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 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |

«ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ Уфа 2011 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное ...»

-- [ Страница 4 ] --

сравнени показа ие ателей ка ачества электропр э ривода с ПИ-регу улятором,, автоматиизированн ным ПИ-регулято ором и регулятор ром на основе нечеткой й логики, ппоказали полную эффектив э вность Fuuzzy-регул ляторов ка по пок ак казателям м качества так и по нагр а, рузочном диапаз му зону, а именно – электр роприводд устойчив работа при нагрузка до 1,1 ном на всех ча во ает ах 1М астотах диапазона д а (0 ном) ).

Спписок литтературы 1. Ключев В.И. Теория эл лектроприивода: Учебник для вуз У зов.- М.:

Энергоат томиздат,,1985.- 5660с.

2. Стыскин А. В., Уразбах н хтина Н.Г Хусаи Г., инов И.З.. Основн ные типы ы синхронн ных дви игателей электроп приводов перемен нного то ока.//Элек ктронные е устройст и сист тва темы, межвузовск научн кий ный сборн ник, Уфа 2010. – С. 208 а, 212.

3. Рогинска Л.Э., Стыскин А. В., Уразбах ая н хтина Н.Г Имита Г. ационноее моделирование м машинно-в вентильны систем Вестн УГАТ Т. 7, №1 (14), ых м.– ник ТУ,, 2006. – С 83-93.

С.

4. С.В. Ла анграф, А.И. Сап А пожников А.С. Глазыри и др. Динамика в, Г Д а электроппривода с неччетким регулят тором. – Извеестия Томского Т о политехн нического универс о ситета, Т. 316, № 4, 2010.– С. 168- 4 С 3.

УДК 621.3. И. Я. БРАСЛАВСКИЙ, А. В. КОСТЫЛЕВ, Д. В. ЕСАУЛКОВА ФГАОУ ВПО УрФУ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАГРУЗОК В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЙРОСЕТЕВОГО АНАЛИЗА Прогнозирование нестационарной нагрузки необходимо для решения широкого спектра задач энергоэффективного управления электроприводами. В число факторов, осложняющих прогнозирование, входит отсутствие непосредственного доступа к данным о качественных изменениях в оцениваемой функции.

Наиболее перспективным приемом является разработка интеллектуальных моделей прогнозирования. Основу таких моделей составляют искусственные нейронные сети (ИНС) благодаря их способности аппроксимировать с любой заданной точностью произвольную непрерывную последовательность [1].

Для большинства реальных объектов можно выделить следующие основные составляющие момента сопротивления:

1. детерминированная составляющая, которая в принципе подлежит точному предсказанию;

2. вероятностная составляющая, которую можно предсказать с заданной степенью вероятности;

3. случайная составляющая, которую невозможно ни учесть, ни предусмотреть.

Поэтому при оценке свойств объекта исследования нужно выбирать такие признаки, для которых возможно уменьшение случайной составляющей, оценивание вероятностной составляющей и максимальное увеличение детерминированной части. Предлагаемый далее подход позволяет разрешить проблему путем введения в модель прогнозирования предварительной фильтрации данных с целью выделения аддитивных составляющих в динамике временного ряда и прогнозирования каждой такой составляющей в отдельности.

Для построения модели динамики нагрузки часто испльзуют вейвлет преобразование [4]. Одна из основополагающих идей вейвлет-преобразования сигналов заключается в разложении сигнала на две составляющие – грубую (аппроксимирующую сA) и уточняющую (детализирующую сD) – с последующим их дроблением с целью изменения уровня декомпозиции сигнала. В результате вейвлет-фильтрации получаются некоторые временные последовательности, в сумме дающие исходный временной ряд.

Результаты разложения удобно изображать графически в виде дерева, изображенного на (рис. 1). Полученные при разложении аппроксимирующие коэффициенты представляют сглаженный сигнал, а детализирующие коэффициенты описывают колебания. Следовательно, шумовая компонента больше отражается в детализирующих коэффициентах. Поэтому при удалении шума обрабатывают обычно детализирующие коэффициенты. Удаление шума реализуется с помощью метода пороговой обработки коэффициентов (трешолдинг) и заключается в обнулении значений коэффициентов, меньших некоторого порогового значения.

s cA1 cA2 … cAN cD1 cD2 … cDN Рис. 1. Дерево разложения Обучение ИНС и прогнозирование осуществляется для каждого уровня разложения в отдельности. Задача прогнозирования в общем случае сводится к получению оценки будущих значений упорядоченных во времени данных на основе анализа уже имеющихся. Прогнозируемой величиной являются значения временного ряда на интервале [T(n+1), T(n+f)], где T(n) – текущий момент времени, а f – интервал прогнозирования [1].

Моделирующий комплекс состоит из программных файлов, выполненных в системе MATLAB. Для решения задачи использовались два пакета расширения системы. Первый из них Wavelet Toolbox. Было выбрано пакетное вейвлет-преобразование, которое является обобщением вейвлет преобразования и предлагает более широкий спектр функций анализа сигналов и позволяет выбрать оптимальное разложение за счет свойства адаптивности к особенностям сигнала.

Второй пакет расширения – это Neural Network Toolbox, который помогает пользователю проектировать сети любой конфигурации и расширять область их использования.

Рассмотрим некоторый график нагрузки (рис. 2). Видно, что кривая момента имеет трендовую, циклическую и случайную составляющие.

Очевидно, что для решения задачи оптимального энергопотребления следует учитывать нестационарность данной кривой, обусловленной трендовой составляющей, параметры которой необходимо рассчитывать заранее. В рассматриваемом примере актуальным для планирования энергопотребления является прогноз трендовой составляющей длительностью равной периоду циклической составляющей Тц 6 о.е., параметры которой учитываются основным алгоритмом работы электропривода.

1. 1. 1. 1. M,o.e.

1. 1. 0. 0 10 20 30 40 50 t, o.e Рис. 2. График исследуемой нагрузки Пусть данная кривая имеет следующее аналитическое описание:

1 sin sin (1) 15 sin 30, где первые два члена выражения соответствуют трендовой составляющей, а остальные формируют циклическую составляющую. К данной кривой был добавлен белый шум, который относится к случайной составляющей.

Для выделения тренда принимается глубина разложения M = 6, а тип вейвлета – Добеши 6. После разложения производится очистка сигнала, путем вычисления шума на каждом уровне и вычисления его глобального порога.

Очистка от шума обнуляет высокочастотные составляющие. Далее для выделения циклической составляющей из очищенного восстановленного сигнала вычисляется полученная трендовая составляющая. Для улучшения однородности формы циклической кривой производится ее разложение при M = 3, используя биортогональный вейвлет порядка 5.5, после чего производится обнуление детализирующих коэффициентов. Тот же результат можно получить, используя функции выбора вейвлет-коэффициентов сигнала.

На (риc. 3) изображены трендовая и циклическая составляющие исходного сигнала, полученные при разложении.

1. M,o.e.

0. -0. - 0 10 20 30 40 50 t,o.e.

