авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

«Е. В. ПЕТРОВА УДК 621.316.3 ...»

-- [ Страница 2 ] --

Ключевые слова: критерии устойчивости, статическая устойчивость, асинхронная на грузка, высшие гармоники.

Статья опубликована при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках выполнения соглашения № 14.В37.21.0332 от 27 июля 2012 г.

В сетях современных электроэнергетических сис- Также известно [15–17], что источник гармоник тем сложилась непростая электромагнитная обста- является источником мощности на высших гармони новка [1]. В связи с отсутствием достоверной инфор- ках, которая может быть определена по формулам:

мации о качестве электрической энергии на сегод няшний день предлагается электрическая энергия с n PИГ = iiui cos ji, (2) соответствующим качеством — с искажениями i = форм синусоидальных кривых тока и напряжения [2–4]. Несинусоидальность напряжения — наиболее n QИГ = iiui sin ji.

распространенная помеха в узлах нагрузки электро- (3) i = энергетических систем [5].

Узлы нагрузки электроэнергетических систем, как Следовательно, в случае искажения синусоидаль правило, потребляют несинусоидальный ток [6–8], ности напряжения в узле нагрузки сумма квадратов уровень несинусоидальности которого зависит от активной и реактивной мощностей окажется меньше состава электроприемников с нелинейными вольт- квадрата полной мощности [18]. Это обусловлено по амперными характеристиками [8]. явлением еще одной мощности — мощности искаже Вследствие искажения синусоидальности напря- ния D [10–13, 17]:

жения режим работы электроэнергетических систем имеет ряд особенностей [9, 10]. Исследования [8] по (4) P 2 + Q2 + D2.

S= казали, что на предприятиях, где доля электропри емников с нелинейными вольтамперными характе ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ристиками достаточно велика, нагрузка меняется от На рис. 1 представлено графическое толкование 20 до 45 % от мощности питающего трансформатора, формулы (2) [13]. Однако такое толкование в насто т.е. сети [8]. ящее время «не имеет должных обоснований», по Известно несколько подходов к определению пол- этому велика доля вероятности того, что реальные ной мощности, согласно одному из которых [11–14]: физические процессы, происходящие в электроэнер гетических системах при возникновении несинусо идальности, отражаются не совсем точно [13].

(1) S = P 2 + Q2, Мощность искажения может быть рассмотрена где P и Q — активная и реактивная мощности сети как характеристика изменения формы результиру 218 соответственно. ющего электромагнитного поля относительно элек ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) Рис. 2. Схема электроэнергетической системы Рис. 1. Графическое толкование формулы (4) Рис. 3. Анализ устойчивости узлов электроэнергетических систем dP с асинхронной нагрузкой по критерию ds без учета высших гармоник и с учетом высших гармоник Рис. 4. Анализ устойчивости узлов электроэнергетических систем dQ = с асинхронной нагрузкой по критерию dU без учета высших гармоник и с учетом высших гармоник Фурье позволяет математически описать несинусо тромагнитного поля основной гармоники и опреде лена по формуле [12]: идальные режимы [8, 19, 20].

Влияние источника высших гармоник, подклю D = UИ I, (5) ченного в узле электрических нагрузок параллельно эквивалентному электродвигателю, будет заклю где UИ — действующее значение искажающей ком чаться в дополнительной подпитке активной и реак поненты напряжения;

I — действующее значение тивной мощностями узла нагрузок (рис. 2).

тока.

Рассмотрим каждый критерий оценки устой При этом составные части мощности искажений, чивости узлов нагрузки электроэнергетических создаваемые отдельными гармониками, имеют разные систем [21] с учетом высших гармоник.

знаки вследствие разнонаправленности гармоник [12].

Величины активной и реактивной мощностей, dP 0. При протекании Рассмотрим критерий возникающих от действия высших гармоник, состав ds ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ляют единицы процентов от суммарной мощности токов высших гармоник возникающие тормозящие искажения [12]. При этом активная и реактивная моменты снизят результирующий момент двигателя.

мощности всего спектра высших гармоник соизме Однако, как показали расчеты, момент снизится не рима с активной и реактивной мощностям на основ значительно (до 3 %) (рис. 3), т.е. возникающие выс ной гармонике [12]. Следовательно, вся мощность от шие гармоники не оказывают существенного влияния действия высших гармоник входит в состав мощности dP dP искажения [12]. 0. Следовательно, критерий на критерий ds Вследствие роста требований к качеству электри- ds ческой энергии актуальной является задача определе- не позволяет в полной мере судить об устойчивости ния мощности искажений [12]. Использование рядов узлов ЭЭС.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) Рис. 5. Анализ устойчивости узлов электроэнергетических систем dE = с асинхронной нагрузкой по критерию dU без учета высших гармоник и с учетом высших гармоник Аналогичный фактор влияния на снижение коэф dQ = -. На характерис Рассмотрим критерий фициента запаса по статической устойчивости ока dU жет и источник гармоник, подключенный в узле на тику потребляемой асинхронным двигателем реак грузок (рис. 5).

тивной мощности источник высших гармоник, Следовательно, формула (3) может быть перепи очевидно, не окажет никакого влияния, поскольку сана в следующем виде:

дополнительные потоки реактивной мощности в об мотках статора и наведенные этими гармониками (Q - QИГ )xс + (PАД - PИГ )xс 2 высокочастотные ЭДС ротора лишь пропорционально EЭ = U НОМ + АД. (7) некоторой постоянной величине увеличат потоки U НОМ U НОМ реактивных мощностей в двигателе. Такое увеличе ние приведет к линейному перемещению относи- От величины мощности источника гармоник на тельно оси ординат характеристики результирующей прямую будет зависеть степень снижения коэффи мощности QАД=f(U), как показано на рис. 4. циента запаса (степень увеличения критического Данное обстоятельство позволяет судить о неиз- напряжения) статической устойчивости узла на dQ грузок.

= - значе менности полученного по критерию Расчеты для конкретного случая показали, что dU ния критического напряжения при наличии в узле dE = без учета высших гармоник по критерию источника высших гармоник. Следовательно, анали- dU зировать устойчивость узлов электроэнергетических значение критического напряжения равно 0,728 о.е., систем с асинхронной нагрузкой по критерию а с учетом высших гармоник — 0,84 о.е. Таким dQ образом, учет высших гармоник позволил уточнить = - также нецелесообразно.

