Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск
Том 59, № 6 (2016)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-6

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

507-518 456
Аннотация

С целью улучшения энергетических показателей и упрощения системы частотного регулирования скорости расширяется область применения синхронных частотнорегулируемых электроприводов с независимым заданием частоты. Используются синхронные двигатели с электромагнитным возбуждением и возбуждением от постоянных магнитов в различных промышленных установках, включая грузоподъемные машины и механизмы. По сравнению с асинхронными частотно-регулируемыми электроприводами синхронные имеют меньшие потери мощности, жесткие механические характеристики без обратной связи по скорости, самый простой закон частотного управления – пропорциональный, который, однако, обеспечивает максимальный электромагнитный момент двигателя неизменным при всех частотах благодаря постоянному магнитному потоку. В статье рассмотрено аналитическое исследование переходных процессов синхронного электропривода с учетом влияния демпферной обмотки при линейном изменении частоты питающего напряжения в переходном процессе. В результате анализа получены формулы, позволяющие рассчитывать угловую скорость ротора и электромагнитный момент двигателя при пуске, торможении, набросе и сбросе нагрузки, оценивая качество переходного процесса и отслеживая максимальную величину электромагнитного момента, который не должен превышать допустимой величины. Подтверждение правильности разработанной методики расчета переходных процессов синхронного электропривода получено сопоставлением расчетов по формулам с результатами имитационного моделирования электропривода на основе синхронного двигателя типа СД3 13-34-6 мощностью 500 кВт и напряжением 6 кВ.‌‌‌‌‌‌‌

519-528 445
Аннотация

В существующей практике для анализа и управления режимами энергосистем в основном используются детерминистические подходы, которые реализуются в виде известных методов и моделей расчета установившихся и переходных режимов. С помощью этих методов можно получить решения только при фиксированных параметрах схемы системы и при допущении, что задаваемые в узлах активные и реактивные мощности нагрузки и генерации сохраняются неизменными. В условиях реальной эксплуатации стохастический характер изменчивости потребления создают случайные флуктуации напряжений в узлах и перетоков мощности в линиях электрическoй сети энергосистемы. Такие случайные флуктуации режима могут быть оценены с помощью модeлирования вероятностного потокораспределения. В статье приводятся результаты исследования влияния глубины случайных флуктуаций мощности нагрузки системы на вероятности распределения напряжений в узлах и потоки активной и реактивной мощности в линиях. Моделирование вероятностного потокораспределения в условиях стохастического изменения нагрузки выполняется для разных уровней флуктуаций и при утяжелении режима системы, вплоть до пиковой мощности нагрузки. Тестовые исследования для количественной оценки влияния стохастической изменчивости нагрузки на вероятностное распределение параметров режимов проводили на примере электрической сети реальной энергосистемы. Сравнивали результаты моделирования вероятностного потокораспределения для данных флуктуаций нагрузки, представляемых в виде дискретных выборок величин активной мощности, получаемых аналитическим путем методом Монте-Карло и данных реальных замеров их значений в исследуемой сети.