Рис. 3. Разложение исходного сигнала на составляющие, где 1 – трендовая, 2 – циклическая Далее трендовая составляющая очищенного сигнала используется для прогнозирования с помощью соответствующим им ИНС. В качестве ИНС была выбрана частично-рекуррентная сеть Эльмана, которая обладает обратной связью из скрытого слоя к входному. Количество нейронов в скрытом слое равно 5. Этот тип сетей успешно используется для предсказания временных рядов, поскольку именно рекуррентная сеть выучивает закономерности в последовательности величин [1,2,3]. Прогнозирование осуществляется по предшествующим значениям на один шаг вперед. В качестве критерия качества обучения была выбрана среднеквадратичная ошибка, равная 10-11 (рис. 4).

Рис. 4. Ст труктура и окно об бучения нейронно сети н ой Внначале сет обучал ть лась на шшаблонах, созданны по ме ых етоду скользящегоо окна с шшагом дискретиза ации, рав вным периоду ци иклическо составляющей ой й Тц 6 о.е. на инт тервале времени t = 040 o.e. Таки образо прим в им ом, меров дляя обучения было вс я сего 6, а средняя а абсолютн погреш ная шность п предсказан была ния а равна 23%. Для улучше ения сво ойств об бобщения для обучения я о я использо овались шшаблоны с различ чным ша агом дисккретизаци T=0,1:10:6 o.e.

ии:.

Это поззволило д достаточн увели но ичить количество обучаем мых шаб блонов и повысить качеств предска ь во азания на 10%.

а На (рис. 5) приведен результ прогн а н тат нозирован на тес ния стовом мнножествее на один шаг вп н перед тр рендовой составля яющей, которая в свою очередь ь сравнива ается с исходной составл й ляющей, построенной по аналити о ическомуу описанию и соста ю авляющей получен й, нной посл вейвлет-разлож ле жения.

Срредняя абссолютная ошибка прогнози я ирования по отношшению к исходной и й трендово состав ой вляющей состави ила 13,5% Дальн %. нейшее ккачество прогноза а вероятно возмож о жно улучшить с помощ щью подб бора бол лее оптиимальнойй архитект туры ИНС и увеличения кол С личества данных в ее входн векто ном оре.

Выыводы Такким обраазом, про оведенные исследо е ования предполаг п гают возм можность ь использо ования прредложен нного мет тода для анализа реальных кривых нагрузок р х к электроп привода, в частнос сти, где п предполаг гается во озникновеение разн нообразияя условий ее форммирования наприм в эле я, мер ектропривводе штан анговой гллубинно- насосной установ [5]. Сл й вки ледующей задачей исследования явл й й ляется по овышение е качества прогноз а зирования и решен задачи многош я ние и шагового ппрогнозиррования.

1. 1. 2 1. 1. M o.e.

0. 0. 0. 0. 45 50 55 60 65 70 75 80 t, o.e.

Рис. 5. 1 – исходная трендовая составляющая, 2—трендовая составляющая, полученная путем разложения, 3 – спрогнозированная трендовая составляющая на один шаг вперед Список литературы 1. Круг П.Г. Нейронные сети и нейрокомпьютеры: Учебное пособие по курсу «Микропроцессоры». – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 176 с.

2. Медведев В.С., Потемкин В.Г. Нейронные сети. МATLAB 6/ Под общ.ред. к.т.н. В.Г. Потемкина. – М.: Диалог-МИФИ, 2002.- 496 с. – (Пакеты прикладных программ;

Кн.4).

3. Павел Панфилов. Нейросетевые прогнозы в техническом анализе.

Журнал «Современный трейдинг», №3, 2001.

4. Смоленцев Н.К. Вейвлет-анализ в MATLAB. – М.:

ДМК Пресс, 2010. – 448 с.: ил.

5. Зюзев А.М., Нестеров К.Е. Исследование энергетических показателей электроприводов штанговых глубинно-насосных установок методами математического моделирования. Электротехника №9, 2004.

УДК 621.315. Ю. Ф. ШАРТДИНОВА, И. Х. ХАЙРУЛЛИН ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет ПРОВОД ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ При перемещениях теплого воздуха и при его соприкосновении над поверхностью земли с холодным воздухом, в пограничном слое этих двух масс воздуха создаются условия существования переохлажденных паров воды. При соприкосновении паров воды с частями конструкций линии электропередачи, температура которых (как и холодного воздуха) несколько ниже нуля, происходит образование той или иной формы ледяного покрова на проводах, тросах и опорах;

аналогично и мокрый снег также образует при указанных условиях смерзшуюся массу на конструктивных частях линии. Это явление, называющееся гололедообразованием (или просто гололедом), обычно происходит при незначительных отрицательных температурах воздуха (от — до —5°С, реже от —8 до —10°С) и при небольших скоростях ветра (до 10 м/с).

Интенсивность гололедообразования выше вблизи больших водных поверхностей и на наветренной стороне холмов, склонов гор, а также возрастает с увеличением высоты опор и отметок местностей над уровнем моря.

Гололедно-изморозевые отложения на проводах являются одними из основных внешних механических нагрузок, оказывающие существенное воздействие на воздушные линии электропередач, а, следовательно, влияют и на их технико-экономические показатели. Так, в зависимости от значений толщины стенки гололеда стоимость строительства и эксплуатации воздушной линии электропередачи может возрасти в несколько раз. С другой стороны, недоучет нагрузок приведет к снижению надежности ВЛ в ходе ее эксплуатации, что неизбежно вызовет перебои и срывы в их функционировании и как следствие, увеличение затрат на ремонт и восстановительные работы.

Башкирия принадлежит району интенсивного гололедообразования на проводах линий электропередач, поэтому данная тема считается актуальной и работа над ней имеет практический интерес.

Для достижения более эффективной борьбы с гололедом на ЛЭП предлагается разработать и исследовать самоочищающийся от гололеда провода.

В ходе достижения поставленной цели была произведена патентная проработка, в результате которой предложена новая конструкция самоочищающегося от гололеда провода.

Применение данного провода (за счет острых кромок жил) приведет к повышению эксплуатационной надежности ЛЭП. Благодаря чему предотвращается образование гололедных отложений и исключается появление опасных режимов гололедообразований и «пляски» проводов.

Провод линии электропередачи содержит две и более жилы. Согласно полезной модели, жилы имеют острые профилированные кромки, а между жилами расположен упругий диэлектрический материал, при этом жилы и упругий диэлектрический материал соединены между собой скруткой шагом h 100 200d, (1) где h шаг скрутки;

d диаметр провода.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На рисунке изображено сечение провода линии электропередачи с двумя жилами, так же есть возможность выполнить провод с большим количеством жил Провод содержит жилы 1, имеющие острые профилированные кромки.

Между жилами 1 расположен упругий диэлектрический материал 2.

При протекании переменного тока, будут происходить следующие явления: жилы 1 начнут притягиваться с ростом тока до амплитудного значения, при этом упругий диэлектрический материал 2 будет сжиматься, и кромки н начнут на аезжать на тело жи н илы, при этом буд происх дет ходить ср резание и сбрасыва ание голлоледа с провод да. С ум меньшениием силы тока упругий ы й диэлектр рический материа 2 начн ал нет оттаалкивать жилы 1.. Таким образом,, происход вибрация упр дит ругого дииэлектрич ческого материала,, из за которой м а й острые п профилированные кромки с срезают и сбрасыва голол [7].

