второго ПЧ должен обеспечить работоспособность всех 24 двигателей.

Вариант № 6 предполагает подключение к ПЧ одного электродвигателя. Остальные варианты представляют собой различные комбинации мощностей ПЧ и количества подключенных к ним электродвигателей.

При анализе вариантов построения схемы управления электродвигателями полагается, что ПЧ выполнены по наиболее распространенной в настоящее время схеме: неуправляемый входной выпрямитель – сглаживающий фильтр – автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией на модулях типа IGBT.

Для ориентировочной, но быстрой оценки величины капитальных вложений, необходимых для создания системы частотного управления электродвигателями АВО газа, целесообразно воспользоваться приближенными методами, которые основаны на укрупненных показателях стоимости.

Капитальные затраты, необходимые для оснащения АВО газа частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов, можно оценить по формуле где С ПЧ – стоимость всех ПЧ; СЭМС – стоимость оборудования для обеспечения ЭМС; СКА – стоимость коммутационных аппаратов; СКП – стоимость кабельной продукции; ССАУ – стоимость оборудования для построения системы автоматического управления.

Основное влияние на формирование затрат по формуле (1) оказывает стоимость преобразовательного оборудования. При этом выбор ПЧ для управления электродвигателями вентиляторов АВО газа имеет некоторые особенности из-за того, что эти двигатели имеют низкий cos.

Стоимость преобразователей найдем по формуле где C ПЧ ( m ) – стоимость одного преобразователя, который способен обеспечить работу m электродвигателей с номинальной мощностью Рном и cos ном.

Если допустить обязательное наличие в резерве одного преобразователя, то общее количество ПЧ, необходимое для построения частотно-регулируемого электропривода вентиляторов рассматриваемой системы, будет определяться формулой Результаты сравнения капитальных затрат на приобретение ПЧ для системы, состоящей из 12 АВО газа, приведены на рисунке. Как видно из графиков на этом рисунке, величина затрат существенно зависит от подхода к резервированию. Если предполагается в резерве иметь один ПЧ соответствующей мощности, то вариация затрат незначительна. При этом возможна коррекция цен для ПЧ в сторону снижения (для варианта № 6) за счет оптовых закупок.

Суммарная стоимость ПЧ для различных вариантов При этом вариант индивидуального электропривода: один ПЧ на один электродвигатель, – имеет ряд технических преимуществ, которые принципиально невозможно обеспечить при других вариантах построения схемы управления электродвигателями. Это, прежде всего, встроенные в ПЧ функции защиты, диагностики состояния обмоток двигателя и кабельных соединений. Немаловажной является возможность выводить из работы для ремонтно-технического обслуживания по одному вентилятору АВО без особого влияния на температуру компримированного газа.

массогабаритные показатели ПЧ, оказывающие влияние на продолжительность и суммарные затраты ресурсов при проведении операций по монтажу – демонтажу оборудования.

Вариант № 1, предусматривающий применение одного ПЧ большой мощности для управления всеми электродвигателями секции КРБ, и некоторые комбинированные варианты, требуют применения оборудования с такими массогабаритными показателями, которые существенно усложняют проведение ремонтных работ.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Аршакян И.И., Артюхов И.И. Динамические режимы в системах электроснабжения установок охлаждения газа. – Саратов:

СГТУ, 2004. – 120 с.

2. Аршакян И.И., Тримбач А.А. Повышение эффективности установок охлаждения газа. – Газовая промышленность. – 2006. – № 3. Категорийность электроприемников промышленных объектов ОАО «Газпром»: Ведомственный руководящий документ ВРД 39-1.27-072-2003. – М.: ВНИИгаз, 2003. – 22 с.

Научный руководитель: И.И. Артюхов, д.т.н., профессор, СГТУ

ГИБРИДНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

С ОБЪЕДИНЕННОЙ ШИНОЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Саратовский государственный технический университет Несмотря на развитие больших электрических сетей, остается актуальной задача автономного электроснабжения. При отсутствии централизованного энергоснабжения при решении вопроса о составе генерирующих установок выбор потребителя зачастую падает на дизель-генераторы (ДГ). Однако подобные установки шумны, неэкологичны и, несмотря на относительно невысокую стоимость оборудования, требуют значительных затрат на эксплуатацию [1].

График нагрузки автономного потребителя, как правило, резко неравномерен, то есть существуют спады потребления в утреннее время суток и значительно превышающие среднее значение потребления пики. В то же время ДГ предназначены для постоянной работы, а регулярные включения-отключения и изменения выдаваемой мощности установки значительно уменьшают срок ее службы.

В конкретных природно-климатических условиях целесообразным может быть использование как ветроэнергетических установок (ВЭУ), так и солнечных панелей (СП), объединяемых вместе с ДГ в гибридную систему [2]. Необходимость комплексирования возобновляемых и традиционных источников обусловлена вероятностным характером выработки энергии ВЭУ (прямая зависимость от скорости ветра) и суточной (и сезонной) вариацией освещенности, определяющей выработку электроэнергии СП. При этом ДГ в составе гибридной системы является фактором надежности и бесперебойности электроснабжения, а экономическая эффективность системы определяется экономией топлива и технического ресурса дизеля за счет «бесплатной» энергии возобновляемых источников. Необходимыми элементами гибридной электростанции являются преобразователи и накопители энергии – аккумуляторные батареи (АКБ). Расчет емкости АКБ в системе с возобновляемыми источниками энергии производится из соображений полного использования пиковой мощности ВЭУ и СП, а также ограничений на величину допустимого зарядного тока аккумуляторов для обеспечения их долговечности.

Возможны различные варианты схем управления потоками энергии в гибридных системах электроснабжения [3,4]. На рисунке показана схема с объединенной шиной постоянного тока, на которой производится суммирование энергии ДГ и СП.

Схема гибридной системы электроснабжения ДГ в рассматриваемой схеме может работать в различных режимах. Один из режимов предполагает выдачу мощности параллельно с СП. Возможен также режим эксплуатации ДГ, при котором он будет использоваться для заряда АКБ в темное время суток. ДГ дополнен выпрямителем, через который генератор подключен к шине постоянного тока. К этой же шине через контроллер заряда / разряда присоединены аккумуляторные батареи.

Вольт-амперные характеристики СП имеют нелинейный вид и зависят от уровня солнечной радиации. Для управления потоком энергии СП регулятор напряжения должен быть выполнен в виде повышающего импульсного преобразователя [5].

Напряжение на шине постоянного тока преобразуется в напряжение промышленной частоты 50 Гц с помощью стабилизированного инвертора. К шине постоянного тока может быть также подключен асинхронный электропривод. Для этого предназначен регулируемый инвертор, с помощью которого осуществляется изменение частоты и напряжения на статорных обмотках двигателя.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Лукутин Б.В. и др. Возобновляемая энергетика в децентрализованном электроснабжении / Б.В. Лукутин, О.А. Суржикова, Е.Б.

Шандарова. – М.: Энергоатомиздат, 2008. – 231 с.

2. Андреев В.М. Интегрированная солнечно-ветровая энергетическая установка с накопителем энергии на основе водородного цикла / В.М. Андреев, А.Г. Забродский, С.О. Когновицкий. – Альтернативная энергетика и экология. – 2007. – № 2(46). – С.

3. http://www.napssystems.com/ 4. http://www.multiwood.ru/ 5. http://www.santerno.ru/ Научный руководитель: И.И. Артюхов, д.т.н., профессор, СГТУ

О РАЗРАБОТКЕ СЕЛЕКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ

ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ ДЛЯ СЕТЕЙ 6-

КВ НА ОСНОВЕ КОНТРОЛЯ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ МОЩНОСТИ

Пермский государственный технический университет В распределительных сетях 6-10 кВ распространенным видом повреждения являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), составляющие 70-80% от общего числа аварийных повреждений. При длительном существовании данный вид замыканий в 60-80% случаев может переходить в двухместное, двойное замыкание на землю и иногда в трехфазное короткое замыкание, что, в свою очередь, приводит к неоправданным отключениям линий и дорогостоящим ремонтам, перерывам в электроснабжении и, как следствие, простою оборудования и значительному экономическому ущербу. Помимо сказанного, ОЗЗ характеризуется возможностью возникновения перемежающихся дуговых замыканий фазы на землю и большой кратностью перенапряжений. В связи с вышеперечисленными факторами одним из условий повышения надежности систем электроснабжения любого предприятия является своевременное обнаружение и устранение данного вида повреждений.