значение критического напряжения на 15,4 %. При dU этом и снизился коэффициент запаса устойчивости dE = 0. Эквивалентная узла нагрузки электроэнергетической системы:

Рассмотрим критерий dU ЭДС системы может быть определена по известной U НОМ - U КР1 1 - 0, kЗ1 = 100 % = 100 % = 27,2 % ;

формуле:

U НОМ 2 U НОМ - U КР 2 1 - 0, Qxс + Px с. kЗ 2 = 100 % = 100 % = 16 %.

EЭ = U НОМ + (6) U U НОМ U НОМ НОМ Однако озвученная задача не будет являться линей При наличии в узле подключения асинхронного ной. Широко известно, что высшие гармоники явля двигателя некоторого источника мощности, таковым ются источником дополнительного нагрева токове может быть, например, БСК или источник высших дущих частей. При питании обмоток асинхронного гармоник уменьшается количество мощности (как двигателя несинусоидальными токами в результате реактивной в случае с БСК, так и активной и реак их нагрева изменятся величины сопротивлений, тивной при источнике гармоник), передаваемой из входящих в схему замещения, что в итоге и вызовет энергосистемы узлу. Таким образом, уменьшается ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА изменение потребления реактивной мощности не значение эквивалентной ЭДС.

посредственно двигателем.

dE = 0 ) для слу Используя критерий Жданова ( dU Библиографический список чая компенсации реактивной мощности в рассмат риваемом узле и построив зависимости E=f(U) для 1. Выбор базового объекта исследования электромагнитной различных уровней компенсации, приходим к обще- совместимости в замкнутых сетях от 6 до 35 кВ северных известному выводу: при увеличении коэффициента месторождений газа / С. Б. Долгушин [и др.] // Новосибирск :

мощности cosj®1 коэффициент запаса по стати- Научные проблемы Сибири и Дальнего Востока. – 2009. – 220 ческой устойчивости для узла нагрузок уменьшается. № 2. – С. 250–254.

2. Электромагнитная совместимость преобразователей час- 16. Шидловский, А. К. Повышение качества энергии в тоты в промышленных электрических сетях / И. В. Жежеленко электрических сетях / А. К. Шидловский, В. Г. Кузнецов. – [и др.] // Вести в электроэнергетике. – 2010. – № 1. – Киев : Наук. думка, 1985. – 268 с.

С. 16–21. 17. Горюнов, В. Н. Расчет потерь мощности от влияния ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 3. Макаров, А. Г. Актуальные вопросы качества электричес- высших гармоник / В. Н. Горюнов, Д. С. Осипов, А. Г. Люта кой энергии на фоне реструктуризации российской энергети- ревич // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего ческой системы / А. Г. Макуров // Энергонадзор-информ. – Востока. – 2009. – № 2. – С. 268–273.

2006. – № 4 (30). – С. 20–23. 18. Шклярский, Я. Э. Влияние гармонического состава тока 4. Третьяков, А. Н. Влияние высших гармоник в сельских и напряжения на мощность искажения / Я. Э. Шклярский, распределительных сетях 0,38 кВ на показатели качества А. А. Брагин, В. С. Добуш // Нефтегазовое дело. – 2012. – электрической энергии : дис. … канд. техн. наук / А. Н. Тре- № 4– С. 26–32.

тьяков. – Иркутск : ИрГСХА, 2006. – 190 с. 19. Жежеленко, И. В. Высшие гармоники в системах элек 5. Кузнецов, В. Г. Электромагнитная совместимость. Не- троснабжения промпредприятий / И. В. Жежеленко. – М. :

симметрия и несинусоидальность напряжения / В. Г. Кузнецов, Энергоатомиздат, 1984. – 184 с.

Э. Г. Куренный, А. П. Лютый. – Донецк : Донбасс, 2005. – 20. Использование метода гармонического баланса для 249 с. расчета несинусоидальных и несимметричных режимов в сис 6. Гармоники в электрических системах / Дж. Аррилага, темах электроснабжения / Л. А. Кучумов [и др.] // Электри Д. Брэдли, П. Боджер ;

пер с англ. – М. : Энергоатомиздат, чество. – 1999. – № 12. – С. 10–22.

1990. – 320 с. 21. Моделирование критических режимов работы узлов 7. Харлов, Н. Н. Спектры токов электрических нагрузок электроэнергетических систем с асинхронной нагрузкой при городских электрических сетей / Н. Н. Харлов // Ползунов- исследовании статической устойчивости на промышленной ский альманах (АГТУ). – 2004. – № 4.– С. 252–255. частоте / А. А. Планков [и др.] // Омский научный вестник. – 8. Харлов, Н. Н. Энергетические спектры напряжений и 2013. – № 1 (117). – С. 173–178.

токов узлов нагрузки / Н. Н. Харлов // Известия Томского поли технического университета. – 2005. – № 7. – С. 75–79.

9. Гулиев, Г. Б. Методические особенности расчета и изме рения мощности (энергии) в цепях с нелинейной нагрузкой / ОСИПОВ Дмитрий Сергеевич, кандидат технических Г. Б. Гулиев // Проблемы энергетики. – 2008. – № 4. – наук, доцент кафедры «Электроснабжение промыш С. 46–52.

ленных предприятий» Омского государственного 10. Вопросы моделирования устройств обеспечения каче технического университета (ОмГТУ).

ства электрической энергии / В. Н. Горюнов [и др.] // Омский ПЛАНКОВ Александр Анатольевич, ассистент ка научный вестник. – 2013. – № 1 (117). – С. 168–173.

федры «Электроснабжение промышленных предпри 11. Беленький, И. Я. Измерение полной мощности сети и ятий» ОмГТУ.

ее составляющих в трехфазных электрических сетях с несим БУГРЕЕВА Александра Евгеньевна, техник-теплотех метричной и нелинейной нагрузкой / И. Я. Беленький, В. В. Ост ник 5-го теплового района структурного подразделе роверхов, Р. А. Тимиргалиев // Приборы. – 2012. – № 8. – ния «Тепловые сети» ОАО «ТГК-11».

С. 49–56.

ДОЛГИХ Надежда Николаевна, инженер 2-й кате 12. Машкин, В. А. Определение электроэнергетических гории диспетчерского сектора института заочного характеристик и повышение качества электрической энергии обучения ОмГТУ.

в системе тягового электроснабжения : дис. … канд. техн.