ают лед Р 1. Сеч Рис. чение про овода лин электр нии ропередач чи Дополнител льный ток может в к включатьс как пос ся стоянно для районов, где е происход интен дит нсивное образован голол о ние леда, или периодич чески. Пр этом в ри первом сслучае гоололед не будет о е образовыв ваться во ообще (за счет ср а резания и сбрасываания голооледа из за виб брации осстрых проофилиров ванных крромок), а во второ случае применя ом е яется совм местно с устройсттвами для плавки гололеда я а электрич ческим тооком.

П Проведено матема о атическое модели е ирование и иссл ледование сил и е процессо возник ов, кающих в проводн нике, при составлеении моде были приняты ели ы следующ допущ щие щения:

ток в проводе не зависи от воз ит здушного зазора (т как мощности так м и передаваемые в линии, н несоизме еримо бол льше мощщности вибраций);

сила ттрения учитываетс коэффи ся ициентом вязкого т трения;

обе жжилы (для провода из двух жил) совершают в вибрации одной и и той же амплиту е уды, масс жил од сы динаковыы.

П Проводник с жил к лами мож жет быть предст ь тавлен, ккак двуххмассоваяя вибрациоонная сисстема [5] (рис. 2).

У Учитывая допущения, получ чили ураввнение, оп писывающ механические щее е колебаниия:

m q эм k ' тр х k x l x (2) ) где x ккоордина жил проводник аты п ка;

l расстояние между центрами жил провода;

е ц и k жжесткость пружины ь ы;

qэм электром магнитная сила.

я Рис. 2. Двухмассо Д овая вибр рационная система я а Ре ешив ура авнение (2) и состтавив маттематичесскую моде в при ель икладномм пакете M Mathematica, получ чили граффики завиисимостей амплиту й уды коле ебаний от т следующ показ щих зателей:

- сила ттока;

- жестккость диэл лектричес ской прок кладки;

- толщи диэле ина ектрическ прокл кой ладки;

- длина провода;

а ;

- коэфффициент трения;

т - сечени провод ие дов П Произведе анализ возникаю ен з ющих вибраций. Проанали изировав, сделаны, ы следующ вывод щие ды:

частот колеба та аний жил равна дво ойной час стоте сети и;

электрромагнитная сила возник а, кающая между жи м илами в проводе е пропо орциональ ьная квад драту тока а;

с увел личением толщины и жестк ы кости диэлектриче еской прокладки, а также коэффи е ициента трения амплиту уда коле ебания проводов п в умень ьшается;

при иззменении длины л и линии ампплитуда си не ме илы еняется.

Список литерату уры 1. Рудак кова Р.М. Вавило И.В, Голубков И.Е. М., ова ва Методы борьбы с б гололедо в элект ом трических сетях эн х нергосист тем. Уфа: УГАТУ, 2005. 187 7с.

2. Патен РФ № нт 061, МП ПК6 Н01 1В 5/08.. Провод линии д и электроппередачи / Ф.Р. Исм магилов, В.А. Макксимов. Опубл. 27..06.1996.

О 3. Исмаг гилов Ф. Р., Саттаровв Р. Р.

. Элекктромеханические е преобраззователи для вибр рационно техник Уфа: УГАТУ, ой ки. У 2008. 276 с 4. Шартддинова Ю. Ф., Хай Ю йруллин И. Х. Бо орьба с го ололедом на ЛЭП..

Научно исс следоватеельские проблем мы в области энерге етики и энергосб бережения Уфа: УГАТУ. я. У 010. 143 с.

5. Патент РФ № 103222, МКП H 01B 5/08. Провод линии электропередачи / Ф. Р. Исмагилов, И. Х. Хайруллин, Р. Р. Саттаров, Ю.Ф. Шартдинова. Опубл. 2010.

6. Дьяков А. Ф., Засыпкин А. С, Левченко И. И Предотвращение и ликвидация гололедных аварий в электрических сетях энергосистем.

Пятигорск: Южэнерготехнадзор, 2000. 284 с.

7. J.D. McCurdy, C.R. Sullivan and V.F. Petrenko. Using Dielectric Losses to Deice Power Transmission Lines with 100 kHz HighVoltage Excitation. EEE Industry Applications Society Annual Meeting, Oct. 2001, Chicago.

8. M. Landry, R.Beauchemin, A. Venne. Deicing EHV Overhead Transmission Lines by Shortcircuit Currents. HydroQubec, Varennes, QC 9. Герасименко А.А. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие/ А.А. Герасименко, В.Т. Федин. Ростов н/Д.:

Феникс;

Красноярск: Издательские проекты. 2006. 720 с.

УДК 621. К. М. ФАТТАХОВ ФГБОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет Р. К. ФАТТАХОВ ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОЙ (РАБОЧЕЙ) ЧАСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Будем придерживаться следующих определений (см., например, [1, 2]).

Механическая характеристика M f (s ) асинхронного двигателя имеет место при скольжениях 0 s 1. Части механической характеристики, заключенные в пределах скольжений sкр s 1 и 0 s sкр, называются соответственно ее неустойчивой и устойчивой (рабочей) частями.

В статье [3] показано следующее.

Наряду со сказанным в вышеуказанных определениях, механическую характеристику можно рассматривать состоящей также из следующих отдельных участков – участка АВС (в дальнейшем – участок 1 (см. рис. 1, а)) и участка ОА, соединяющего между собой точки О и А (в дальнейшем – участок 2). Участок 1 рассчитывается при проектировании машины (см., например, [4]) с учетом влияния явлений насыщения и вытеснения тока. Участок 2 в [4] получается соединением точек О и А просто прямой линией (см. рис. 1, б).

Однако при таком подходе точка номинального режима не всегда находится на этой прямой. Поэтому в [3] предлагается следующий двухэтапный метод построения участка 2. На первом этапе рассчитывается механическая характеристика ODEFG без учета влияния явлений насыщения и вытеснения тока (рис. 1, в) по формуляру, приведенному в [3]. На втором этапе осуществляется сопряжение кривых АВС и ODEFG применением к ним приема графической интерполяции. В результате этого образуется криволинейный отрезок ЕА, соединяющий графики АВС и ODEFG (см. рис. 1, в). Таким путем получается результирующая кривая ODEАВС механической характеристики асинхронного двигателя, показанная отдельно на рис. 1, г. В этом случае участок 2 данной характеристики представляет собой кривую линию ODEА.

Таким образом, из вышеуказанного следует, что устойчивая (рабочая) часть механической характеристики ODEАВ состоит из трех нелинейных отрезков, два из которых (ODE и АВ) рассчитываются аналитически, а третий (ЕА) – методом графической интерполирования. В этих условиях не вызывает сомнения то, что точность определения электромагнитных моментов, на первых двух отрезках выше, чем на третьем, так как на последнем эта точность во многом зависит от таких субъективных факторов, как опыт и интуиция расчетчика.