На многих подстанциях распределительных сетей 6-10 кВ чаще всего встречаются 2 основные ситуации [13]:

1. Подстанции оснащены токовой защитой нулевой последовательности. Для обеспечения селективности действия этой защиты уставки на срабатывание выбирают по условию отстройки от собственных токов защищаемых линий. Эта защита характеризуется простотой принципа действия. Однако существенным недостатком токовой защиты от О33 является ограниченная область успешного применения. Эта защита не может работать селективно в сетях, где собственные токи нулевой последовательности неповрежденных линий соизмеримы с контролируемой величиной тока нулевой последовательности поврежденной линии. Для нормальной работы необходимо, чтобы ток на поврежденной линии превышал токи неповрежденных линий в 3-5 раз и более. Кроме того, селективность действия этой защиты возможна лишь в сетях, где доля тока нулевой последовательности отдельной линии не превышает 15-28 % от общего тока замыкания на землю, распределительная сеть по своей конфигурации должна быть достаточно однородной.

2. Подстанции вообще не оснащены устройствами определения поврежденной линии и имеют лишь общеподстанционное (распространяющееся на одну секцию шин) устройство, срабатывающее на сигнал при появлении "земли" в сети 6 - 10 кВ. В этом случае, для определения поврежденной линии оперативный персонал производит поочередное отключение всех отходящих линий, что приводит к излишнему износу коммутационной аппаратуры и нарушению электроснабжения потребителей, подключенных к неповрежденным линиям.

В сетях 6-10 кВ применяются и другие виды защиты от О33.

Например, направленная защита нулевой последовательности, защита с контролем естественных высших гармонических составляющих в токах нулевой последовательности, защита, основанная на использовании токов непромышленной частоты, защита с контролем электрических величин переходного процесса при ОЗЗ в сети и др. Однако, названные защиты во многих случаях работают не селективно.

Для быстрого обнаружения возникновения ОЗЗ необходимо применение современной, быстродействующей селективной защиты, которая должна работать либо на сигнализацию, либо на отключение поврежденной линии. К таковой относится новая защита, основанная на контроле пульсирующей мощности защищаемых линий, разрабатываемая на кафедре «Электрификация и автоматизация горных предприятий» Пермского Государственного Технического Университета [4,5].

Принцип работы новой защиты основан на том, что по измеренным токам трех фаз линии и фазным напряжениям относительно нейтрали трехфазной системы вычисляется суммарная мгновенная мощность трех фаз линии, а также ее среднее значение. Затем путем вычитания из мгновенной мощности ее среднего значения определяется переменная составляющая мощности (пульсирующая мощность), которая используется для целей защиты.

где u A, u B, uC, i A, iB, iC - мгновенные значения соответственно фазных напряжений и токов трех фаз линии;

PCP - постоянная составляющая мгновенной мощности (средняя мощность);

p П (t ) - переменная составляющая мгновенной мощности (пульсирующая мощность), изменяющаяся во времени с удвоенной частотой сети.

Переменная составляющая суммарной мгновенной мощности трех фаз линии зависит от симметрии напряжений и симметрии токов.

В случае их абсолютной симметрии переменная составляющая суммарной мгновенной мощности равна нулю. Возникновение в сети ОЗЗ обусловливает несимметрию всех линий сети относительно земли, что вызывает изменение мгновенной мощности линии на величину приращения переменной составляющей мощности.

где p П (t ), p (1) (t ) - пульсирующие мощности линии соответстП венно до ОЗЗ и в режиме ОЗЗ.

Данная величина используется в работе разрабатываемой защиты.

На рис. 1 приведена функциональная блок-схема защиты от ОЗЗ.

Рис. 1. Функциональная блок-схема защиты от ОЗЗ.

Защита состоит из трех основных функциональных блоков:

1. вычислительного блока (ВБ), служащего для вычисления пульсирующей мощности линии;

2. вычислительно-логического блока (ВЛБ), служащего для определения приращения пульсирующей мощности линии;

3. исполнительного блока (ИБ), реализующего функцию срабатывания защиты.

Блоки защит устанавливаются на каждой линии распределительной сети.

Кроме того защита содержит общий для всех линий пороговый орган (ПО), выполняющий общую функцию контроля возникновения ОЗЗ в сети.

Защита работает следующим образом. По измеренным фазным напряжениям сети u A, u B, uC и токам защищаемой линии i A, iB, iC при помощи трех блоков перемножения 1 и сумматора 2 ВБ защиты согласно (1) вычисляется мгновенная мощность трех фаз линии. Далее в блоке интегрирования 3 определяется ее постоянная составляющая.

В блоке 4 ВБ путем вычета из мгновенного значения суммарной мощности линии ее среднего значения выделяется переменная составляющая мощности линии. При этом выделенное значение переменной составляющей запоминается в управляемом блоке памяти 5 ВЛБ защиты.

При возникновении в сети ОЗЗ, контролируемого пороговым органом защиты путем сравнения текущего значения напряжения нулевой последовательности сети с уставкой, запоминание пульсирующей мощности линии останавливается. При этом в блоке 6 ВЛБ согласно (3) путем вычета из текущего значения пульсирующей мощности ранее запомненного вычисляется величина приращения пульсирующей мощности линии, соответствующая режиму замыкания фазы на землю.

Далее вычисленная величина приращения в блоке 9 ИБ защиты сравнивается с величиной уставки. Если приращение пульсирующей мощности линии превысит заданную уставку, то эта линия фиксируется как поврежденная и подается сигнал на срабатывание защиты.

Возможен и другой алгоритм работы исполнительного блока защиты, основанный на сравнении между собой приращений пульсирующих мощностей всех защищаемых линий. При этом поврежденная линия сети фиксируется по наибольшей величине приращения. В этом варианте работы защиты ИБ должен являться общим для всех линий сети.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Шуин В.А., Гусенков А.В. Зашиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ. – М.: НТФ «Энергопрогресс», 2. Шалин А.И. Релейная защита от замыканий на землю в сетях с резистивным заземлением нейтрали // Ограничение перенапряжений: материалы 4-ой Всерос. Науч.-техн. конф. – Новосибирск, 2004.

3. Цапенко Е.Ф. Замыкания на землю в сетях 6-35 кВ. – М.: Энергоатомиздат, 1986. 128 c.

4. Патент №2352044 на изобретение «Способ защиты трехфазной сети от однофазных замыканий на землю. Автор Сапунков М.Л., ПермГТУ».

5. Сапунков М.Л., Худяков А.А. Разработка селективной защиты от однофазных замыканий на землю для распределительных сетей 6-10 кВ. // Энергетика. Инновационные направления в энергетике: материалы 3-й Всерос. науч.-техн. конф. - Пермь, 2010.

Научный руководитель: А.А. Худяков, аспирант, ПГТУ

ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ВЕТРОДИЗЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

Томский политехнический университет В ряде случаев присоединение изолированных населенных пунктов к системе централизованного электроснабжения не возможно или экономически нецелесообразно из-за их удаленности и малого энергопотребления. Электроснабжение таких потребителей, как правило, осуществляется от дизельных электростанций.

В виду резкого повышения цен на ископаемое топливо, повышения значимости социально-экологических и других факторов перспективной представляется возможность использования возобновляемых ресурсов, в данном случае ветроэнергетических [1].

На территории РФ в большинстве мест скорость ветра незначительна и получение электроэнергии только от ветроустановок в большинстве случаев экономически неоправданно. Оптимальным решением в данной ситуации является установка ветродизельного комплекса (дизель-генератор – основной источник энергии). За счет заряда аккумуляторных батарей экономия топлива в таких системах может достигать 50 %, а также увеличивается срок службы дизель-генератора [2].

Для оценки эффективности данного решения были рассмотрены два варианта электроснабжения населенного пункта: от ДЭС и ветродизельного комплекса (дизель-генератор Cummins TCM100 80 кВт и ветроустановка Westwind 10kW). Сравнение вариантов производилось по таким показателям как себестоимость электроэнергии [3]:

где: К – общие капиталовложения (руб.):

где: Куст – стоимость оборудования (руб.), Кпр – стоимость проектных работ по определению места установки на местности (руб.), Кстр – стоимость строительных и монтажных работ по установке электростанции (руб.);

С – общие годовые эксплуатационные расходы (руб.):

где: Сэкс – годовые расходы на эксплуатацию системы электроснабжения (руб.), Срем – годовые расходы на плановый ремонт (руб.), Стоп, Сд.топ – годовые расходы на топливо и его доставку (руб.);

pн=1/Т – нормативный коэффициент рентабельности, где Т – экономический срок службы оборудования лет (лет);

Wгод - общее количество электроэнергии, вырабатываемое станцией в течение года (кВт·ч).