529-535 407
Аннотация

Значение тормозных устройств возрастает в связи с интенсификацией производства, увеличением движущихся масс, скоростей перемещения и частоты торможений. В течение короткого периода времени тормозные устройства должны преобразовать в тепловую энергию значительное количество механической энергии и передать ее в окружающую среду без снижения работоспособности как устройства, так и машины в целом. Часто для торможения электроприводов применяются нормально замкнутые механические тормоза. При отключении электродвигателя от сети их фрикционные тормозные поверхности замыкаются и препятствуют вращению, а при включении – размыкаются под действием электромагнита, электрогидравлического толкателя, специального электродвигателя, механического или пневматического устройства. В случае совместного выполнения асинхронного двигателя и механического тормоза привод быстрого останова является более компактным и удобным. Такие устройства в дальнейшем будем называть асинхронными двигателями с электромеханическими тормозными устройствами. Многочисленность требований, а также различия условий эксплуатации обусловливают большое разнообразие конструкций этих двигателей. Одними из существенных недостатков работы широко известных конструкций являются периодический износ фрикционных накладок и необходимость их частой замены. Решение данной проблемы – использование асинхронного двигателя с встраиваемым комбинированным тормозным устройством. Однако для некоторых производственных механизмов, не требующих плавной остановки и обладающих скоростью вращения вала электродвигателя nном < 1500 об/мин, более простым и дешевым решением является использование электромеханических тормозных устройств с компенсацией воздушного зазора. Из-за износа фрикционной накладки увеличивается воздушный зазор электромагнита. Данные устройства позволяют за счет компенсации воздушного зазора электромагнита дольше стирать материал фрикционной накладки. Существующие в настоящее время конструкции электромеханического тормозного устройства с компенсацией воздушного зазора достаточно громоздки или сложны в изготовлении. Поэтому авторами статьи разработаны, экспериментально исследованы и внедрены две новые простые и дешевые конструкции электромеханического тормозного устройства с компенсацией воздушного зазора.

536-548 504
Аннотация

Разработана математическая модель для исследования работы трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при питании обмотки статора от однофазной сети. Для создания вращающегося магнитного поля одна из фаз питается через конденсатор. Вследствие несимметрии не только переходные процессы, но и установившиеся режимы являются динамическими, поэтому в любой системе координат описываются дифференциальными уравнениями. Их исследование не может быть с достаточной адекватностью осуществлено на основе известных схем замещения и требует использования динамических параметров. В математической модели уравнения состояния контуров статора и ротора составлены в неподвижной трехфазной системе координат. Расчет установившегося режима выполняется путем решения краевой задачи, что дает возможность получить зависимости координат на периоде, не прибегая к расчету переходного процесса. Для этого исходные нелинейные дифференциальные уравнения алгебраизируются путем аппроксимации переменных кубическими сплайнами. Полученная нелинейная система алгебраических уравнений является дискретным аналогом исходной системы дифференциальных уравнений. Ее решение выполняется методом продолжения по параметру. Для расчета статических характеристик как функции некоторой переменной данная система дифференцируется аналитически, а затем интегрируется численным методом по этой переменной. В процессе интегрирования на каждом шаге или через несколько шагов производится уточнение методом Ньютона, что дает возможность осуществить интегрирование методом Эйлера за несколько шагов. Матрицы Якоби в обоих случаях совпадают. Для учета вытеснения тока в стержнях короткозамкнутого ротора каждый стержень вместе с короткозамыкающими кольцами разбивается по высоте на несколько элементов. В результате на роторе получаем несколько короткозамкнутых обмоток, эквивалентирующихся трехфазными обмотками, между которыми существуют магнитные связи.

549-562 426
Аннотация

Электрические сети наружного освещения формируются с учетом их функционального назначения. Обращается внимание на особенности режима работы линии наружного освещения с двусторонним питанием. Такой режим эксплуатации характерен для магистральных улиц и кольцевых дорог. На примере указанной в статье линии наружного освещения с двусторонним питанием произведен расчет режима. В качестве источников света в примере рассмотрены светильники с дуговыми натриевыми лампами высокого давления, подключенные через электромагнитную пускорегулирующую аппаратуру. Представлена методика расчета режима такой линии, точность определения расчетных параметров зависит от полноты исходных данных. Расчет осуществлен с помощью реализованной в среде MathCad программы. Определены режимные параметры для каждой фазы линии: напряжения в точках схемы, мощности, токи, потери мощности и падение напряжения на всех участках. Расчетные данные можно использовать для различных целей. Определены мощности в двух пунктах питания, на основании которых можно найти расход электроэнергии, зная время работы электрического освещения. Произведена оценка эффективности режима на основании обеспечения необходимого уровня напряжения на светильниках. Активная и реактивная мощности светильника определяются величиной напряжения на зажимах. Мощности светильников, разноудаленных от источника питания, отличаются между собой. Величина напряжения оказывает существенное влияние на показатели электропотребления и эксплуатационные характеристики источников света. С помощью данной программы можно смоделировать линию наружного освещения с двусторонним питанием любой конфигурации и рассчитать различные режимы работы (вечерний, ночной, диммирование и др.).