Поэтому целью настоящей статьи является найти метод аналитического определения значений электромагнитных моментов на устойчивой части механической характеристики, в котором указанный субъективный фактор был бы исключен.

Эта цель достигается ниже следующим образом.

Возьмем общую формулу Клосса 21 asкр M. (1) s sкр Mm 2asкр sкр s В [5] выведено, что критическое скольжение в этой формуле может быть найдено так:

s sкр н 2, (2) где коэффициент 1 2asн 1. (3) Поделим числитель и знаменатель левой части формулы (1) на номинальный электромагнитный момент M н. Тогда будет M M Mн M.

Mm Mm Mн Подставив это выражение в формулу (1), придадим ей следующий вид:

21 asкр M.

s sкр 2asкр sкр s Отсюда следует, что относительный электромагнитный момент можно рассчитать по выражению 21 asкр M. (4) s sкр 2asкр sкр s Чтобы применить это выражение, возьмем конкретный пример – трехфазный (m1=3) асинхронный двигатель с короткозамкнутым двигателем серии 4А, рассчитанный в [4], где его механическая характеристика определяется в процессе проектирования машины следующим образом.

M M 3 В В A A 2 C C 1 0,2 0,4 0,6 0,8 1 s 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 s а) б) M M 3 3В AF F 2 E E C 1 D D G G 0,2 0,4 0,6 0,8 1 s 0,2 0,4 0,6 0,8 1 s 0 в) г) Рис. 1. Графики участков механической характеристики асинхронного двигателя:

а – кривой АВС участка 1;

б – линейное представление участка 2 (отрезок ОА) по [4], совмещенного с участком 1;

в – кривой ODEFG механической характеристики, рассчитанной без учета влияния явлений насыщения и вытеснения тока;

г – получение результирующей кривой механической характеристики по предлагаемому в настоящей статье методу Вначале в качестве исходных данных для расчета в [4] принимаются номинальные данные асинхронного двигателя (см. табл. 1). Затем в ходе проектирования эти данные уточняются (табл. 2), определяются параметры схемы замещения (см. рис. 2 и табл. 3), с помощью которых рассчитываются рабочие характеристики асинхронного двигателя (см. [4, табл. 9.36, с. 467]).

Далее, на завершающей стадии проектирования, определяются пусковые характеристики (см. [4, табл. 9.38, с. 470]), из которых зависимость M f s представляет собой механическую характеристику асинхронного двигателя.

Свойства последней подробно исследованы в статье [3], где показано, что расчетные значения координат точек механической характеристики во взятом примере после проведения графической интерполяции выражаются данными первой строки табл. 4.

Имея в виду все вышесказанное, теперь применим к взятому примеру формулу (4) следующим образом.

Таблица Исходные значения номинальных данных н cos н Pн, Вт U1, В n1, об/мин f1, Гц 15000 380/220 1500 0,88 0,88 Таблица Уточненные значения номинальных величин и перегрузочной способности n1, nн, н cos н Pн, Вт U1, В sн f1, Гц об/мин об/мин 14970 380/220 1500 1464 0,024 0,892 0,894 2,59 Используя значения активных сопротивлений R1 и R2 обмоток статора и ротора (см. табл. 3), определим величину коэффициента R 0, a 1 1,909.

R2 0, Далее, имея ввиду эту величину, а также взяв значения перегрузочной способности и номинального скольжения sн из табл. 2, по формулам (3) и (2) найдем величины коэффициента и критического скольжения sкр так:

1 2 1,909 0,0241 2,59 0,854;

0, 2,59 2,592 0,854 0,141.

sкр 0, 21X2 21R2/s 1X 1R -I I1 X R R U I X Рис. 2. Уточненная Г-образная схема замещения асинхронного двигателя Таблица Параметры схемы замещения R1, Ом R2, Ом X 1, Ом X 2, Ом X k, Ом R0, Ом X 0, Ом 0,355 0,186 0,673 0,912 1,585 1,47 27,14 1, Теперь зададимся рядом значений скольжений s, используемых в табл. 4, и по ним с помощью формулы (4) произведем расчеты соответствующих значений относительных моментов М. Затем занесем эти значения во вторую строку табл. 4.

После этого произведем сравнение полученных результатов с данными первой строки этой таблицы с помощью следующей формулы относительной погрешности М М М % 2 100. (5) М Здесь М 1 и М 2 представляют собой значения относительных моментов, приведенных в первой и второй строках табл. 4. Результаты сравнения, проведенные по формуле (5), сведем в третью строку этой таблицы. Тогда, как легко видеть из анализа данных этой строки, расхождения в расчетах, полученных в первой и второй строках табл. 4, в пределах скольжений 0 s sкр не превосходит значений М % 4 %. Расчеты, проведенные с другими вариантами асинхронных двигателей, показывают, что обобщенно можно считать, что погрешность расчета по общей формуле Клосса не превосходит значений М % 3 6%, что вполне приемлемо для проведения практических расчетов.

Следовательно, найден аналитический метод расчета устойчивой части механической характеристики асинхронного двигателя, который не зависит от каких-либо субъективных факторов. Этим методом является использование общей формулы Клосса для указанного расчета.

Материалы настоящей статьи и статьи [3] тесно связаны между собой.

Поэтому из них можно сделать следующий общий вывод.

Расчет механической характеристики, осуществляемый при проектировании асинхронного двигателя, следует проводить следующим образом. Участок 1 этой характеристики, заключенный в интервале скольжений 0,1 s 1, следует рассчитывать с учетом влияния явлений насыщения и вытеснения тока по методу [4], а участок 2, заключенный в интервале скольжений 0 s sкр, – по методу, предлагаемому в настоящей статье или в [3].

Таблица Координаты точек механической характеристики Скольжение s № Расчетная Получены sн = п/п величина 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0, =0, 1 в [3] 0,227 0,449 0,66 0,855 1 1,037 1,2 1,514 1, M M M н 21 asкр M в данной s sкр 2 0,228 0,447 0,654 0,85 0,999 1,034 1,206 1,512 1, статье 2asкр s sкр M (2) M (1) в данной M % 3 0,441 -0,459 -0,834 -0,53 -0,14 -0,25 0,506 -0,105 0, статье M ( 2 ) Окончание таблицы Скольжение s № Расчетная Получены sкр = sЕ = sА = п/п величина 0,07 0,08 0,09 0,2 0,5 0,8 =0,06 =0,1 =0, 1 в [3] 1,918 2,07 2,22 2,35 2,45 2,59 2,54 1,82 1,52 1, M M M н 21 asкр M в данной s sкр 2 1,984 2,156 2,292 2,4 2,474 2,59 2,47 1,506 1,124 0, статье 2asкр s sкр M (2) M (1) в данной - - - M % 100 -26, 3 3,441 3,256 1,986 0,98 0 40, статье 2,869 2,752 17, M ( 2 ) Список литературы 1. Пиотровский Л.М. Электрические машины. – Л.: Энергия, 1974.

2. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. – М. – Л.:

Энергия, 1965, - т. 2. – 704 с.

3. Фаттахов К.М., Фаттахов Р.К. Исследование устойчивой (рабочей) части механической характеристики асинхронного двигателя // В настоящем сборнике.– С. 98.