А также срок окупаемости [3]:

где: Сээ – тариф на электроэнергию в месте установки станции (руб./кВт·ч).

Для сельских населенных пунктов Томской области Сээ=1, руб./кВт·ч [4].

Для гибридной – ветродизельной системы срок окупаемости в несколько раз превысил аналогичный параметр для стандартной ДЭС, но себестоимость электрической энергии для гибридной системы ниже. Несмотря на значительную сумму затрат на устанавливаемое оборудование, данный результат достигается за счет снижения потребления топлива, а следовательно и затрат на данную составляющую и его доставку практически вдвое.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Возобновляемые источники энергии: Материалы научной молодежной школы / А.А. Соловьев.- М.: Геогр. ф-т МГУ, 2006.с.

2. Анохин А.Б., Волошин Е.А. Энергетическая независимость // С.О.К..- 2008.- N12.

3. Лукутин Б.В. Возобновляемые источники электроэнергии:

учебное пособие / Б.В. Лукутин.- Томск: Изд-во ТПУ, 2008.- 4. http://www.ensb.tomsk.ru Научный руководитель: Е.А. Шутов, к.т.н., доцент, ЭПП, ЭНИН, НИ ТПУ.

ПРИМЕНЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ

ДЛЯ АНАЛИЗА РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГОРОДСКИХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Новосибирский государственный технический университет С каждым годом внедрение нейротехнологий в различные области знаний все более интенсивно. Применение искусственного интеллекта для анализа режимов работы городских электрических сетей, и, в том числе, для расчета потерь, позволяют увеличить точность полученных результатов, значительно уменьшая время расчета. Используя для определения потерь в распределительных сетях приложения ИНС мы получаем возможность выбора различных параметров, правильность выбора которых влияет на точность расчетов. Это такие параметры как:

1. Выбор архитектуры сети 2. Выбор метода обучения 3. Выбор функции активации 4. Выбор количества входной и выходной информации 5. Объем выборки В данной работе исследовался участок городской электрической сети, который содержит кабельные линии напряжением 10 кВ.

Расчетная схема имеет 32 узла и 31 ветвь. Значения нагрузки в узлах этой сети известны.

Задачи, поставленные в данном исследовании:

• возможно ли обучение без учителя для решения задач такого определение наиболее эффективного алгоритма обучения;

определение оптимальной архитектуры сети;

определение оптимального объема обучающей выборки;

определение наиболее эффективной функции активации.

В результате множества экспериментов с варьированием числа входных параметров и количества наблюдений была спроектирована нейронная сеть с 4-мя входными, 8-ью скрытыми и одним выходным нейронами.

Установлено, что для выбора оптимального входного вектора модели оценки при планировании необходимо применять методы понижения размерности и отбора данных. В работе применены следующие методы: тестирование переменных с помощью проб и ошибок, генетический алгоритм. Выявлены факторы, влияющие на отчетные потери, с учетом диапазона напряжений и физической природы потерь. Для рассматриваемой модели оценки при планировании потерь доказано, что:

1. Для определения оптимального объема обучающей выборки эффективно воспользоваться теорией «кривых обучения», которая заключается в построении двух кривых: «ошибки обучения»

и «ошибки обобщения» и в случае выхода этих кривых на один асимптотический уровень определение оптимального размера обучающей выборки. Подтверждено, что объем тестовой выборки, которая используется для проверки адекватности построенной модели, и объем контрольной выборки, которая служит для контроля процесса обучения ИНС, являются достаточными для их представительности.

2. В моделях оценки при планировании целесообразно применять следующие функции активации: линейная, логистическая и гиперболическая. Рекомендуется применять логистическую и гиперболическую.

3. Эффективность алгоритмов обучения целесообразно определять исходя из сравнения количества циклов обучения, количества расчетов значения целевой функции, количества знакопеременных произведений, по чувствительности к локальным минимумам.

Проведенные исследования показали, что:

• Алгоритм обучения – спуск по сопряженным градиентам, не применим для задач оценки при планировании потерь мощности, так как алгоритм «застревает» в локальных минимумах;

• Алгоритм обучения – быстрое распространение, не эффективен, так как дает большую погрешность обобщения;

• Алгоритмы обучения – обратное распространение, ЛевенбергаМарквардта, квази-Ньютона, дают приемлемую погрешность обобщения. Недостатком алгоритма обратного распространения является использование большого количества итераций.

Наименьшая погрешность была получена с помощью алгоритма Левенберга-Марквардта, но в сравнении с другими методами обучения этот метод является наиболее продолжительным по времени обучения. Преимущество применения алгоритма квазиНьютона объясняется его быстрой сходимостью и приемлемой ошибкой. Рекомендуется этот алгоритм использовать при оптимизации параметров ИНС. Применение искусственных нейронных сетей для построения модели оценки при планировании потерь мощности в электрических сетях энергосистемы обосновывается попыткой устранения противоречия между необходимостью учета действия большого числа факторов для обеспечения адекватности модели реальным процессам функционирования сложных электроэнергетических систем и необходимостью быстрого получения надежного результата. В результате применения традиционных моделей, реализуемых численными методами, при решении задач оперативного управления функционированием электроэнергетических систем, требующих многократных и многовариантных расчетов, оказывается малоэффективным, а зачастую невозможным.

Таким образом, проведя все вышеперечисленные исследования, мы можем придти к выводу, что оптимальным для такого рода задач является:

1. Применение логистических и гиперболических функций активации;

2. Обучение по методам обратного распространения ошибки, квази-Ньютона, Левенберга-Марквардта.

По результатам исследования можно сделать вывод о целесообразности моделирования ИНС с помощью программнейроимитаторов.

Научный руководитель: В.З. Манусов, д.т.н., профессор, НГТУ.

ПРОВАЛЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА РАБОТУ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Томский политехнический университет Одним из наиболее важных показателей качества электроэнергии для промышленности, перечисленных в ГОСТ 13109-97 “Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения”, являются провалы напряжения. Согласно ГОСТу, провал ческой сети ниже 0,9Uном, за которым следует восстановление напрянапряжения – это внезапное понижение напряжения в точке электрижения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд.

Влияние провалов напряжения на ход технологического процесса во многом зависит от характера процесса. Особенно ощутимое влияние провалы напряжения оказывают на “непрерывные технологические процессы” в металлургии, химии, нефтехимии и в других отраслях. В отличии от других производств, которые можно остановить и запустить снова, для останова и повторного пуска таких технологических процессов требуется длительное время – от нескольких часов до нескольких суток, при строгом соблюдении технологического регламента. Например, провалы напряжения при производстве химического волокна вызывают останов оборудования, на повторный запуск которого затрачивается от 15 минут (в случае отказа 10% оборудования) до 24 часов (при отказе 100% оборудования). Время же полного восстановления технологического процесса достигает 3 суток. Ущерб от внезапных провалов напряжения возникает не только на производствах с “непрерывным технологическим процессом”. При некоторых операциях при обработке металла, в случае внезапного прекращения подачи электроэнергии, может поломаться дорогостоящий металлообрабатывающий инструмент. Например, резцы, если не предусмотреть их автоматический отвод от обрабатываемой детали. Возникающий при этом ущерб в лучшем случае выражается в браке части продукции, а в худшем – требуется полный останов технологического процесса [1].

В связи с большой плотностью нагрузки на промышленных предприятиях, чем в городских сетях, и сравнительно меньшей протяженности кабельных линий 6-10 кВ обуславливается большое влияние на сети промышленных предприятий процессов, протекающих в сетях высокого напряжения, т.е. 110 кВ. Короткие замыкания являются причинами провалов напряжения: 70% повреждений в воздушных сетях 110 кВ приходится на однофазные короткие замыкания.

Восприимчивость электроприемников к кратковременным нарушениям электроснабжения, в частности к провалам напряжения определяется временем, в течение которого они способны сохранить запасенную энергию электромагнитного или электростатического поля, то есть их инерционностью. Поэтому электроприемники, имеющие индуктивный или емкостной характер потребления электроэнергии, менее чувствительны к такого рода нарушениям в отличии от безынерционных, например, микропроцессорных устройств.

Оборудование общего назначения, по сравнению с другими видами электроприемников, менее чувствительно к качеству электроэнергии и может работать без сбоев при глубине провалов до 60% продолжительностью до 0,5 секунд. Двигатели с электронным управлением, различного рода вычислительная техника, применяющаяся сейчас практически повсеместно, являются более чувствительным оборудованием, что значительно повышает требования к качеству электроснабжения [2].

Основными потребителями электроэнергии на промышленных предприятиях являются асинхронные и синхронные двигатели.