ЕРЕМИН Евгений Николаевич, доктор технических наук / В. А. Машкин. – Красноярск : СФУ, 2008. – 152 с.

наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Обо 13. Сулайманов, А. О. Неактивная мощность и ее составля рудование и технология сварочного производства», ющие в электроэнергетических системах : дис. … канд. техн.

заведующий кафедрой «Оборудование и технология наук / А. О. Сулайманов. – Томск : ТПУ, 2009. – 135 с.

сварочного производства», декан машиностроитель 14. Фархадзаде, Э. М. Мощность и энергия искажения в ного института ОмГТУ.

однофазных цепях с линейной нагрузкой / Э. М. Фархадзаде, Адрес для переписки: mail_tochka_ru@mail.ru Г. Б. Гулиев // Проблемы энергетики. – 2003. – № 3. – С. 32–39.

Статья поступила в редакцию 04.03.2013 г.

15. Смирнов, С. С. Свойства активных мощностей гармо © Д. С. Осипов, А. А. Планков, А. Е. Бугреева, Н. Н. Долгих, ник искажающих нагрузок / С. С. Смирнов // Электричество. – Е. Н. Еремин 2008. – № 3. – С. 45–49.

Книжная полка Сибикин, Ю. Д. Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышлен ных предприятий : учебник для начального профессионального образования. В 2 кн. Кн. 1 / Ю. Д. Сибикин. – 6-е изд., стер. – М. : Academia, 2012. – 208 с. – ISBN 978-5-7695-8617-0.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА Учебник состоит из двух книг. В книге 1 приведены общие сведения о материалах, инструментах, при способлениях и механизмах, используемых электромонтерами по ремонту и обслуживанию электрообо рудования и сетей промышленных предприятий. В книге 2 даны технические характеристики основных видов обслуживаемого оборудования, воздушных и кабельных линий, электроосветительных установок и цеховых электросетей. Рассмотрены вопросы технического обслуживания и ремонта электроустановок.

Для учащихся учреждений начального профессионального образования.

В. Н. ГОРЮНОВ УДК 621.314. К. В. ХАЦЕВСКИЙ А. А. ШАГАРОВ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) Д. А. ШАГАРОВ Омский государственный технический университет ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ПИТАЮЩУЮ СЕТЬ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ В статье выполнены исследования влияния источников вторичного питания на питающую сеть с помощью созданных в программном комплексе MatLab имитационных моделей.

Получены осциллограммы токов и напряжений на элементах схемы, диаграммы спек трального состава сетевого тока.

Ключевые слова: качество электроэнергии, электромагнитная совместимость, матема тическая модель, источник вторичного питания.

Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения соглашения № 14.В37.21.0332 от 27 июля 2012 г.

1. Постановка задачи. Полупроводниковые пре- нагрузки на работу источника, но и анализа влияния образователи, используемые в различных технологи- источника питания на питающую сеть. Использова ческих установках и устройствах, имеют нелиней- ние современных средств моделирования позволяет ную вольт-амперную характеристику, следовательно, повысить эффективность подобного анализа, так потребляют ток, форма кривой которого отличается как процесс формирования уравнений, описываю от синусоидальной. Протекание такого тока по эле- щих электромагнитные процессы в системах силовой ментам электрической сети создаёт на них падение электроники, формализован, и соответствующие напряжения, отличное от синусоидального, это и яв- алгоритмы в совокупности с численными методами ляется причиной искажения синусоидальной формы интегрирования и сервисными функциями (матема кривой напряжения. Деформация синусоиды напря- тические модели) реализованы в виде стандартных жения приводит к увеличению потерь, а в крайних сред моделирования [1].

ситуациях даже к нарушениям работы машин и обо- В данной статье будет смоделировано влияние рудования. источника питания, для проведения процесса ЭПО Частным случаем использования полупроводни- алюминия, на питающую сеть с помощью пакета при ковых преобразователей являются источники пита- кладных программ Matlab. Анализ проводился как ния установок элекролитно-плазменной обработки для чисто активной нагрузки, так и для модельной (ЭПО). Основным отличием электролитно-плазмен- нагрузки, построенной по литературным данным [2].

2. Моделирование работы источника питания.

ной обработки от общеизвестных электрохимичес ких процессов является использование высоких на- На рис. 1 представлена электрическая схема источ пряжений (от 200 В до 800 В). ника питания для ПЭО. Принцип работы источника Электролизер для проведения процесса электро- питания, показанного на рис. 1, состоит в следующем.

литно-плазменной обработки представляет собой При включении транзистора VT1, ток в дросселе L сложную электрическую частотно-зависимую на- начинает линейно нарастать, пока от системы управ грузку для источника питания, изменяющуюся во ления не поступит сигнал на запирание VT1. При ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА времени и содержащую участки вольтамперной ха- выключении транзистора VT1 энергия из дросселя L рактеристики с отрицательным динамическим сопро- через диод VD7 передается в конденсатор C1 выход тивлением. Для практической реализации ЭПО тре- ного фильтра и нагрузку ZH. При этом в процессе буются соответствующие источники питания, явля- размыкания транзистора VT1 на дросселе наводится ющихся составной частью установки, к которым значительная по величине ЭДС, направленная со предъявляются специфические требования, направ- гласно с напряжением диодного моста 3. В результате ленные на достижение требуемых характеристик напряжение на нагрузке равно сумме напряжений получаемых покрытий. на дросселе L1 и источника питания (диодный мост 3) Разработка современных технологических источ- и больше последнего. Регулирование величины напря 222 ников питания требует не только анализа влияния жения на нагрузке производится на основе широтно Рис. 1. Имитационная модель источника питания установки ЭПО в среде Matlab ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) Рис. 2. Структурная схема широтно-импульсной системы управления повышающего регулятора Рис. 3. Модель широтно-импульсного повышающего регулятора:

1 — устройство синхронизации;

2 — задатчик порогового значения;

3 — компаратор;

4 — формирователь выходных импульсов импульсной модуляции. При этом входной LфCф- управляемого транзистора при опасных уровнях фильтр обеспечивает потребление непрерывного напряжения насыщения (токовая перегрузка или тока из питающей сети [3].