4. Проектирование электрических машин / Копылов И.П. (ред.) – М.:

Высшая школа, 2002. – 757 с.

5. Фаттахов К.М. Формула Клосса, полученная с использованием уточненной Г-образной схемы замещения асинхронной машины. – Электричество, 2005, № 8. – С. 48 – 51.

УДК 621. Р. Р. САТТАРОВ, А. Ш. ГАРЕЕВ ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет ВЛИЯНИЕ ГРУППЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ НА ГЛУБИНУ ПРОВАЛОВ НАПРЯЖЕНИЯ У ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ В СЕТИ 110 кВ Актуальность вопроса качества электроэнергии растет с каждым днем.

Увеличивается количество электроприемников, чувствительных к качеству электроэнергии, усложняется технология производства в промышленности, что так же влечет к увеличению требований по качеству электроэнергии. В связи с этим, недостаточный уровень качества электроэнергии, поставляемой электроснабжающей организацией, может привести к большим убыткам для нее же, так как электроснабжающая организация будет вынуждена нести ответственность за убытки вызванные некачественной электроэнергией.

Следовательно, возникает необходимость повышения качества электроэнергии.

Вся микропроцессорная техника, все производство работающее на асинхронных электродвигателях очень чувствительны к кратковременному снижению напряжения. Это явление характеризуется таким показателем качества электроэнергии как провал напряжения. По [1] провалом напряжения называется внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9 UНОМ, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд. Провалы напряжения характеризуются тремя показателями: глубина, длительность и частость. ГОСТом нормируется только длительность провалов напряжения в сетях до 20 кВ. Однако, в п. 1.2.13 ПУЭ [2] нашла отражение необходимость учета возможного провала напряжения при проектировании и эксплуатации электроэнергетических систем любого класса напряжения, и не только по длительности.

Основной причиной провалов напряжения в сетях 110 кВ являются короткие замыкания, а эти провалы напряжения, в свою очередь, переходят через трансформаторы на низшие уровни напряжения к потребителям. В этих случаях, при несимметричных коротких замыканиях, значительное влияние на глубину провала напряжения оказывает группа соединения обмоток трансформатора.

Для установления влияния группы соединения обмоток трансформатора на глубину провала напряжения были рассчитаны провалы напряжения для всех возможных групп и режимов работы нейтралей при однофазных, двухфазных на землю и двухфазных металлических коротких замыканиях.

Расчеты велись на программе «Расчет преобразования несимметрии напряжения при переходе через трансформаторы» [3]. Данная программа написана на основе матричного метода рассмотренного в [4].

С помощью выше упомянутой программы были рассчитаны напряжения всех фаз за трансформатором при всех возможных группах соединения обмоток трансформаторов и всех возможных сочетания групп соединения обмоток с режимами работы нейтралей, для всех несимметричных коротких замыканий.

Результаты расчетов сведены в таблицу (табл. 1), где для всех групп соединения обмоток трансформаторов и режимов работы нейтрали указаны значения модуля и угла напряжения всех трех фаз для каждого вида короткого замыкания. Как правило, при контроле провалов напряжения рассматривают только наибольшую глубину провала в трех фазах. Поэтому при анализе расчетов не рассматривают углы напряжений, то есть искажение симметрии.

Проанализировав данные таблицы (табл. 1) можно сделать следующие выводы:

1) В случае заземления нейтрали трансформатора наиболее выгодно, с точки зрения влияния на провалы напряжения, использовать трансформаторы 2, 6 или 10 групп соединения обмоток. Так как для них наименьшее остаточное напряжение из трех фаз будет равно 0,67UНОМ – при однофазном КЗ, 0,33UНОМ – при двухфазном КЗ на землю и 0,5UНОМ – при двухфазном металлическом КЗ, что выше чем для других групп соединения обмоток трансформатора.

2) В случае изолированной нейтрали трансформатора наиболее выгодно использовать трансформаторы 1, 3, 5, 7, 9 или 11 групп соединения обмоток.

Так как при однофазном КЗ наименьшее остаточное напряжение из трех фаз будет равно 0,58UНОМ, что выше чем для других групп, а для других видов КЗ выгоднее использовать остальные группы соединения обмоток, однако, они случаются значительно реже, чем однофазные КЗ.

Таблица Результаты расчета перехода провала напряжения через трансформатор Группа Виды короткого замыкания Режим К(1) К(1,1) К(2) соединения работы обмоток нейтрали U U U тр-ра 0,3333 0,00 0,6667 0,00 1,0000 0, изол.

0,8819 -100,89 0,3333 0,00 0,5000 180, 0,8819 100,89 0,3333 0,00 0,5000 180, 0, 4, 0,0000 0,00 1,0000 0,00 1,0000 0, заземл.

1,0000 -120,00 0,0000 0,00 0,5000 180, 1,0000 120,00 0,0000 0,00 0,5000 180, 0,5774 -60 0,5774 0,00 0,8660 0, изол.

0,5774 -120 0,5774 0,00 0,8660 180, 1,0000 90 0,0000 0,00 0,0000 0, 1, 3, 5, 7, 9, 11 0,5020 -95,10 0,9107 0,00 0,8660 0, заземл.

0,7981 -141,21 0,2440 0,00 0,8660 180, 1,0541 108,43 0,3333 0,00 0,0000 0, 0,8819 -79,11 0,3333 0,00 0,5000 0, изол.

0,3333 -180,00 0,6667 0,00 1,0000 180, 0,8819 79,11 0,3333 0,00 0,5000 0, 2, 6, 0,8819 -100,89 0,6667 0,00 0,5000 0, заземл.

0,6667 -180 0,3333 0,00 1,0000 180, 0,8819 100,89 0,6667 0,00 0,5000 0, Так как в Росси стандартизованы только 11-я и 0-я группы соединения обмоток трансформаторов произведем сравнение их между собой. Для случая изолированной нейтрали при однофазном КЗ выгоднее использовать 11-ю группу соединения обмоток трансформатора, так как при этом наименьшее остаточное напряжение из трех фаз будет равно 0,58UНОМ, а для 0-й группы соединения обмоток трансформатора - 0,33UНОМ, что почти вдвое меньше. При других рассматриваемых видах КЗ при 11-й группе соединения обмоток, напряжение в одной из фаз снижается до нуля, а при 0-й группе соединения обмоток сохраняется на уровне 0,33UНОМ при двухфазном КЗ на землю, и 0,5UНОМ при двухфазном металлической КЗ. Для случая заземленной нейтрали при однофазном КЗ выгоднее использовать 11-ю группу соединения обмоток трансформатора, так как при 0-й группе соединения обмоток напряжение на одной из фаз снизится до нуля при однофазном КЗ, и напряжения двух фаз из трех снизятся до нуля при двухфазном КЗ на землю. А при двухфазном металлическом КЗ напряжение на одной из фаз снизится до нуля уже при 11-й группе соединения обмоток трансформатора, а при 0-й группе соединения на одной из фаз напряжение не изменится, а на двух остальных уменьшится вдвое.