Составляющие прямой и обратной последовательности напряжения, действующего в момент провала напряжения определяют вращающий момент электродвигателей. Для синхронных двигателей провалы напряжения, с одной стороны, влекут за собой уменьшение момента двигателя, а с другой стороны,- появление добавочного тормозного момента от составляющей напряжения обратной последоваMад = Mном (s) · U1 Mном (2 s) · U2, тельности. Эта зависимость выражается формулой:

где Mном (s) – момент АД по пусковой характеристике при номинальном напряжении; Mном (2 s) - тормозной момент от составляющей напряжения обратной последовательности; U1, U2 напряжения соответственно прямой и обратной последовательностей.

U1 = 0,60Uном и U2 = 0,40Uном может оказаться равным или меньше Результирующий вращающий момент АД при значениях момента сопротивления механизма. Однако с учетом быстрого срабатывания первой ступени релейной защиты нулевой последовательности при близких замыканиях к шинам 110 кВ источника питания, влияние на работу двигателя незначительно и собственной инерционности, как правило, достаточно для того, чтобы двигатель оставался в работе.

Момент синхронного двигателя в меньшей степени зависит от напряжения сети и в момент провала описывается формулой:

где Mном (2 s) - тормозной момент СД от составляющей напряжения обратной последовательности;Mмакс = (2,0 2,5)Mном максимальный вращающийся синхронный момент СД при номинальном напряжении.

Так как момент СД при провале напряжения уменьшается в меньшей степени, он оказывается достаточным для того, чтобы двигатель оставался в работе [3].

Синхронные двигатели в низковольтных сетях применяются довольно редко, в основном асинхронные двигатели. Асинхронные двигатели в этих сетях, как правило, имеют управление с помощью контакторов и магнитных пускателей, которые при снижении напряжения на втягивающей катушке могут самопроизвольно отключаться ("отпадать”). Время отпадания магнитных пускателей измеряется сотыми долями секунды. Согласно п.5.3.38 ПУЭ катушки управления контакторами и магнитными пускателями могут включаться как на фазное, так и на линейное напряжение. За трансформаторами 6-10/0, кВ со схемами и группами соединения обмоток Y/Y-12 при однофазном коротком замыкании в сети 110 кВ, могут отключиться низковольтные электродвигатели, катушки управления которых включены 0,20Uном. Минимальные значения фазного напряжения за такими на линейное напряжение, так как в одной из фаз оно снижается до трансформаторами составляют 0,53Uном и путем соответствующей регулировки магнитных пускателей (контакторов), можно добиться того, что при таком уровне напряжения они не будут отпадать. При трансформаторах со схемами и группами соединения обмоток /Y-11, ные значения линейных напряжений составляют 0,53Uном. В этом минимальным оказывается фазное напряжение. При этом минимальслучае целесообразно подключать катушки управления магнитных пускателей и контакторов на линейные напряжения. При однофазном коротком замыкании в сети 110 кВ может отключиться до 50% всех низковольтных электродвигателей, а в некоторых случаях и все.

Дальнейшее поведение электродвигателей зависит от схемы управления.

При многофазных коротких замыканиях глубина провалов напряжения оказывается значительно больше и поведение высоковольтных электродвигателей во многом зависит от настройки защит.

зывается менее 0,65Uном. При соблюдении условия быстродействия При многофазных коротких замыканиях остаточное напряжение окарелейной защиты высоковольтные двигатели остаются в работе. Для того чтобы контакторы и пускатели не отпали и низковольтные электродвигатели оставались в работе, возможно применение различных схем управления [4].

В настоящее время на производстве все большее применение находят различные микропроцессорные устройства: управляемые привода, устройства релейной защиты и т.п., которые чувствительны уже к провалам напряжения глубиной 10% и длительностью 0,05 секунд и это заставляет пересмотреть требования к качеству электроснабжения потребителей. Быстродействие релейной защиты часто оказывается не достаточным для бесперебойной работы оборудования при провалах напряжения. Поэтому требуется применение новых схемных решений. Уровень развития электротехники требует повышения стабильности работы энергосетей, исследований и выработки новых решений повышения качества электроэнергии.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Куско А., Томпсон М. Качество энергии в электрических сетях.

– М.: Додека-ХХI, 2008.- 336 с.

2. Теличко Л.Я., Басов П.М. Влияние провалов напряжения в распределительных сетях промышленных предприятий на работу современных регулируемых электроприводов // Электротехнические комплексы и системы управления.- 2009.- № 2.- С. 16- 3. Карташев И.И. Провалы напряжения в сетях промпредприятий.

Причины и влияние на электрооборудование // Новости электротехники.- 2004.- № 5.

4. Карташев И.И. Провалы напряжения. Реальность прогнозов и схемные решения защиты // Новости электротехники.- 2004.Научный руководитель: А.В. Кабышев, профессор, д.ф-м.н., ЭПП, ЭНИН, НИТПУ.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ИНДУКЦИОННЫХ УСТАНОВОК

Самарский государственный технический университет В настоящее время все большее распространение получает индукционный сквозной нагрев металлов перед его обработкой давлением. При этом, когда физические и геометрические параметры заготовок позволяют получать приемлемый КПД, широко используют ток промышленной частоты.

В этом случае, особенно при эксплуатации мощных установок, необходимо стремиться к равномерной загрузке всех фаз сети электроснабжения. Существуют два возможных пути: первый - создавать однофазные установки кратные числу фаз и в ходе эксплуатации четким графиком работы обеспечивать их равномерную загрузку; второй - использовать установки, питающиеся одновременно от трех фаз при соединении катушек индукторов в звезду, треугольник или открытый треугольник. В условиях современного производства, если не применять симметрирующие устройства, реальным является второй путь.

Однако, в трехфазной индукционной нагревательной установке три однофазных индуктора расположены соосно, поэтому возникает пространственная асимметрия. Электрически это сказывается в разной взаимоиндукции соседних и крайних индукторов даже при их одинаковом исполнении. Для лучшей равномерности нагрева по длине отдельные индукторы трёх фаз должны примыкать друг к другу как можно плотнее. Благодаря этому усиливается взаимное индуктивное влияние отдельных индукторов друг на друга, относительная величина которого зависит от отношения взаимоиндукции к собственному полному сопротивлению отдельных индукторов. Это отношение и, следовательно, взаимное влияние будет тем больше, чем больше отношение диаметра к длине отдельных индукторов. Отдельные катушки трёхфазного индуктора могут подключаться к сети по симметричной схеме (прямой порядок следования фаз, угол между фазами - 1200) или – асимметричной, когда средняя катушка подключена в обратной последовательности и угол между фазами - 600, что приводит к меньшему ослаблению напряженности магнитного поля на стыках катушек. В то же время, пространственная асимметрия приводит к тому, что при одинаковом конструктивном исполнении катушек токи и мощности, потребляемые из сети, оказываются разными, как и нагрев соответствующих заготовок. Следует учитывать, что мощность, потребляемая каждой отдельной катушкой из сети, не равна сумме мощностей, расходуемых на потери в самой катушке и в располагаемой в ней заготовке, т.к. в рассматриваемой системе происходит перераспределение энергии между индуктивно связанными элементами.

В результате нагрев заготовок внутри разных фазных катушек происходит более равномерно, чем это следовало бы из соотношения мощностей, потребляемых катушками из сети.

Для уменьшения взаимного индуктивного влияния фазных катушек могут быть использованы внешние магнитопроводы, разделяющие магнитные потоки соседних катушек. Кроме того, такие магнитопроводы выполняют функцию стяжки и крепления витков индуктора.

Однако применение магнитопроводов приводит к ослаблению напряженности магнитного поля на стыках фаз и значительному недогреву заготовок в этих местах. В мощных установках применение магнитопроводов экранирует нагрев окружающих металлических конструкций, повышает к.п.д. установки и уменьшает необходимую мощность конденсаторной батареи. С энергетической точки зрения наиболее благоприятным является выполнение соленоидального индуктора в виде единой однофазной катушки. Индуктор, составленный из ряда катушек, питаемых сдвинутыми по фазе напряжениями, имеет более низкий к.п.д. Это объясняется следующими причинами. С увеличением сдвига фаз между питающими напряжениями, а, следовательно, и потоками катушек, растёт их «размагничивающее» влияние. В результате ток в катушках должен быть больше при прежнем потоке, что ведет к повышению потерь. Наличие временного сдвига потоков смежных катушек вызывает ослабление аксиальной составляющей магнитного поля в местах их стыков. Ток, наводимый в заготовке в районах границ соседних катушек при постоянной плотности тока в самих катушках, уменьшается. Причём, чем больше сдвиг по фазе потоков катушек, тем значительнее провалы поля, что приводит к меньшей мощности, выделяемой в заготовке, при прежних токах в катушках.