Особенность схемы за- короткое замыкание) и недостаточном напряжении ключается в том, что начальные включения транзис- на затворе. Таким образом, система управления фор тора VT1 синхронизируются с моментами естествен- мирует прямоугольные управляющие импульсы тре ной коммутации вентилей катодной (VD1, VD3, VD5) буемой длительности (10–190 мкс), которые через и анодной (VD2, VD4, VD6) групп выпрямительного выходной порт ФИ системы управления Uупр пода моста 3. ются на затвор силового транзистора VT1 в тече На рис. 2 представлена структурная схема сис- ние 120 электрических градусов. Частота следования темы управления. Система управления содержит уст- управляющих импульсов — 5 кГц. Необходимо ройство синхронизации (УС), компаратор (КП), гене- отметить, что введение синхронизации в систему ратор прямоугольных импульсов (ГП), формирова- управления позволяет уменьшить потери в силовом тель выходных импульсов (ФИ). Принцип работы транзисторе VT1 и поддерживать коэффициент системы управления заключается в следующем. Уст- сдвига, представляющий собой сдвиг первой гармо ройство синхронизации (УС) отслеживает моменты ники первичного тока относительно кривой первич естественной коммутации силовых диодов выпря- ного напряжения, на уровне порядка единицы в мительного моста, сравнивая фазные напряжения процессе регулирования выходного напряжения, что вторичной обмотки силового трехфазного транс- рекомендовано в работах [3, 4].

форматора (рис. 1) ua, ub, uc. В случае равенства фаз- В электрической схеме источника питания (рис. 1) ных напряжений, что соответствует моменту есте- широтно-импульсная система управления показана ственного отпирания диодов анодной и катодной в виде блока Control System, схема которой пред групп, УС выдает запускающий синхроимпульс Uсинх ставлена на рис. 3. Приведенная модель силовой части длительностью 120 электрических градусов. Сформи- источника и широтно-импульсной системы управ рованный синхроимпульс подается на вход 1 компа- ления позволяет реализовать требуемый алгоритм ратора (КП). Компаратор, в результате сравнения управления источником питания, представленный сигнала, поступившего на вход 1 с некоторым поро- выше.

3. Результаты моделирования. В качестве нагруз говым значением Uпор (вход 2), формирует сигнал ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ошибки DU, который запускает генератор прямо- ки при моделировании источника питания исполь угольных импульсов (ГИ). В результате чего прямо- зовались: активное сопротивление и последовательно угольные импульсы, формируемые блоком ГИ Uген, параллельная схема замещения электролизера при поступают на формирователь выходных импульсов ПЭО алюминия (модельная нагрузка), представленная (ФИ), представляющий собой драйверное устрой- на рис. 1 [2]. Значения сопротивлений и емкости ство, содержащее все необходимые элементы для выбирались для характерных моментов обработки:

управления затвором IGBT транзистора. ФИ обес- начало (1-я минута) и окончание (60-я минута). Зна печивает необходимые уровни согласования токовых чение полного комплексного сопротивления модель и потенциальных сигналов, длительностей фронтов ной нагрузки оценивалось на частоте преобразо 224 и задержек, а также необходимые уровни защиты вания 5 кГц. Условия, при которых проводилось мо Таблица Варианты нагрузки источника Моделируемый момент времени обработки, мин 1 ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) Активная нагрузка Rн1=50 Ом Rн1=200 Ом Rн1=10 Ом, Rн2=58 Ом Rн1=11 Ом, Rн2=324 Ом Модельная нагрузка Сн=0,38 мкФ Сн=0,24 мкФ Zн1=56е–j28° Ом Zн2=127е–j62° Ом Таблица Временные параметры работы силового транзистора Режим работы источника Стабилизированный Импульсный Длительность открытого состояния 10–190 50– силового транзистора и, мкс Период переключения силового транзистора Тпер, мкс а б Рис. 4. График входного тока Iф (а), входного напряжения Uф(б) и диаграммы их спектрального анализа для модельной нагрузки Zн2=127е–j62°Ом в импульсном режиме а б Рис. 5. График входного тока Iф (а), входного напряжения Uф (б) и диаграммы их спектрального анализа для активной нагрузки Rн1=200 Ом в импульсном режиме делирование для импульсного и стабилизированного будем проводить на основании анализа суммарного режимов работы источника питания, сведены в гармонического искажения — Total Harmonic Dis табл. 1 и 2 [5]. tortion (THD) [6].

В результате моделирования были получены гра- Из полученных графиков видно, что характер ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА фики входного тока Iф и входного напряжения Uф, нагрузки и режим работы источника питания незна а также диаграммы спектрального анализа гармо- чительно влияют на формы кривых тока и напря нического состава, при работе модели источника пи- жения, что видно из величин коэффициента THD.

тания на активную и модельную нагрузки в импуль- В кривых тока и напряжения присутствуют 3-я, 5-я, сном и стабилизированном режимах. 7-я, 9-я, 11-я, 13-я, 17-я, 19-я гармоники.

На рис. 4а, б и рис. 5а, б представлены графики Исходя из условий работы источника питания для импульсного режима работы на модельную и ак- (табл. 1, 2) моделирование в обоих режимах прово тивную нагрузки, на рис. 6а, б и рис. 7а, б — гра- дилось при различных скважностях импульсов Q.

фики для стабилизированном режима работы. Оцени- Полученные результаты представлены в табл. 3 и 4.

вание гармонического состава тока и напряжения Из полученных результатов видно, что при стабили ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) а б Рис. 6. График входного тока Iф (а) и напряжения Uф (б) и диаграммы их спектрального анализа для активной нагрузки Rн1=200 Ом в стабилизированном режиме а б Рис. 7. График входного тока Iф (а) и напряжения Uф (б) и диаграммы их спектрального анализа для модельной нагрузки Zн2=127е–j62 в стабилизированном режиме Таблица Стабилизированный режим THD Iф/Uф Q 0,05 0,2 0,4 0,5 0,7 0, Zн1=56е–j28°Ом 13,99/3,62 5,17/7,66 2,91/11,63 2,41/10,93 1,28/6,05 1,97/0, Zн2=127е–j62°Ом 27,14/2,79 5,88/8,61 3,91/11,34 3,67/12,40 1,76/12,10 2,13/ Rн1=50 Ом 10,65/3,6 5,38/7,57 2,99/10,57 2,25/9,43 1,04/6,05 1,96/0, Rн1=200 Ом 21,71/2,98 5,93/8,36 4,21/11,53 2,73/12,6 1,67/11 2,05/0, Таблица Импульсный режим THD Iф/Uф Q 0,5 0,6 0,8 0, –j28° Zн1=56е Ом 2,67 / 12,34 1,9 / 11,66 1,04 / 4,08 2,0 / 0, Zн2=127е–j62°Ом 3,99 / 12,32 3,32 / 13 1,79 / 9,86 2,17 / 1, Rн1=50Ом 2,35 / 12,33 1,93 / 11,25 0,97 / 4,25 2,0 / 0, Rн1=200Ом 3,92 / 12,33 3,22 / 12,98 1,62 / 9,83 2,15 / 1, зированном и импульсном режимах работы, на мо- больше, чем больше величина нагрузки источника ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА дельную и активную нагрузки, величина искажений питания.