Исходя из выше изложенных анализов и учитывая что наиболее частой является однофазное КЗ, то есть считая этот вид аварии доминирующим при выборе группы соединения обмоток трансформаторов можно сделать вывод что наиболее предпочтительной с точки зрения влияния на провалы напряжения является трансформатор с 11-й группой соединения обмоток.

Список литературы 1. ГОСТ 13109-97: Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения.

2. Правила устройства электроустановок. – 7-е изд. - М.: Издательство НЦ ЭНАС, 3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011611789. Расчет преобразования несимметрии напряжений в распределительной сети. Гареев А.Ш., Тимербулатов Т.А., АхметзяновР.Ф.

28.02.2011 год.

4. Гареев А.Ш. Матричный метод расчета преобразований провалов напряжения электрической сети // Материалы докладов V Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» / Под общ. ред. д ра физ-мат. наук, проф. Ю.Я. Петрушенко. В 4 т.;

Т. 1. – Казань: Казан. гос.

энерг. ун-т, 2010. – 284 с.

УДК 621.314. А. А. МИХЕЕВ, М. П. ДУНАЕВ ФГБОУ ВПО Иркутский государственный технический университет ПУТИ МОДЕРНИЗАЦИИ ЛЕСОСУШИЛЬНЫХ КАМЕР С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ Радикальным методом снижения энергозатрат на камерную сушку является применение естественной циркуляции сушильного агента.

К преимуществам камер с естественной циркуляцией воздуха можно бесспорно отнести следующее:

1. Простота конструкции;

2. Относительно более низкая стоимость самой камеры и, соответственно, более низкий уровень амортизационных затрат;

3. Отсутствие затрат электроэнергии на привод вентиляторных узлов и их обслуживание;

Наряду с указанными преимуществами камеры с естественной циркуляцией имеют и существенные недостатки:

1. Неравномерное высыхание материала по высоте штабеля (низ штабеля несколько «отстает»);

2. Низкий коэффициент заполнения штабеля пиломатериалом, вследствие необходимости укладки со шпациями;

3. Относительно большая продолжительность процесса сушки.

Согласно сложившемуся мнению [1-3] причины недостатков камер с естественной циркуляцией воздуха кроются в крайне низкой скорости циркуляции (в пределах 0,2 м/с). Действительно, с увеличением скорости циркуляции воздуха по материалу сокращается продолжительность сушки и увеличивается производительность камер, но возрастают эксплуатационные расходы. При малой скорости движения воздуха доски просыхают неравномерно, наблюдается перепад влажности материала, лежащего у входа воздуха в штабель и выхода из него. Проходя через штабель, воздух увлажняется. При малой скорости движения часть пути он проходит в насыщенном состоянии и поэтому не может захватывать с собой влагу из досок, лежащих относительно дальше от входа в штабель. Если скорость воздуха сравнительно большая, то благодаря большому количеству его и быстрому прохождению по материалу, каждое место штабеля равномерно омывается воздухом. Также на поверхности древесины вследствие ее шероховатости образуется слой покоящегося воздуха, который задерживает переход влаги из древесины в окружающую среду. Для перемещения насыщенного слоя и замены его более сухим необходимо увеличить скорость циркуляции воздуха. Этого можно добиться путём установки вентилятора.

Наиболее экономичным [4-6] для процессов сушки является применение дискретной (прерывистой) циркуляции сушильного агента. Продолжительность циклов циркуляции и пауз в работе вентилятора зависит от породы древесины, геометрических размеров, сечений и влажности пиломатериалов. При этом переменному тепло- и массообменному воздействию подвергается лишь тонкий, поверхностный слой материала. Возникают затухающие тепловые волны, совершающие гармонические колебания от поверхности внутрь материала. Чем труднее просыхает материал (толще сортимент, плотнее древесина, ниже текущая влажность) и выше скорость воздуха, тем больше относительное время пауз. Процесс миграции влаги из средних зон материала продолжается непрерывно и при периодически отключенном вентиляторе.

Это позволяет достичь:

- двух- четырехкратного сокращения расхода электроэнергии при сушке большинства сортиментов (больше для трудносохнущих сортиментов и материалов, при повышенных требованиях к качеству сушки, до более низкой конечной влажности, а также в теплое время года);

- гибкого регулиирования приведе я енной сре едней ск корости воздуха в в штабеле в прод должении всего процесса сушки. Наприм и а мер, в условиях х применения регу улируемо ого элект тропривод (1500 – 1000 – 750 об/мин) да 0 ) потребляяемая мощщность из зменяется как 8;

3,4;

1;

я - более равномеррного проосыхания древесин по объ я ны ъему штаабеля, т.е..

повышен качес ния ства сушк за счет высоких абсолют ки т х тных скор ростей во оздуха по о материал с прерывистой циркуляц лу цией по сравнению с линей ю йными ско оростями и при непррерывной циркуляц при с й ции сравнимы удельных расход энерг ых дах гии;

- сокращ щения прродолжит ельности процесса сушки.

а Таккже снижжение прродолжит тельности сушки возможн осуще и но ествить с помощью примен ю нения осцииллирующ режи щих имов.

Суущность ц циклового (осцилл о лирующег прогре заклю го) ева ючается в том, что о общее врремя суш по сту шки упеням реежима деллится на циклы пррогрева материала м а и его ох хлаждени по но ия ормативно их пр ой родолжит тельности Темпер и. ратурный й разрыв ммежду цииклами пррогрева и охлажде ения принят в прееделах 10 – 15 С (рис.1) Рис. 1. Структур осцилл ра лирующег режима сушки в камере го а с естестве енной цир ркуляцией й температур 0С;

tц.о. – температура циклов ждения, 0С;

tц.н. – tн – н начальная т ра, вого охлаж температу циклово нагрева 0С;

пр. – продолжительность первоначал ура ого а, п льного проогрева, час;

ц. – пр родолжител льность циклового пррогрева, час ц.о. – про с;

одолжителльность цик клового охлааждения, час;

о – про одолжителльность отк крытия вытяжного кан нала, час;

охл. – проддолжительн ность конеччного охлаж аждения, ча tц – ам ас;

мплитуда оосциллиров вания тем мпературы, С.

, Сн начала теемператур в ка ра амере по овышаетсся, повыышая тем самым м м температтуру веррхних сл лоёв дре евесины. При последую п ющем по онижениии влажност и те ти емператур возду ры уха в ка амере нааружные слои др ревесины ы начинаю отдават ют ть влагу в резул у, льтате чег их тем го мпература станови а ится ниже е температтуры внуутренних слоёв. В этом и заклю ючается основной смысл й л применения осцииллирующ режим щих мов, т. к. продвиж. жение вла проис аги сходит от т более на агретых сл лоёв к менее нагре етым. Так образ ким зом, главн преим ное муществоо режима заключае ется в ус скорении сушки. Помимо этого, ус П сушка происходитт равномеррнее, т. к. периодическое увлажне е ение нар ружных с слоёв при иводит к устранен нию опасн напря ных яжений.

В лаборат тории В-113 Ир В ркутского Госуда о арственно ого Техннического о Универрситета сммонтиров стенд модели ван д, ирующий лесосуш шильную камеру с комбиннированно систем ой мой, раб отающую с прим ю менением осцилли м ирующихх режимо сушки.