Таким образом, неравномерность поля по длине, которая имеет место в трёхфазном индукторе, сказывается отрицательно не только на качестве нагрева, но и на К.П.Д. Наконец, наличие значительной радиальной составляющей поля индуктора на границах катушек вызывает неблагоприятное распределение тока в меди катушек в этих районах, что также обуславливает дополнительные потери в индукторе Трёхфазный индуктор, включённый по асимметричной схеме, создает более равномерное электромагнитное поле по длине индуктора, а также имеет лучшие энергетические показатели, чем индуктор, состоящий из отдельных разнесённых катушек. К.п.д. такого индуктора на 1,8 % ниже, чем у однофазного той же длины. Удельная потребность в конденсаторной мощности у этих индукторов одинакова. У трёхфазного индуктора к краевому эффекту всей катушки добавляется влияние стыков двух соседних фаз и именно тем больше, чем больше сдвиг фаз по времени полей соприкасающихся частей катушек. При таком рассмотрении однофазная катушка представляет собой идеальный граничный случай отдельных катушек, поля которых по времени имеют ту же фазу. Такая катушка должна иметь наивысший КПД при равных геометрических размерах. Для трёхфазных катушек эта одинаковость фаз по времени недостижима, так как это свойственно только однофазным катушкам. Однако, и в этом случае следует стремиться к возможно большему выравниванию фаз по времени. Таким образом, и с точки зрения этих соображений следует предпочесть несимметричную схему.

Научный руководитель: Л.С. Зимин, д.т.н., СамГТУ

ЭЛЕКТРОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Академия бюджета и казначейства Министерства финансов РФ Повышение энергоемкости производства, количества техники, задействованной в производственных процессах, а также постоянный рост цен на энергоносители является серьёзным фактором, увеличивающим важность вопроса об экономии электроэнергии.

Энергосбережение является одной из основных форм экономии ресурсов, что, в свою очередь, служит важнейшим резервом повышения конкурентоспособности отечественной промышленности на мировом рынке. Энергосбережение представляет собой систему экономических отношений по поводу обеспечения более эффективного использования энергетических ресурсов. Энергоэффективность — отношение фактического значения показателя использования энергетических ресурсов к реально достижимому уровню. Соответственно, энергосбережение представляет собой деятельность по достижению энергоэффективности.

В Указе Президента РФ от 4 июня 2008 года № 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» поставлен вопрос о повышении энергоэффективности, и сформулирована целевая задача, снизить энергоемкость валового внутреннего продукта (ВВП) на 40 % по сравнению с 2007 годом.

Нехватка энергии может стать существенным фактором сдерживания экономического роста страны. По оценке, до 2015 года темпы снижения энергоемкости при отсутствии скоординированной государственной политики по энергоэффективности могут резко замедлиться.

Это может привести к еще более динамичному росту спроса на энергоресурсы внутри страны. Запасов нефти и газа в России достаточно, однако увеличение объемов добычи углеводородов и развитие транспортной инфраструктуры требуют значительных инвестиций [1].

В период с 2000 по 2007 годы энергоемкость ВВП в стране достаточно быстро снижалась. Результат зависит от методики расчета, но темпы снижения составляют примерно 4 % в год. Несмотря на такое быстрое снижение, все же в 2006 году Россия оставалась одной из самых неэнергоэффективных стран в мире. Она находится между Казахстаном и Украиной, а другие страны, причем не только более развитые, по уровню энергоемкости ВВП находятся на гораздо более благоприятной позиции. К сожалению, Россия занимает 11-е место в мире по энергорасточительности, даже, несмотря на то, что в последние годы энергоемкость быстро уменьшалась. Что касается того, в каких секторах в стране происходил прирост энергопотребления за 2002–2007 годы, то в последние годы активно увеличивалось потребление энергии в двух секторах – в промышленности и на транспорте.

Возникает вопрос: можно ли вообще снизить энергоемкость страны? Во многих публикациях утверждается, что Россия – не Америка, потому что у нас холоднее. А раз у нас холодно и большая территория, то высокая энергоемкость – это естественный результат.

На Западе (в Германии, во Франции, в Австрии), в тех странах, где добыча полезных ископаемых практически не производиться, где из-за природных условий не возможно построить ГЭС и ТЭЦ, применяются нетрадиционные источники энергии: ветровая энергетика, солнечная, биомассы и др. В России нетрадиционные источники энергии занимают примерно 1% от всей энергии.

Правительственные органы Великобритании уделяют большое внимание пропаганде достижений в области энергосбережения, опубликованию и широкому распространению информации о примерах наилучшей практики в этой сфере. В 90-е годы благодаря таким публикациям широкую известность получила информация об успехах в энергосбережении завода «Ровер» в г. Лонгбридж.

Благодаря умело построенной системе мотивации и пропаганды энергосбережения предприятию удалось сэкономить 1,5 млн. долл.

США в течение одного года при затратах на реализацию программы менее 10 тыс. долл. США. При этом годовая стоимость энергоресурсов для предприятия (природный газ, мазут, электроэнергия, а также вода) составляет около 20 млн. долл. США.

В начале 1990-х годов на предприятии была введена в эксплуатацию мини-ТЭЦ с газовой турбиной и котлом-утилизатором выхлопных газов. Мини-ТЭЦ управляется с диспетчерского пункта, интегрированного в электронную систему менеджмента энергоресурсов. К системе подключены контроллеры компрессорной (работает в автоматическом режиме без присутствия дежурного персонала), контроллеры систем отопления и кондиционирования, а также коммерческие и цеховые приборы учета энергоресурсов.

На предприятии внедрена и успешно используется система целевого энергетического мониторинга (ЦЭМ). Данные по потреблению энергоресурсов сводятся в еженедельные отчеты для каждого подразделения и для предприятия в целом. Отчеты содержат не только информацию по потреблению энергоресурсов, выраженную как в энергетических единицах, так и в единицах стоимости, но и отклонения в потреблении от целевых значений за отчетную неделю и с накоплением с начала финансового года (в энергетических, денежных единицах и в процентах) [2].

Внедренные технические мероприятия позволили добиться значительной экономии энергетических ресурсов, имеется значительный потенциал дополнительной экономии энергоресурсов за счет совершенствования работы энергоменеджмента с персоналом предприятия.

Как показывает опыт работы и общения с персоналом разного уровня на многочисленных российских предприятиях, вопросам мотивации, информированности сотрудников, работа с персоналом, уделяется, за редчайшим исключением, чрезвычайно мало внимания или не уделяется его вовсе.

Когда мы говорим об энергоэффективности, у нас нет материального ощущения ресурса энергоэффективности. При постройке атомной электростанции можно видеть: вот она – АЭС, при освоении какого-нибудь нефтяного месторождения – вышки, качающие нефть.

А вот ресурс эффективности очень сильно распределен. Никто не собирает, не систематизирует этот опыт, и ресурс практически остается невидимым. Чтобы он стал видимым, нужно представить товар лицом, но, к сожалению, у нас в стране этим пока никто не занимается, поэтому к данному ресурсу многие относятся с большим недоверием:

что такое «энергоэффективность», как ее пощупать, посмотреть, увидеть? Называются огромные цифры экономии, но мы даже не понимаем, не ощущаем, из чего эти цифры могут складываться.

Для снижения энергоемкости ВВП России в 2007–2020 годах до заданного уровня возможно только с применением следующих условий:

• применение автоматизированной системы учета и контроля энергии (АСКУЕ);

• энергоаудит;

• энергетическое обследование предприятия;

• широкое применение малых гидроэлектростанций (ГЭС);

• строительство новых атомных электростанций (АЭС);

• использование нетрадиционных источников энергии;

• введение центров энергоменеджмента на промышленных предприятиях;

• сбережение на освещение;

• использование двух тарифные счетчики учета электроэнергии;

• применение асинхронной компенсированной электрической • применение конденсаторных установок (в т.ч. фазокомпенсирующих конденсаторов).

Некоторые предложенные выше меры по электросбережению закреплены в новом Федеральном Законе «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности», на мой взгляд, на сегодняшний день, в данном законе не прописаны главные аспекты для осуществления энергосбережение и повышению энергетической эффективности, а именно:

1. Запрет на оборот электрических ламп. Но в законе не прописан запрет на использования ламп накаливания.

2. Требования энергетической эффективности не распространяется на временные постройки, срок службы которых менее двух лет, строения для вспомогательного производства.