вносимых источником питания в кривую тока умень шается с увеличением скважности импульсов, но приближаясь в Q=1 коэффициент THD незначи- Библиографический список тельно возрастает.

В то же время величина искажений, вносимых 1. Черных, И. В. SIMULINK: среда создания инженерных источником питания в кривую напряжения, сначала приложений / И. В. Черных. – М. : ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. – увеличивается с увеличением скважности импульсов, 496 с.

а потом стремительно уменьшается. При этом диапа- 2. Parfenov, E. V. Freguency response studies for the plasma 226 зон скважности Q, на котором THD возрастает, тем electrolytic oxidation process / E. V. Parfenov, A. L. Yerokhin, федрой «Электроснабжение промышленных пред A. Matthews // Surface and Coatings Technology. – 2007. – приятий», декан энергетического института.

Vol. 201. – P. 661–670.

ХАЦЕВСКИЙ Константин Владимирович, кандидат 3. Зиновьев, Г. С. Основы силовой электроники / Г. С. Зи технических наук, профессор кафедры «Электро новьев. – Новосибирск : НГТУ, – 2003.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) снабжение промышленных предприятий».

4. Зиновьев, Г. С. Прямые методы расчета энергетических ШАГАРОВ Александр Анатольевич, аспирант ка показателей вентильных преобразователей / Г. С. Зиновьев. – федры «Электроснабжение промышленных пред Новосибирск : НГТУ, 1990. – 220 с.

приятий».

5. Математическое моделирование процессов в источнике ШАГАРОВ Дмитрий Анатольевич, магистрант груп питания для электролитно-плазменной обработки / Д. М. Лаза пы РЗА-512.

рев [и др] // Вестник УГАТУ. – 2008. – № 2. – С. 131–141.

6. Герман-Галкин, С. Г. Модельное исследование основных Адрес для переписки: xkv-post@rambler.ru характеристик силовых полупроводниковых преобразователей.

Моделирование устройств силовой электроники / С. Г. Герман Галкин // Силовая электроника. – 2008. – № 1.– С. 92–99.

Статья поступила в редакцию 15.01.2013 г.

ГОРЮНОВ Владимир Николаевич, доктор техни- © В. Н. Горюнов, К. В. Хацевский, А. А. Шагаров, ческих наук, профессор (Россия), заведующий ка- Д. А. Шагаров А. Д. ЭРНСТ УДК 621.301. П. Н. МАТВИЕНКО Т. П. МАТВИЕНКО Омский государственный технический университет Филиал ОАО «МРСК Сибири» – «Омскэнерго»

ВОПРОСЫ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ 6–10 КВ ЭНЕРГОЕМКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ Статья посвящена вопросу компенсации емкостных токов в системах промышленного электроснабжения энергоемких предприятий. Выявлено различие законов изменения и предложены формулы нелинейной экстраполяции для расчета емкостного тока за мыкания на землю, ориентированные на минимальное по термической стойкости се чения кабельных линий для кабелей с бумажной изоляцией и современных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. На примере энергоемкого предприятия показано, что при выборе степени расстройки компенсации необходим учет емкости электродви гателей, трансформаторов и присоединений.

Ключевые слова: емкостный ток, кабель из сшитого полиэтилена, емкость присоеди нений, надежность электроснабжения.

Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения соглашения № 14.В37.21.0332 от 27 июля 2012 г.

Экономичность работы энергоемких предпри- Влияние на электрическую емкость в первую ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ятий в большой степени зависит от надежности очередь оказывают кабельные линии. При большом развитых кабельных сетей. Однофазные замыкания числе трансформаторов, высоковольтных двигате на землю являются преобладающим видом повреж- лей, шинных конструкций, коммутационных аппара дений в распределительных сетях промышленных тов, распределительных пунктов и других элементов предприятий с изолированной нейтралью. При замы- в сетях энергоемких предприятий их емкость может кании на землю возникают емкостные токи, опреде- быть соизмерима с емкостью распределительной ляемые электрической емкостью всей электрически сети, что не учитывается в современной практике связанной сети CS расчетов и нет оценок реальной доли этих элементов в общем токе замыкания на землю. Заниженное же (1) Iс=3wCSU. расчетное значение тока может привести к непра 2pee вильному выбору дугогасящего реактора и резонан c0 = (3), R сным перенапряжениям при недокомпенсации и ln режимных переключениях в сетях предприятия. Ком- r пенсация емкостных токов требует существенных ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) где e0=8,85·10–12 Ф/м;

e=2,4–2,6 — относительная затрат, что должно учитываться в технико-экономи диэлектрическая проницаемость сшитого полиэти ческих расчетах.

лена;

R — радиус изоляции кабеля до полупрово Современные упрощенные подходы оценки ем дящего слоя;

r — эквивалентный радиус проводящей костного тока не учитывают реальных токов замыка жилы кабеля.

ния на землю и ориентированы на малые сечения Так, для кабеля сечением 240 мм2 с параметрами кабелей. Термически устойчивые сечения кабельных R=12,5 мм r=8,74 мм удельная емкость составляет линий в настоящее время достигают 240 мм2. Это с0=382 пФ при e=2,4 и 414 пФ при e=2,6.

требует новых подходов к расчетам токов замыка Также были проведены измерения емкости ния на землю и оценки погрешности. При дипломном образцов с помощью прибора измерения емкости проектировании студентами энергетических специ Е7-22. Получены следующие результаты:

альностей также не рассматриваются эти вопросы.

— для кабеля сечением 240 мм2 удельная емкость Требует отдельной оценки емкостных токов приме с0=400 пФ (табличное значение 440 пФ/м);

нение новых кабелей из сшитого полиэтилена. Рас — для кабеля сечением 300 мм2 удельная емкость смотрение этих вопросов является целью настоящей с0=516 пФ (табличное значение 480 ПкФ/км).