563-572 352
Аннотация

Существующие системы защиты и диагностики не способны выявлять анормальный нагрев силовых конденсаторов, обусловленный развитием их внутренних неисправностей. В статье предлагается методика, позволяющая на ранней стадии обнаружить такой нагрев. Данная методика содержит аппаратную часть и алгоритмы. Аппаратная часть состоит из микропроцессорного прибора, разработанного автором, измерительных трансформаторов тока и датчиков температуры. Это оборудование необходимо подключить к конденсаторной установке с номинальным напряжением 380 В. В процессе работы прибор осуществляет непрерывное измерение температуры поверхности корпуса каждого конденсатора установки, температуры внешней окружающей среды, напряжений и токов со стороны источника питания. Измеренные величины используются в математической модели тепловых процессов, позволяющей рассчитывать температуру наиболее нагретой точки каждого конденсатора в режиме реального времени. Затем выполняется расчет характеристической разности Dq1 между среднесуточными значениями температуры диэлектрика и начальным среднесуточным значением этой температуры за вторые сутки от начала измерений. Если величина Dq1превысит значение абсолютной погрешности моделирования, то формируются диагностические сигналы уровней опасности анормального нагрева: низкий, средний, высокий и очень высокий. Также необходимо выполнять расчет скорости изменения ΔΘ1° и учитывать полученные значения при формировании уровней опасности. При низком и среднем уровнях опасности анормального нагрева рекомендуется работа системы диагностирования на визуальный сигнал, при высоком уровне – работа на визуальный и звуковой сигналы, а при очень высоком уровне – на отключение конденсатора от сети. Приведенные алгоритмы разработаны эвристически. Окончательное их формирование возможно только после многолетней эксплуатации предлагаемой системы диагностирования на реальных объектах. Внедрение разработанной системы снизит вероятность внезапного отказа конденсаторных установок и соответственно повысит надежность системы электроснабжения предприятия.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

573-581 445
Аннотация

В статье приводятся и анализируются результаты экспериментального исследования конвективного теплообмена на боковой поверхности рабочего объема относительно длинной циклонной камеры, значительно превышающей длину камер в ранее выполненных исследованиях. Подвод воздуха в закручиватель камеры осуществлялся тангенциально с диаметрально противоположных сторон двумя входными каналами. Вывод газа происходил с противоположного торца. Теплоотдачу конвекцией к закрученному потоку воздуха изучали по методу изменения агрегатного состояния греющего агента – конденсации слегка перегретого водяного пара. Сбор конденсата с рабочего участка производился через гидрозатвор, обеспечивающий поддержание постоянного давления в калориметре. Переданное за время опыта количество теплоты определяли по массе собранного конденсата. Рассмотрены особенности влияния геометрических характеристик камеры на интенсивность теплообмена. В опытах варьировались относительный диаметр выходного отверстия камеры dвых и относительная площадь входных каналов fвх Секционированная конструкция камеры позволяла перемещать калориметр по ее длине. Местный коэффициент теплоотдачи определяли при различных значениях безразмерной продольной координаты , совпадающей с осью камеры и отсчитываемой от глухого торца закручивателя. Приведены полученные в процессе исследований расчетные уравнения теплоотдачи, которые рекомендуется использовать в инженерной практике. Рассматриваемая задача представляет интерес с точки зрения дальнейшего изучения аэродинамики и конвективного теплообмена в сильно закрученном потоке циклонных устройств, для совершенствования методик их теплового и аэродинамического расчетов.