ов Ри 2. Общ вид к ис. щий камеры лаабораторнного стенд да:

1 – на агреватели, закрыт защит тые тным кож жухом;

2 – испыту уемый шта абель;

3 – возд духовод от осевого вентилят т о тора;

4 – впускной клапан;

в й 5 – датчи влажн ики ности и т температу уры;

6 – выпускной клапан.

й Ст тенд преддставляет собой ккамеру с естественнной цирркуляцией (рис.2), й, где возддух нагреевается посредств п вом ТЭННов (тепл лоэлектроонагреват телей). К камере пподключе осевой вентиля ен й ятор с авттоматичес ской систтемой упправления я (на основ преобр ве разовател частоты Danfoss Период ля ы s). дически, с согласно текущимм значенияям парам метров сушильно с ого агент (конт та тролирую ются с помощью п ю датчиков вентил в), лятор вкллючается на проду камеры открыв ув ы, ваются вппускной и выпускной клапа аны. Таки образ им зом, под действием избыт точного давленияя внутри камеры увлажнё ённый в воздух удаляется в окру у ужающую среду;

ю ;

одновремменно с этим штаббель охлаж ждается.

До остигнув заданных значен х ний темпе ературы и влажн ности, вентиляторр автоматиически отключае ется и продол лжается сушка с естественной й циркуляццией.

Таким образом, реализуются:

- увеличение скорости прохождения воздуха по штабелю;

- прерывистая циркуляция агента сушки;

- осциллирующие режимы (нагрев штабеля – с помощью ТЭНов, охлаждение – за счёт обдува).

Вкупе с применением современной автоматики такое сочетание способно улучшить показатели сушки.

Список литературы 1. Селюгин Н.С. Сушка древесины / Н.С. Селюгин. – М.:

Гослестехиздат, 1940.

2. Кречетов И.В. Сушка пиломатериалов. / И.В. Кречетов. – М.:

Гослестехиздат, 1946.

3. Альтшулер И.С. Расчет сушильных камер для древесины. / И.С.

Альтшулер. – М.: Гослесбумиздат, 1953.

4. Кречетов И.В. Сушка древесины / И.В. Кречетов. – М.: Лесная промышленность, 1977.

5. Кречетов Н.В. Эффективность режимов сушки пиломатериалов с прерывистой циркуляцией воздуха / Н.В. Кречетов // Рациональное использование энергетических ресурсов при сушке пиломатериалов. – Саласпилс, 1983.

6. Михеев А.А. Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири/ Дунаев М.П., Михеев А.А. // Материалы МНПК. – Иркутск, 2010 – С. 50- УДК 621.317:621. А. В. СТЫСКИН ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет ПРИМЕНЕНИЕ СВОЙСТВА РАЗВЕТВЛЕННЫХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ СЕРДЕЧНИКОВ ПРИ СИНТЕЗЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ Распределение магнитного потока в разветвленном сердечнике часто носит довольно сложный характер и зависит от степени прямоугольности петли гистерезиса [1]. При этом характеристики сердечников одинаковой формы, но изготовленных из ферромагнитных материалов с различной прямоугольностью петли гистерезиса, могут существенно отличаться друг от друга. Для разветвленных сердечников с прямоугольной петлей гистерезиса и при отсутствии рассеяния имеем L dФ i 0, i 1 dt где L – число разветвленных сердечников, сходящихся в одной точке, L3, т.е. сумма магнитных потоков в любом узле равна нулю [1].

Из этого слледует неевозможноость насыыщения нечетного числа стержней, н о с, имеющи одинак их ковое поперечное сечение S. След е е довательн если поток в но, среднем стержне равен нулю, то по отоки краайних стерржней доолжны бы равны ыть ы и взяты с противооположны знака ыми ами.

И наоборот если тр ветви и т, ри имеют оббщий узел то дост л, таточно в двух из з них установить одинаков вый пото чтобы «разма ок, ы агничиватть» треть ветвь ью ь (получит в ней нулевой поток) независи ть й й имо от его площ е щади поп перечногоо сечения.

Ур разветвле енных сер рдечнико может наблюда ов аться необбратимое влияние е е отдельны МДС или ток ых ков на ммагнитно состоя ое яние магн нитопроввода, что о невозможжно у н неразветв вленных сердечни иков. Эт необр то ратимое действие е обусловллено тем, что при перемагн, ничивани какой-либо, вет серде ии тви ечника из з материал с прям ла моугольно петлей гистере ой й езиса маггнитный поток эт ветви той и проходит целиком по наиболее кор т м роткому (или коро отким) из всех возможных з х путей ннезависим от ве мо еличины перемагн ничивающщей МД ДС. Поэтому при и магнитно состоя ом янии магннитопровоода, состо оящего из трех стеержней (р 1, а), рис., соответс ствующем расположению первичн м ной обмо отки на первом стержне, единствеенный пут для изм ть менения п потока тр ретьего ст тержня леежит чере первый ез й стерженьь.

Пр исслед ри довании и практи ическом использов и вании прриращений потока й а одного сстержня между двумя дру угими моожно для последн них легко создать о ь одинаковвые исхо одные ма агнитные состоян ния, соответствуюющие оди инаковымм функция B r( b ) и знач ям чениям H0 [1] а б Рис. 1. Р Разветвлен нные магн нитопров воды разл личных ко онструкти ивных и исполнени ий Дл этого д ля достаточн выбрат срержн одинак но ть ни ковыми по сечению (рис. 1, о ю, б). В час стном слу учае во вс трех стержнях могут быть устан сех х новлены значения я потоков Ф01 = Ф02 = Ф03 = 0.

Согла асно исследовани иям Дж жианола и Кро оулей [1], для [ я разветвлленных ссердечник ков аналоогичных, изображженному на рис. 1, а и изготовлленным и разных марок ф из х ферритов (в/а = 1;

с 0,3а были получены а) п ы следующщие резул льтаты: при пере емагничи ивании сердечник ков импуульснымии токами. Начиная с некот торого зн начения импульсного тока дальней и а, йшее егоо повышен ние (в 7 раз) практиче ески не сказывал лось на установ вившемсяя перерасппределени потоко между стержням ии ов ми.

Для сердечников той же формы, но из другого феррита с прямоугольной петлей гистерезиса и соотношением в/а = 0,68 Болдвин получил противоположный результат [1]. Начиная с некоторой амплитуды перемагничивающего тока I1, дальнейшее ее повышение приводило к уменьшению приращения потока Ф2 в ближайшем стержне и увеличению приращения потока Ф3 в дальнем стержне. Сущность этого явления заключается в том, что при недостаточной прямоугольности петли гистерезиса поток, устанавливающийся в перемагничиваемом стержне под действием большого тока I1, принимает значение Ф1m, намного превышающее значение потока Ф1r этого стержня. Поток Ф1m не только достаточен для доведения потока второго стержня до величины Ф2 Ф2r, (S1 S2), но и для изменения потока третьего стержня на величину Ф3 = Ф1m - Ф2r. Поток в этом стержне начинает увеличиваться, когда Ф1 достигнет значения, равного примерно Ф1r= Ф2r, т.к. дальнейшего повышения Ф2 требуется создать во втором стержне МДС F. Суммарное приращение потоков Ф2 и Ф3 будет превышать приращение потока первого стержня Ф1 на некоторую величину Фрас из-за наличия потока рассеяния у намагничивающей обмотки, который частично проникнет во второй и в третий стержни.