работы.

Погрешность расчетных и опытных данных до В соответствии с [1] при значениях тока замыка стигает 10 %. Это говорит о том что достоверное ния на землю в сети 6 кВ, превышающих 30 А, а 10 кВ значение емкостного тока можно определить либо 20 А должна предусматриваться компенсация ем опытным путем, либо при точном знании марки и костного тока с применением заземляющих дугога параметров кабеля. Это объясняется тем что пара сящих реакторов. Компенсация применяется для метры кабеля имеют разброс.


уменьшения тока замыкания на землю в целях без Закон изменения емкости от сечения жилы опасности, создания условий для самопогашения отличается от кабелей с бумажной изоляцией и дол дуги и, как следствие, уменьшения перенапряжений, жен быть учтен при создании формул упрощенных что особенно важно для чувствительных к пере расчетов.

напряжениям кабелей с изоляцией из сшитого поли Использование табличных значений приемлемо этилена. В литературе отсутствуют рекомендации только для упрощенных расчетов. При этом жела по расчету емкостных токов этих кабелей.

тельно использовать наибольшее значение емкости В соответствии с «Типовой инструкцией по ком и емкостных токов во избежание недокомпенсации пенсации емкостного тока замыкания на землю в и феррорезонансных явлений.

электрических сетях 6–35 кВ» [2], дугогасящий Исходя из того, что сечение кабельных линий реактор (ДГР) должен выбираться на реактивную энергоемких предприятий определяется в большей мощность компенсации по значению емкости сети степени не их токовой нагрузкой, а их термической с учетом ее развития в ближайшие 10 лет.

стойкостью, нами предлагаются упрощенные фор Включение ДГР должно производиться в нейтраль мулы для кабелей ориентированные на минимальное специальных трансформаторов, дополнительно уста по термической стойкости стандартное сечение навливаемых на ГПП.

кабельных линий на предприятии Sty, что связано с Современная практика оценки величины и рас тем, что практически все кабельные линии имеют чета емкостного тока ориентирована на применение сечение не менее минимально допустимого по тер устаревшей формулы для кабельной линии [3], мической стойкости.

UlS Это позволило создать эмпирические формулы Ic = (2), 10 нелинейной экстраполяции следующего вида:

— для кабеля с бумажной изоляцией на 6 кВ:

где U — номинальное напряжение сети;

lS — сум марная длинна электрически связанных линий.

Sty Также в расчетах не учитывается влияние присо I c = 0,6 lS (4) ;

единений. Формула (2) справедлива только для кабелей ма — для кабеля с бумажной изоляцией 10 кВ:

лого сечения (50–70 кв. мм). Современные энерго емкие предприятия имеют сечения кабелей до 240 кв.

Sty мм, а кабели из сшитого полиэтилена до 800 кв. мм I c = lS (5).

исходя из условий нагрузки и термической стойкости. Так, по расчетам для подстанции «Конденсат-2»

Для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена ЗСК (г. Сургут) были получены точные значения имеющего более низкую диэлектрическую проница емкостного тока IcS=45,47 А, а по упрощенной фор емость (e=2,4 против e=4) применение упрощенной муле — IcS=24,88 А. Погрешность составляет 45 %, формулы дает более точные результаты, однако она что совершенно неприемлемо и встает вопрос о кор ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА также не учитывает зависимость величины емкост ректировке оценочной формулы.

ного тока от сечения. Повышенная электрическая Мировые тенденции развития кабельных энерго прочность сшитого полиэтилена позволила умень распределительных сетей в течение последних де шить величину изоляции, и фактические измерение сятилетий направлены на внедрение кабелей с тепло и расчет емкости показали при S=50 мм ток замы стойкой экструдированной изоляцией (сшитый по кания на землю не отличается от тока в кабеле с бу лиэтилен и этилен-пропиленовая резина).

мажной изоляцией, но имеют различные законы Нами были проведены расчеты и эксперименталь изменения. Это позволило создать эмпирические ное определение параметров кабелей из сшитого полиэтилена сечением 240 мм2 и 300 мм2, длиной формулы нелинейной экстраполяции для кабелей с 228 1 метр. Расчеты производились по формуле [3]. изоляцией из сшитого полиэтилена следующего вида:

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) Рис. 1. Удельный емкостный ток кабеля Рис. 3. Удельный емкостный ток кабеля с бумажной изоляцией 6 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена 6 кВ Рис. 2. Удельный емкостный ток кабеля Рис. 4. Удельный емкостный ток кабеля с бумажной изоляцией 10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена 10 кВ — для кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена Емкостный ток обмоток двигателя 6 кВ:

3wCфUн 10 - 3 = 3,26 Cф А, Iс = (9) дв Sty I c = 0,6lS 3 (6) ;

где Сф (мкФ) — емкость обмотки и ввода двигателя, Uн (кВ) — номинальное напряжение.

— для кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена Для силовых трансформаторов, трансформаторов 10 кВ: напряжения, собственных нужд и коммутационных аппаратов емкость колеблется от 200 до 10000 пФ [5].

Sty I c = lS 3 (7). Учитывая несущественное влияние этих элемен 60 тов, и принимая емкость каждого присоединения равной 1000 пФ [5] емкостной ток и зарядная мощ В формулах (4–7) размерность lS [км] Sty [кв. мм].

ность выводов и обмоток трансформаторов, ком На рис. 1–4 приведены результаты расчета по мутационных аппаратов и других присоединений предлагаемым формулам в сравнении со старой ме секции шин ГПП оценивалась по формуле, учитыва тодикой и точными значениями удельного тока замы ющей среднее значение емкости каждого присоеди кания на землю (А/км). Погрешность применения нения 1000 пФ. Коэффициент 2 учитывает емкость формул на конкретные сечения не превышает 5 %.

шин и других неучтенных элементов.

На рис. 1–4: — расчет по старым форму лам;

— расчет по предлагаемым формулам;

IпрS = 2 (nтр + nяч) 3 wUн 10 - 6 = — параметры по справочным данным.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА Оценка влияния емкости обмоток высоковольт = 6,53 (nтр + nяч) 10 - 3, (10) ных электродвигателей, трансформаторов, присо единений и шинных конструкций производилась для где nтр — число силовых трансформаторов электри ЗСК (г. Сургут). Емкость фазы двигателя 6 кВ при чески связанной схемы;


nяч — число присоединений.