582-590 434
Аннотация

Магнитная жидкость представляет собой коллоид наночастиц магнетита. Применение магнитных жидкостей в технических устройствах имеет особенность, связанную с необходимостью использования сильно неоднородных магнитных полей в течение длительного промежутка времени. Одними из наиболее распространенных магнитожидкостных устройств являются магнитожидкостные уплотнения подвижных валов, магнитожидкостные опоры, подшипники, датчики ускорения, угла наклона, устройства для ввода информации в ЭВМ и т. п. Данные устройства предъявляют высокие требования к качеству используемых жидкостей. При воздействии неоднородных магнитных полей в магнитной жидкости происходят процессы магнитофореза и броуновской диффузии, что приводит к концентрации магнитных частиц в областях магнитной жидкости с большей напряженностью магнитного поля и увеличению намагниченности жидкости в данных областях. Локальное изменение концентрации частиц в жидкости изменяет ее физические свойства. Наиболее серьезным следствием переконцентрации магнитных частиц может быть образование агрегатов из частиц и дальнейшее расслоение магнитной жидкости вплоть до ее разрушения. Эти факторы приводят к изменению параметров магнитожидкостных устройств, нарушению их работоспособности и даже выходу из строя. Поэтому для их эффективной работы необходимы устойчивые, качественные магнитные жидкости, не подверженные быстрому расслоению в неоднородном магнитном поле. В данной работе предлагается методика оценки качества магнитных жидкостей, основанная на изучении влияния процессов магнитофореза и диффузии броуновских магнитных частиц в магнитной жидкости на силы, действующие в объеме жидкости во внешнем неоднородном магнитном поле. Методика создана на основе анализа характеристик изменения магнитной силы во времени в неоднородном поле постоянных магнитов. Известные в настоящее время методы определения устойчивости магнитной жидкости требуют достаточно сложного аппаратурного оформления и трудоемкой процедуры выполнения комплекса исследований. Предлагаемая методика может быть использована в качестве экспресс-метода оценки качества магнитной жидкости для ее применения в технических устройствах, и она не требует сложной аппаратуры.

591-603 392
Аннотация

Представлены результаты экспериментальных исследований локальной гидродинамики и массообмена потока теплоносителя за различными вариантами конструкций дистанционирующих и перемешивающих решеток, разработанных для топливных кассет отечественных и зарубежных ядерных реакторов. Для проведения исследований изготовлены модели следующих топливных кассет: ТВСА для реакторов ВВЭР и ВБЭР, ТВС-КВАДРАТ для реакторов PWR и ТВС реактора КЛТ-40С. Все модели выполнены в полном геометрическом подобии с натурными кассетами. Исследования проводили путем моделирования течения теплоносителя в активной зоне воздухом на аэродинамическом стенде. Для измерения локальных гидродинамических характеристик потока теплоносителя использовали специальные пневмометрические датчики, позволяющие измерять полный вектор скорости в точке по трем его компонентам. Для изучения процессов массообмена использовали метод пропанового трассера. При проведении исследований гидродинамики потока измеряли поперечные скорости потока теплоносителя, расходы теплоносителя по ячейкам модели. Исследование массообменных процессов заключалось в изучении распределения концентрации трассера в экспериментальной модели, определении длин затухания массообменных процессов за перемешивающими решетками, расчете коэффициентов межъячейкового массообмена. Накопленная база данных по течению теплоносителя в тепловыделяющих сборках для реакторов различных типов легла в основу инженерного обоснования конструкций активных зон. Рекомендации по выбору оптимальных вариантов конструкции перемешивающих решеток учитывались конструкторами АО «ОКБМ Африкантов» при создании вводимых в эксплуатацию тепловыделяющих сборок. Результаты исследований используются для верификации CFD-кодов и программ детального поячеечного расчета активных зон с целью уменьшения консерватизма при обосновании теплотехнической надежности.

ЮБИЛЕИ

НЕКРОЛОГ



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1029-7448 (Print)
ISSN 2414-0341 (Online)