3. Требования энергетической эффективности не применяются к зданиям, строениям, сооружениям введенные в эксплуатацию до вступления в силу требований закона об энергосбережение. То есть все здания, построенные до 23 ноября 2009 года, не подлежат энергоэффективности, на сегодняшний день это около 95% и более, зданий, строений и сооружений.

4. В случае выявления факта несоответствия здания, строения, сооружения или их отдельных элементов, их конструкций требованиям энергетической эффективности и (или) требованиям их оснащенности приборами учета используемых энергетических ресурсов, возникшего вследствие несоблюдения застройщиком данных требований, собственник здания, строения или сооружения, собственники помещений в многоквартирном доме вправе требовать по своему выбору от застройщика безвозмездного устранения в разумный срок выявленного несоответствия или возмещения произведенных ими расходов на устранение выявленного несоответствия. Такое требование может быть предъявлено застройщику в случае выявления указанного факта несоответствия в период, в течение которого согласно требованиям энергетической эффективности их соблюдение должно быть обеспечено при проектировании, строительстве, реконструкции, капитальном ремонте здания, строения, сооружения.

Однако не каждый собственник, а особенно собственник помещения в многоквартирном доме знает, что вообще должны устанавливаться приборы учета используемых энергетических ресурсов. На мой взгляд, требовать от застройщика установки приборов учета должны Государственные органы осуществляющий прием и государственную комиссию объекта.

5. Организации, совокупные затраты которых на потребление природного газа, дизельного и иного топлива, мазута, тепловой энергии, угля, электрической энергии превышают десять миллионов рублей за календарный год. Организации, которые потребляют энергии на 10 миллионов рублей в год, являются крупными, а малые и средние предприятия, в законе не прописаны.

Штрафные санкции для лиц не соблюдающие закон находятся в промежутки от 5 тысяч рублей до 150 тысяч рублей.

Разработка и установление нормативов энергопотребления зданий и их инженерных систем должны быть в компетенции субъектов РФ, поскольку они прежде всего связаны с климатическими условиями региона, действующими схемами генерации тепловой и электрической энергии, экологической ситуацией в регионе, местными обычаями и т. д. Нормативы энергопотребления должны быть прежде всего инструментом энергетической стратегии региона и должны быть нацелены на широкое внедрение технологий, обеспечивающих сокращение затрат первичной энергии в регионе [3].

ЛИТЕРАТУРА:

1. Журнал «Энергосбережение» № 8/2008;

2. Журнал «Энергосбережение» №3/2008;

3. Федеральный Закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности».

Научный руководитель: А.В. Пикулькин, к.э.н., профессор, Академия бюджета и казначейства Министерства Финансов РФ (г.

Москва)

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СЕТЕЙ ЗДАНИЙ

Кузбасский государственный технический университет В докладе представлены результаты работы, проводимой малым инновационным предприятием НТЦ "ЭНЕРГИЯ", созданным при кафедре ЭПА ГУ КузГТУ. Исследования направлены на разработку автоматизированной системы диспетчеризации здания для оперативного управления и контроля устройств жизнеобеспечения объекта непосредственно с пульта управления.

Объект управления представляет собой отдельно стоящее здание и включает помещения общего и инженерно-технического назначения, а так же жилые помещения.

Структурная схема системы автоматизации инженерных сетей здания представлена на рис. 1.

На объекте предполагается создание автоматизированной системы диспетчеризации и управления (АСДУ) на базе технологии LONWORKS с центральным диспетчерским пультом (ЦДП) в помещении на первом этаже. Автоматизированный пульт управления АСДУ оборудуется персональным компьютером и специализированным программным обеспечением.

Технология LONWORKS позволяет создать полностью распределенную систему автоматизации и диспетчеризации объекта. Основанная на специализированном протоколе обмена, эта технология обеспечивает высокую отказоустойчивость и помехозащищенность.

Ведущие производители промышленного оборудования поддерживают данную технологию и обеспечивают полную совместимость.

Характеристика объектов автоматизации Здание оснащено следующими инженерными системами, подлежащим диспетчеризации с центрального диспетчерского пульта (ЦДП):

вентиляция и кондиционирование;

электроснабжение и электроосвещение;

тепловой узел;

водоснабжение;

системы автоматической противопожарной защиты здания.

охранно-тревожная сигнализация;

видео наблюдение.

Системы вентиляции и кондиционирования Для автоматизации системы приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования используются агрегаты под управлением контроллеров LP-FX15072-000C производства Johnson Controls. Автоматика агрегата управляет вентиляторами, регенератором тепла, регулирует температуры, расход воздуха, время и режимы работы и выполняет много других внутренних и внешних функций, включая функции тревоги. Связь осуществляется по протоколу LonTalk технологии LonWorks.

Кондиционеры имеют собственную встроенную микропроцессорную систему управления. Для подключения к автоматизированной системе диспетчеризации используются релейные контакты.

В автоматизированном режиме (из ЦДП) осуществляется контроль работы и управление параметрами (задаются значениями установок) оборудования. Управление данными системами осуществляется с целью поддержания тепловлажностных условий в помещениях здания, определяемых заданием Заказчика, требованиями санитарных норм, и, возможностью установленного на объекте технологического оборудования вентсистем.

Электроснабжение и электроосвещение АСДУ контролирует состояние сети электроснабжения и работу электрооборудования.

В случае сбоев в системе электроснабжения информация поступает на ЦДП и сохраняется в архиве тревог.

Для управления работой систем освещения здания используются дополнительные контакты магнитных пускателей в электрических щитах.

АСДУ также осуществляет ведение технического учета потребления электроэнергии.

В тепловом узле находится следующее оборудование, подлежащее диспетчеризации: насосные станции под управлением контроллеров Danfoss ECL200 и ECL300, имеющие встроенный LON интерфейс, и тепловычислитель фирмы «Логика», датчики обнаружения воды в дренажных приямках для сбора воды.

Аварийные сигналы о работе насосного оборудования АСДУ получает от контроллера LOGO с интерфейсом LON, установленного в тепловом узле.

От насосной станции системы водоснабжения информация в АСДУ поступает через интерфейс RS485.

Системы автоматической противопожарной защиты здания Сигналы о тревогах и неисправностях систем АППЗ регистрируются на ЦДП.

Система безопасности включает в себя список средств и оборудования интегрированную в данную систему и обеспечивает следующие функции [1, 2]:

• охрана периметра и объёма;

• тревожная сигнализация.

Список функций выполняемых системой видеонаблюдения:

• контроль целостности периметра (двери и окна);

• контроль присутствия в помещениях и на территории;

• имитация присутствия хозяев;

• автоматизированный контроль доступа в помещение;

• видеонаблюдение за прилегающей территорией;

• автоматическое освещение территории при проникновении;

• управление маркизами (защитные жалюзи);

• возможность вызова централизованной охраны;

• получение картинки с любой камеры видеонаблюдения через • получение извещения о проникновении на сотовый телефон.

ЛИТЕРАТУРА:

1. СНиП 21-01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений 2. Бюллетень технических средств безопасности, рекомендованных к использованию вневедомственной охраной в 2010 году. – М.: МВД России, 2010.- 205 с.

Научный руководитель: С.Г. Филимонов, к.т.н., доцент, Электропривод и автоматизация, КузГТУ.

ПРОЦЕССЫ В СЕТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ

С ДВИГАТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКОЙ

Новосибирский государственный технический университет Основным видом нагрузки предприятий нефте- и газодобычи, а также ряда других отраслей являются мощные высоковольтные электродвигатели. Основными проблемами эксплуатации таких двигателей являются проблемы пуска двигателя и регулирования частоты его вращения. Обе эти проблемы решаются путем применения частотнорегулируемого электропривода. Электропривод такого типа содержит блок выпрямитель – инвертор, построенный на базе силовых полупроводниковых элементов – управляемых диодов и тиристоров. Режим работы этих элементов представляет собой процесс непрерывных коммутаций электрической цепи с малыми временными интервалами.

Для анализа стационарных режимов и переходных процессов в сетях электроснабжения с частотно-регулируемым электроприводом была разработана расчетная модель, содержащая источники питания, кабельные линии электропередачи, блоки управления и двигательная нагрузка. Для составления расчетной модели использовалась программа ATPDraw Особенностью сети электроснабжения высоковольтных электродвигателей класса напряжения 6 кВ и 10 кВ является неэффективное заземление нейтрали, которое допускает различные варианты:

изолированная нейтраль, заземление через дугогасящий реактор, заземление через высокоомный резистор, комбинированные схемы заземления.

Результаты расчетного моделирования соответствуют в качественном и количественном отношении результатам измерений в реальных сетях. Разработанная расчетная модель позволила воспроизвести ряд явлений, обнаруженных в ходе натурных экспериментов.