отсутствии конкретных данных может быть опреде Расчетом показано, что влияние этих элементов лена по выражению [4] на емкостный ток составляет от 3,1 % до 7,9 % от об щего тока замыкания на землю, что является сущест Cдв = 4 10-4 Р н, (8) венным в отличие от общепризнаваемого малого влияния [6, 7].

где Рн — номинальная мощность двигателя (кВт).

Для комплектных конденсаторных установок 6. Предлагается ввести раздел «компенсация ем 6 кВ и силовых резонансных фильтров, при условии костных токов замыкания на землю» в рекоменда заземления их нейтрали, ток и мощность при ции по курсовому и дипломному проектированию замыкании на землю определяются из выражения для студентов для оценки необходимости компенса ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) ции емкостного тока и учета средств компенсации Qкку в технико-экономических расчетах.

Iкку = (11), 3Uн Библиографический список где Qкку (квар) — мощность ККУ.

Включение каждой ККУ мощностью 450 квар дает 1. Правила устройства электроустановок. – 7-е изд. – увеличение емкостного тока на 43,3А, что говорит СПб. : ДЕАН, 2002. – 176 с.

о недопустимости заземления нейтрали либо компен- 2. РД 34.20.179 (ТИ 34-70-070-87). Типовая инструкция по сации емкостного тока на ту же величину тока или компенсации емкостного тока замыкания на землю в электри мощности с помощью дугогасящих реакторов. ческих сетях 6–35 кВ. – М. : СПО Союзтехэнерго, 1988. – Выводы. 70 с.

1. Применение упрощенных формул оценки ем- 3. Справочник по проектированию электрических сетей / костного тока замыкания на землю неприемлемо, под ред. Д. Л. Файбисовича. – 2-е изд., перераб. и доп. – так как погрешность достигает 45 % и более. М. : ЭНАС, 2007. – 352 с.

2. Проанализирован закон изменения емкости для 4. РД 153-34.3-35.125-99. Руководство по защите электри кабелей с бумажной изоляцией и изоляцией из ческих сетей 1150 Кв от грозовых и внутренних перенапря сшитого полиэтилена. Выявлено различие законов жений. – Спб. : ПЭИПК, 1999. – 227 с.

изменения. Параметры кабелей с изоляцией из сши- 5. Техника высоких напряжений / Под ред. Д. В. Разевига. – того полиэтилена имеют существенный разброс по М. : Энергия, 1976. – 488 с.

сравнению со справочными данными. 6. Лихачёв, Ф. А. Замыкания на землю в сетях с изолиро 3. Предложены формулы нелинейной экстраполя- ванной и компенсацией емкостных токов / Ф. А. Лихачёв. – ции для расчета емкостного тока замыкания на зем- М. : Энергия, 1971. – 152 с.

лю ориентированные на минимальное по термичес- 7. Теоретические основы электротехники : учебник для кой стойкости сечения кабельных линий для кабелей вузов. В 3 т. Т. 1 / К. С. Демирчян [и др.]. – 4–е изд. – с бумажной изоляцией и современных кабелей с изо- Спб. : Питер, 2004. – 463 с.

ляцией из сшитого полиэтилена. Предлагаемые фор мулы дают погрешность, не превышающую 5 %.

4. На примере энергоемкого предприятия пока зано, что при выборе степени расстройки компенса ции необходим учет емкости электродвигателей, ЭРНСТ Александр Дмитриевич, кандидат техничес трансформаторов и присоединений. Влияние этих ких наук, доцент кафедры «Электроснабжение элементов на емкостный ток составляет от 3,1 % до промышленных предприятий» Омского государ 7,9 % от общего тока замыкания на землю. Неучет ственного технического университета (ОмГТУ).

этих емкостей может привести к резонансным пере- МАТВИЕНКО Павел Николаевич, заместитель на напряжениям при резонансной настройке дугогася- чальника диспетчерской службы Филиала ОАО щего реактора и отключении кабельной линии. «МРСК Сибири» – «Омскэнерго».

5. Заземление нейтрали батарей статических кон- МАТВИЕНКО Татьяна Павловна, магистрант ЭС- денсаторов и силовых резонансных фильтров в ОмГТУ.

сетях с изолированной нейтралью недопустимо, так Адрес для переписки: tatasamatata@mail.ru как приводит к значительному увеличению тока за мыкания на землю и увеличению дуговых перенапря- Статья поступила в редакцию 13.03.2013 г.

жений. © А. Д. Эрнст, П. Н. Матвиенко, Т. П. Матвиенко Книжная полка Вагин, Г. Я. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике : учеб. для вузов по направ лению «Электроэнергетика» / Г. Я. Вагин, А. Б. Лоскутов, А. А. Севостьянов. – 2-е изд., испр. – М. : Академия, 2011. – 223 c. – ISBN 978-5-7695-8034-5.

Описаны электромагнитная обстановка на различных объектах электроэнергетики, источники электро магнитных помех и каналы распространения помех. Рассмотрены помехозащитные устройства, методы испытаний и сертификации объектов электроэнергетики на помехоустойчивость, документы по норми рованию электромагнитных помех и электромагнитной совместимости, а также влияние полей, создаваемых объектами электроэнергетики, на биологические объекты.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА Е. Г. АНДРЕЕВА УДК 621.313.2:537.6/. А. А. ТАТЕВОСЯН И. А СЕМИНА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) Омский государственный технический университет ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ ОТКРЫТОГО ТИПА В КОМПЛЕКСАХ ПРОГРАММ ELCUT И ANSYS В статье рассмотрены физические объекты и составленные для них математические модели, проведен эксперимент и численное моделирование при корректном опре делении граничных условий. Анализ полученных результатов подтвердил достовер ность и точность математического моделирования и области применения пакетов ELCUT 5.6 и ANSYS 10.0 (профессиональная версия).

Ключевые слова: магнитные системы открытого типа, математические модели.

В настоящее время магнитные системы с незам- — плотность тока в сечении обмотки распределя кнутым магнитопроводом, в частности магнитные ется равномерно.

системы открытого типа, находят применение в Геометрия исследуемых моделей построена в различных областях. программе SolidWorks.