Рис. 1. Осциллограммы напряжения фаз В,С и тока ОЗЗ: А-измерения в реальной сети, Б-осциллограммы полученные экспериментальным При изменении параметров сети, а также изменении величины нагрузки искажения могут иметь более существенную величину. Результаты моделирования показали высокое содержания гармоник в распределительной сети. Осциллограмма тока ОЗЗ и гармонический состав тока представлен на рисунке 2 и 3.

Рис. 2. Ток замыкания на землю (укрупнёно) Рис. 3. Частотный спектр тока замыкания на землю (в относительных Анализ результатов расчетного исследования показал, что искажение синусоидальных токов и напряжений характеризуется, главным образом, не гармоническим составом, а составляющими переходного процесса, обусловленного работой тиристорного преобразователя. Высокочастотные составляющие переходного процесса определяются собственными частотами электрической цепи и не являются кратными по отношению к промышленной частоте, т.е. по своей физической природе не являются гармониками.

Последнее обстоятельство позволяет предложить меры борьбы с искажениями синусоидальности токов и напряжений, не связанные с применением дорогостоящих частотных фильтров. В ходе расчетных исследований показана эффективность резистивного заземления нейтрали сети электроснабжения. Введение в электрическую цепь дополнительного активного сопротивления демпфирует переходный процесс и, таким образом, снижает амплитуды свободных составляющих переходного процесса.

Научный руководитель:. И.А. Ефремов, д.т.н., профессор, НГТУ.

СИСТЕМА ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМ

АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ТРОЛЛЕЙБУСА

Томский политехнический университет Троллейбус, сочетая в себе многие положительные качества трамвая и автобуса, получил широкое развитие как один из перспективных видов городского пассажирского транспорта. Троллейбус передвигается бесшумно, не выделяет токсичных газов, обладает относительно высокой маневренностью и хорошими динамическими качествами. Используя обычную проезжую часть улицы, троллейбус не требует значительных затрат на эксплуатацию. Однако он обладает сравнительно низкой скоростью передвижения, нуждается в контактной сети и тяговых подстанциях.

Наибольшее распространение в России получили троллейбусы ЗИУ и ТРОЛЗА, выпускаемые заводом имени Урицкого в г. Энгельсе, ЛиАЗ в г. Липецке и АКСМ-321 в г. Минске (Республика Беларусь).

В настоящее время электропривод абсолютного большинства троллейбусов может быть выполнен на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя с тиристорным преобразователем частоты. Развитие силовой полупроводниковой техники, в частности, разработки технологий изготовления силовых запираемых тиристоров и биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT - транзисторов), сделало возможным создание мощных энергетических систем с асинхронным приводом и управлением практически любой степени сложности. Такая система управления будет иметь меньшие габариты и массу, проще в обслуживании, а так же обеспечит дополнительную экономию электроэнергии за счет рационального управления приводом.

К разрабатываемой системе управления ЭП предъявляются следующие основные требования:

• максимальная установившаяся скорость движения с максимальной технической массой и номинальным напряжением контактной сети, 65 км/ч;

• время разгона троллейбуса с максимальной технической массой • преодолеваемый троллейбусом уклон - 12%.

Для обеспечения требуемых режимов работы с учетом современных требований к ЭП, предложена нелинейная система автоматического управления (САУ) тяговым асинхронным электроприводом с векторным управлением.

На основании системы уравнений описывающих АД во вращающейся системе координат [1] и уравнения движения троллейбуса как поступательно движущейся массы [2] была реализована имитационная модель нелинейной САУ асинхронного электропривода с векторным управлением в программной среде MatLab Simulink (рис. 1).

Структурная схема учитывает следующие основные нелинейности элементов системы управления электропривода:

• насыщение регуляторов тока, потокосцепления и скорости активный характер нагрузки Mc() Mc sign ;

• постоянное по величине ограничение максимального тока электропривода в переходных режимах и при кратковременных перегрузках.

Расчеты были произведены на основании данных троллейбуса АКСМ 321 с двигателем ДТА - 1У1 со следующими паспортными данными:

= лн190кВт, n0 1500 об/мин, = дв407 В, cos 0.9, 93%, J Рис. 1. Имитационная модель нелинейной САУ электропривода На рисунке 1 приняты следующие обозначения: «R potoka» – регулятора потока; «R speed» – регулятор скорости настроенный на симметричный оптимум; «Pi-RT» – регулятор тока настроенный на модульный оптимум; «PK» – прямой преобразователь координат; «PK rev» – обратный преобразователь координат; «AD» – асинхронный электродвигатель; «Transmission» – блок имитирующий трансмиссию троллейбуса; «Mc2» – нагрузка.

На данной имитационной модели было произведено моделирование процесса движения троллейбуса в следующих режимах:

• движение по ровной дороге при полностью нажатой педали управления двигателем V=65 км/ч (рис. 2).

• движение с заданной скоростью с последующим въездом в гору до максимально допустимого уклона 12%, подъем преодолевается при V=16 км/ч (рис. 3).

Рис. 2. Графики переходных процессов V=f(t) и М эм =f(t) при разгоне троллейбуса до максимальной скорости Анализируя график можно придти к выводу, что данная система удовлетворяет основным требованиям скорости и ускорения. Колебание электромагнитного момента, возникающего во время достижения ЭП заданной скорости, вызвано насыщением магнитной системы т.к.

при изменении тока изменяется поле потоков рассеяния и главного магнитного потока.

Рис. 3. Графики переходных процессов =f(t) и М эм =f(t) при движении Данный график показывает работоспособность системы при самом тяжелом режиме работы ЭП, в этом режиме на троллейбус помимо основной силы - силы сопротивления движению, на троллейбус оказывает влияние сила сопротивления подъему, которая возрастает с увеличением уклона дороги.

Данные, полученные в результате моделирования, показывают, что система полностью отрабатывает все возможные возмущающие воздействия, которые могут возникнуть в процессе движения троллейбуса. Разработанная система управления обладает астатизмом, как по управлению, так и по возмущению. Учет основных нелинейностей элементов системы управления позволил ограничить недопустимые величины тока и напряжения в переходных режимах и перегрузках.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Удут Л.С. Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов. Ч. 8. Асинхронный частотно-регулируемый электропривод: учебное пособие / Удут Л.С., Мальцева О. П., Кояин Н. В.; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 448 с.

2. Богдан Н.В. Троллейбус. Теория, конструирование, расчет / Атаманов Ю. Е., Сафронов А. И.; под ред. Н. В. Богдана – Мн.:

Ураджай, 1999. – 345 с.

Научный руководитель: В.Г. Букреев, профессор, ЭПЭО, ЭНИН, ТПУ.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АСИНХРОННОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПАССАЖИРСКОГО ЛИФТА С УЧЕТОМ

ОПИСАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ В ВИДЕ

ДВУХМАССОВОЙ И ТРЕХМАССОВОЙ

При построении систем управления АД наибольшее распространение получила математическая модель двигателя на базе теории обобщенной электрической машины, так как при относительной простоте она достаточно хорошо описывает протекающие в двигателе динамические процессы.

Математическая модель асинхронного двигателя [1], полученная из уравнений обобщенной электрической машины в системе координат u-v, вращающейся с произвольной угловой скоростью k, имеет вид:

где u1u, u1v - составляющие вектора напряжения статора; 1u, 1v, 2u, 2v - составляющие векторов потокосцеплений статора и ротора соответственно; R1, R2 - активные сопротивления статора и ротора;

= L 1 Lm, = L 2 Lm - полные индуктивности обмоток статора и ротора; L 1, L 2 - индуктивности рассеяния обмоток статора и ротора;

Lm - взаимная индуктивность обмоток статора и ротора; p - число пар полюсов; - угловая скорость двигателя; M - электромагнитный момент двигателя.

Эта математическая модель предусматривает следующие допущения:

• распределение магнитного поля вдоль окружности воздушного зазора двигателя считается синусоидальным;

• статор и ротор имеют трехфазные симметричные обмотки;

• не учитывается неоднородность магнитной проводимости, обусловленная наличием пазов и неравномерностью воздушного зазора;

• не учитывается гистерезис, насыщение и вихревые токи в магнитопроводе.

Электромагнитный момент, создаваемый двигателем, прикладывается к исполнительному органу (ИО) посредством упругой связи.

В такой системе изменение угловой скорости ИО будет зависеть от момента сопротивления M c и упругого момента M 12. Учитывая, что M c для электропривода является возмущающим воздействием, внешним управляющим воздействием на ИО является упругий момент.