Магнитные системы открытого типа использу- Исходные уравнения магнитостатического поля:

ются как многополюсные системы магнитных се rot H = J, параторов барабанного типа, в качестве магнитных (1) ловителей для удаления из нефтедобывающих сква divB = 0, (2) жин посторонних ферромагнитных предметов и деталей и т.д. [1].

B = mm 0 H, Наиболее современное программное обеспечение (3) для исследования магнитных полей, в том числе трех где H — вектор напряженности магнитного поля, мерных моделей магнитных систем открытого типа — B — вектор магнитной индукции, J — вектор комплексы программ ELCUT и ANSYS. Комплекс плотности тока, m — относительная магнитная про программ ANSYS — это ведущее программное обес ницаемость материала, m0 — магнитная постоянная.

печение для моделирования электромагнитных по Для линейных и изотропных сред (m=const) урав лей, используемое для проектирования и исследова нения (1)–(3) с учетом выражений rot A = B и div A = ния двумерных и трехмерных моделей, типов двига преобразуются к уравнению Лапласа–Пуассона телей, датчиков, трансформаторов и других электри относительно магнитного векторного потенциала A ческих и электромеханических устройств различного применения, базируется на методе конечных элемен тов (Finite Element Method — FEM) и численно рас- A = -m 0 J. (4) считывает статические, гармонические электромаг- m нитные и электрические поля, а также переходные процессы в полевых задачах. В трехмерной системе координат (xyz) магнитное Физические модели магнитных систем открытого поле имеет три составляющих вектора магнитного типа имеют различную кофигурацию. Магнитная потенциала А=Аx, А=Аy, А=Аz [1, 2], и уравнение система имеет обмотку возбуждения магнитного (4) примет вид:

поля, окруженную цилиндрическим стальным маг нитопроводом со сменными насадками стальных сер- A х = -m 0 J х. (5) дечников переменного поперечного сечения. В каче- m ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА стве насадок используются: насадка в виде усечен ного конуса и ножевидная насадка [1].

A y = -m 0 J y.

Внешний вид и эскиз магнитных систем откры- (6) m того типа с различными насадками представлен на рис. 1. При моделировании магнитных систем откры того типа приняты основные допущения:

A z = -m 0 J z. (7) — относительная магнитная проницаемость стали m является величиной постоянной;

Модель дополняется нулевыми граничными усло — с учетом геометрии магнитной системы поле виями [2].

считается трехмерным;

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) а б Рис. 1. Внешний вид (а) и эскиз (б) магнитной системы открытого типа:

1 — насадка, 2 — обмотка, 3 — магнитопровод ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА Рис. 2. Картина магнитного поля магнитной системы открытого типа с ножевидной насадкой ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) а б Рис. 3. Распределение модуля вектора напряженности магнитного поля (а) и модуля вектора магнитной индукции (б) а б Рис. 4. Эквипотенциальные линии магнитного поля: (а) с насадкой и (б) без насадки ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА Решение системы уравнений (5)–(7) получено с магнитной индукции в пакетах ANSYS и ELCUT име помощью пакета в комплексе программ АNSYS 10.0. ют вид, приведенный на рис. 2 и 3 (а, б). В результате В ходе решения построены: картины магнитных расчета построены эквипотенциальные линии маг полей магнитных систем открытого типа, графики нитного поля с насадкой и без насадки, приведенные составляющих магнитной индукции трехмерной на рис. 4 [3]. Для подтверждения правильности по модели в зависимости от расстояния до насадки [3]. становки краевой задачи для магнитной системы Картина магнитного поля магнитной систем от- открытого типа и решения ее в комплексе программ крытого типа, а также распределение модуля вектора Elcut 5.6 (профессиональная версия) проведен напряженности магнитного поля и модуля вектора эксперимент c помощью тесламетра типа ЭМ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) а Рис. 5. Графики составляющих индукции магнитного поля магнитной системы открытого типа с насадкой в виде усеченного конуса (а) и с ножевидной насадкой (б):

1 — численный расчет;

2 — эксперимент — изменение формы насадки служит в заданной (класс точности 2,5). По результатам эксперимента области эффективным инструментом управления построены графики составляющих индукции магнит магнитным потоком;

ного поля магнитной системы открытого типа с на ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА — эксперимент подтвердил правильность поста садкой ввиде усеченного конуса (рис. 5 а) и ноже новки задачи и решения в комплексе программ El видной насадкой (рис. 5б).

cut 5.6 (профессиональная версия).

Анализ результатов расчета и эксперимента маг — при наличии в магнитной системе открытого нитной системы открытого типа позволяет сделать типа электродов переменного сечения, имеющих осе следующие выводы:

вую симметрию, эффективным методом расчета маг — насадка в виде сердечника переменного сече нитного поля является комплекс программ Elcut 5. ния позволяет существенно усилить магнитное поле (профессиональная версия).

на значительном удалении от обмотки возбуждения, — пакет ANSYS позволяет моделировать и полу то есть является концентратором магнитного потока 234 в заданной области;

чать решения трехмерных задач для магнитных сис ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) б Рис. 5. Графики составляющих индукции магнитного поля магнитной системы открытого типа с насадкой ввиде усеченного конуса (а) и с ножевидной насадкой (б):

1 — численный расчет;

2 — эксперимент тем открытого типа, что невозможно спомощью ком плекс программ Elcut 5.6 (профессиональная версия). АНДРЕЕВА Елена Григорьевна, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующая кафедрой Библиографический список «Электрическая техника».

ТАТЕВОСЯН Андрей Александрович, кандидат тех 1. Андреева, Е. Г. Конечно-элементный анализ стационар нических наук, доцент кафедры «Электрическая ных магнитных полей с помощью программного пакета техника».

ANSYS : учеб. пособие / Е. Г. Андреева, С. П. Шамец, Д. В. Кол ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА СЕМИНА Ирина Александровна, старший препо могоров – Омск : Изд-во ОмГТУ 2002. – 92 с.

даватель кафедры «Электрическая техника».

2. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники:

Электромагнитное поле / Л. А. Бессонов. – М. : Высш. школа, Адрес для переписки: semina_ia@mail.ru 2001. – 231 с.

3. Бинс, К. Анализ и расчет электрических и магнитных Статья поступила в редакцию 19.03.2013 г.

полей / К. Бинс, П. Лауренсон ;

пер. с англ. – М. : Энергия, © Е. Г. Андреева, А. А. Татевосян, И. А Семина 1970. – 376 с.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

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.