Математическая модель двухмассовой механической системы без зазоров и вязкого трения [2], с изменяющейся нагрузкой в форме Коши:

где 1, 2, J1, J 2 - угловые скорости и моменты инерции первой и второй масс; M – момент сил, прикладываемый к системе (управляющее воздействие); M 12 – упругий момент; M c – момент сопротивления (возмущающее воздействие); C12 – коэффициент жесткости упругой связи.

Проанализируем уравнение движения ИО:

Учитывая, что для снижения динамических нагрузок упругий момент M 12 необходимо стабилизировать или изменять по однозначно заданной гладкой траектории, а со стороны нагрузки действует изменяющийся случайным образом момент сопротивления M c, в системе всегда будет присутствовать динамический момент, направленный на изменение угловой скорости ИО.

На рис.1 представлены графики переходных процессов (t ), M (t ) АД при механической нагрузки в виде двухмассовой.

Рис 1. Графики переходных процессов (t ), M (t ) АД при механической нагрузки в виде двухмассовой Математическая модель трехмассовой механической системы без зазоров и вязкого трения [2], с изменяющейся нагрузкой в форме Коши:

где 1, 2, 3, J1, J 2, J 3 - угловые скорости и моменты инерции первой, второй и третьей масс; M – момент сил, прикладываемый к системе (управляющее воздействие); M 12, M 23 – упругие моменты; M c – момент сопротивления (возмущающее воздействие); C12, C23 – коэффициенты жесткости упругих связей.

На рис.2 представлены графики переходных процессов (t ), M (t ) АД при механической нагрузки в виде трехмассовой.

Рис 2. Графики переходных процессов (t ), M (t ) АД при механической нагрузки в виде трехмассовой ЛИТЕРАТУРА:

1. Мальцева О.П. Системы управления электроприводов: Учеб.

пособие / О.П. Мальцева, Л.С. Удут, Н.В. Кояин. - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2007. - 2. Герасимяк Р.П. Анализ и синтез крановых электромеханических систем: Учеб. пособие / Р.П. Герасимяк, В.А. Лещёв. - Одесса:

СМИЛ, 2008. – 192 с.

Научный руководитель: В.Г. Букреев, д.т.н., профессор, ЭПЭО, ЭНИН, ТПУ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В

АСИНХРОННОМ ТЯГОВОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

ТРОЛЛЕЙБУСОВ

Политехнический институт Сибирского федерального университета Эксплуатация ПС в городских условиях предполагает преимущественно работу в повторно-кратковременных режимах. Для асинхронных приводов весьма важным является определение допустимой частоты включений, которая в значительной степени определяется потерями энергии в двигателе в переходных режимах.

Электромагнитные процессы в АД описываются системой дифференциальных уравнений, которые выведены в предположении отсутствия потерь в стали машины [1].

Электрические потери в обмотках статора могут быть вычислены по уравнению [2] Однако с точки зрения специфики частотного управления удобнее вычислять потери в роторе как произведение электромагнитного переходного момента частоты абсолютного скольжения Энергия электрических потерь за все время переходного процесса может быть вычислена как Моделирование потерь осуществляется для троллейбуса с двигателем АТЧД – 250 мощностью 150 кВт по схеме, основанной на передаточных функциях, характеризующих динамические процессы в асинхронном электродвигателе при векторном управлении при общепринятых допущениях, рис. 1.

контура регулирования составляющих 1, 1 тока статора с коэффиСхема содержит два одинаковых по параметрам внутренних циентом обратной связи по току, внешний контур регулирования потокосцепления ротора с коэффициентом обратной связи по потокосцеплению и внешний контур регулирования скорости двигателя с коэффициентом обратной связи по скорости.

Приведённая схема подобна структурной схеме системы двухзонного регулирования скорости двигателя постоянного тока.

Рис. 1. Структурная схема системы электропривода при Поэтому при настройке контуров регулирования на модульный оптимум определение параметров передаточных функций регуляторов тока W РT (p), потокосцепления W РП (p) и скорости W РC (р) выполняется аналогично.

Для перехода от модели двигателя к модели троллейбуса необходимо учесть инерцию поступательного движения ПС и привести ее к инерции вращающихся масс по формуле, кг*м2:

где J Р - момент инерции ротора, кг*м, mТР - масса троллейбуса, кг, DK - диаметр колеса, м, µ - передаточное число редуктора.

Также необходимо преобразовать измеряемые параметры двигателя в соответствующие параметры троллейбуса, т.е. в силу тяги F = f (t ) и линейную скорость V = f (t ) по известным формулам:

где - кпд зубчатой передачи, где - частота вращения колеса, рад/с.

Основное удельное сопротивление движению троллейбуса определяется по эмпирической зависимости, Н/кН:

где a =12 и b =0,004 – коэффициенты [3].

Далее необходимо привести основное удельное сопротивление движения к моменту сопротивления двигателя, Н*м:

где mТР - масса троллейбуса, кН.

В результате моделирования, согласно формулам (1), (3), (4) и (5), были получены зависимости энергетических потерь от времени, рис.2.

Представленная модель позволяет исследовать потери, как при пуске, так и при реверсе.

Моделирование потерь по данной методике может осуществляться также и для вагонов трамвая с асинхронным приводом при различных режимах пуска, что может послужить теоретической основой для исследования и оптимизации систем управления ЭПС по потребляемой энергии.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Башарин, А.В. Управление электроприводами: учебное пособие для вузов/ А.В. Башарин, В.А. Новиков, Г.Г. Соколовский. - Л.:

Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - 392 с.

2. Пантелеев, В.И. Исследование динамических характеристик пуска и реверса частотноуправляемого асинхронного двигателя.

Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук, Томск, 1973. – 127с.

3. Ротанов Н. А., Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями / Н. А. Ротанов, А. С. Курбасов, Ю. Г Быков, В. В. Литовченко; Под ред. Н. А. Ротанова.-М. : Транспорт, 1991.-336 с.

Научный руководитель: В.И. Пантелеев, д.т.н., ПИ СФУ

ОБЗОР СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМИ

ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ДЛЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

Похожие работы:

«ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЭКОНОМИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ Минск Изд-во МИУ 2009 УДК 620.9(076.6) ББК 31.47 Б Рецензенты: М.И. Фурсанов, заведующий кафедрой Электрические системы БНТУ, доктор технических наук, профессор; В.Н. Нагорнов, заведующий кафедрой Экономика и организация энергетики БНТУ, кандидат экономических наук, доцент. Рекомендован к изданию научно-методической комиссией факультета экономики МИУ. (Протокол № 4 от 30.12. 2008 г.) Б Основы...»

«КОРПОРАТИВНОЕ ИЗДАНИЕ ООО ЛУКОЙЛ-РОСТОВЭНЕРГО наша ЭНЕРГЕТИКА Август 2010 г. №2 ВОЛГОДОНСКУ - 60! Любимому городу! 27 июля самому молодому городу Ростовской области – Волгодонску исполнилось 60! Городу, где ведет свою деятельность Волгодонское производственное подразделение и Волгодонские тепловые сетеи ООО ЛУКОЙЛ-Ростовэнерго. Городу, который мы, волгодонцы, любим и с гордостью о нем говорим. Об истории и основных вехах его становления хочется рассказать сегодня всем нашим...»

«УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ ВЫСШИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ Комплексное использование и охрана водных ресурсов Под редакцией кандидата технических наук О. Л. ЮШМАНОВА Допущено Главным управлением высшего и среднего сельскохозяйственного образования Министерства сельского хозяйства СССР в качестве учебного пособия для студентов высших сельскохозяйственных учебных заведений по специальности 1511 – Гидромелиорация. ББК 38.77 К63 УДК 031.6.02:626.8(075.8) А в т о р с к и й к о л л...»

«Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого Кафедра Физика О. И. Проневич, С. В. Пискунов МЕХАНИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА ПРАКТИКУМ по курсу Физика для студентов всех специальностей дневной формы обучения В трех частях Часть 1 Гомель 2010 УДК 531/534+539.19(075.8) ББК 22.2+22.36я73 П81 Рекомендовано научно-методическим советом энергетического факультета ГГТУ им. П. О. Сухого (протокол № 9 от 01.06.2010...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ В.П. ЗАКАРЮКИН, А.В. КРЮКОВ МЕТОДЫ СОВМЕСТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ ТЯГОВОГО И ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Иркутск 2011 УДК 621.311: 621.321 ББК 31.27-07 К 85 Представлено к изданию Иркутским государственным университетом путей сообщения Рецензенты: доктор технических наук, проф. Ю.М. Краковский кандидат...»







 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.