Ф2 + Ф3 = Ф1 + Фрас Ф1.

После спада намагничивающего тока до нуля поток первого стержня уменьшится на величину Ф1m – Ф1r, а сумма потоков второго и третьего стержней должна уменьшиться на такую же величину и еще на величину потока рассеяния Фрас, проникающего в эти стержни. Уменьшается на указанную величину (Ф1m – Ф1r - Фрас) главным образом поток второго стержня, расположенный ближе к первому (при Ф1 Ф1r возникает размагничивающая МДС приложенная ко второму и третьему стержням и создающая большую напряженность во втором стержне).

Основные свойства разветвленных сердечников можно применить для параметрических трансформаторов. Рассмотренные нежелательные явления возможны в параметрических трансформаторах, построенных на разветвленных сердечниках, если их первичную обмотку располагать на одном из крайних стержней [2, стр. 116, рис. 4.3], [3, рис. 1] или на среднем до магнитного шунта [3, рис. 2-5].

Лучшие результаты могут быть получены при расположении первичных обмоток на среднем стержне, тогда магнитные потоки Ф1 = Ф3 будут противоположны, таким же образом должны быть включены и выходные обмотки на крайних стержнях (резонансная обмотка может быть расположена как на среднем стержне, так и на крайних стержнях (рис. 2). Соотношение размеров паратранса лучше выбрать из условия в/а = 1;

с 0,3а, так как материал магнитопровода может иметь недостаточную прямоугольность петли гистерезиса.


Рис. 2. Конфигу урация раз зветвленн ного сердечника дл паратр ля ранса По оток Ф2т достаточ чен для доведени поток ия ков крайнних стер ржней доо величины Ф2 ~ Ф2 r, и Ф1 ~ Ф1 r (S1= 2).

ы =S По оскольку о крайн стерж распо оба них жня оложены на одинааковом ра асстоянии и от средннего сте ержня и их сече ения равны, то их поток также равны.

ки е.

Размагниичивающа МДС потока рассеива ая ания, прииложенна ко пе ая ервому и второму крайним стержням и созда м ающая в них больш н шую напрряженнос также сть е равна, поэтому ппоток расссеяния Фрас нама агничиваю ющей пер рвичной обмотки,, который частично проника в перв о ает вый и тре етий стержни при соответст твующемм соединен выхо нии одных обм моток не будет вллиять на работу п паратранса ни при и намагниччивании ссреднего стержня, ни при размагнич р чивании ег его.

В связи с этим, предла, агаемая симметр ричная к конструкц ция какк магнитоппровода, т и вых так ходных об бмоток дл паратранса боле целесообразна ля ее Cпис литера сок атуры 1. Розенбла М. А.. Магнитн элеме ат ные енты авто оматики и вычислительнойй техники. – М.: На. аука, 1966 – 329с.

6.

2. Задерей Г.П. и др. М Многофун нкциональьные тр рансформааторы в средства вторич ах чного элеектропитаания/ Г.П П.Задерей, П.Н.Заи, ика.– М.: Радио и связь, 989.– 176 с.

3. Агафонов А. И. Парам И метрический трансформат тор, патент RU,, № УДК 681. Д. В. КОЗЛОВ ФГБОУ ВПО Тульский государственный университет МЕТОД АППРОКСИМАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ В ЗАДАЧЕ ОПТИМАЛЬНОГО БЫСТРОДЕЙСТВИЯ 1. Введение и постановка задачи Рассмотрим линейный неосциллирующий объект dX t AX t Bu t, (1) dt где X n1 n – вектор отклонений фазовых координат от заданной траектории движения;

Ann – матрица параметров объекта;

Bn1 – вектор-столбец с элементами bi 0, i 1n 1, bn 1;

u – управляющее воздействие.

Как известно [2], решение задачи оптимального по быстродействию управления объектом (1) при ограничении на управление ut 1 имеет вид u sign, (2) где – некоторая функция, зависящая от координат объекта x1, x2,, xn, называемая поверхностью переключения.

Получить уравнение поверхности переключения в явном виде возможно лишь для немногих систем, имеющих порядок, как правило, не выше третьего.

Неизвестно ее аналитическое представление даже для системы из n последовательных интегрирующих звеньев при n 4.

Для систем большой размерности поверхность переключения может быть определена табличным способом, то есть с помощью массива чисел xn, соответствующих выбранным значениям переменных x1, x2,, xn1. Таким образом, возникает задача аппроксимации поверхности переключения g x1, x2,, xn1 xn 0 с помощью близкой к ней поверхности h x1, x2,, xn1 xn 0.

2. Метод аппроксимации Дж. де Рооя В статье [10] функция h x1, x2,, xn1 ищется в виде отрезка степенного ряда с неизвестными коэффициентами перед всевозможными произведениями координат объекта. Для аппроксимации предлагается следующая процедура.

Решая уравнения объекта по-Фельдбауму в "обращенном времени" [9], необходимо определить координаты изображающей точки объекта на всех интервалах движения в фазовом пространстве. Если за Ym1 обозначить вектор, содержащий m известных точек x n, принадлежащих поверхности, за Dm p – матрицу, составленную из p значений всевозможных произведений координат и за K p1 – вектор неизвестных коэффициентов ряда, то вектор ошибок аппроксимации можно вычислить как E Y DK. (3) Для определения вектора коэффициентов K p1 используется весовой метод наименьших квадратов [11, p. 110-112], согласно которому необходимо найти минимум выражения J E T WE, (4) где Wmm – невырожденная симметричная матрица весовых коэффициентов.

Используя правила векторного дифференцирования, можно определить dJ DTWDK DTWY. (5) dK dJ 0 следует, что Из (5) и условия dK K D T WD D T WY.

(6) Как известно из регрессионного анализа [11], коэффициенты, вычисляемые по формуле (6), наилучшим образом минимизируют расстояние между вектором Y и аппроксимирующей функцией h x1, x2,, xn1. Это означает, что поверхность переключения является наилучшим приближением к действительной поверхности с точки зрения минимума суммы квадратов ошибок.

Предложенный Дж. де Рооем метод аппроксимации поверхности переключения весьма прост, обладает точностью, которая повышается с ростом степени полинома, имеет небольшие вычислительные затраты и может применяться для объектов высокого порядка. В силу этих причин упоминание о данном методе и его описание можно найти у разных авторов, например [2, С. 173-176], [7, С. 240-242].

3. Аппроксимация с применением интегральных базисов В работе [8] для определения поверхности переключения получено следующее уравнение в частных производных:

i i f i xi, xi 1,, xn f 2 xi, xi 1,, xn xi xi (7) i i f n xi, xi1,, xn sign i1 0, f n1 xi, xi 1,, xn xn1 xn где i 1n – интервал управления;

n – порядок объекта;

i – поверхность переключение на i ом интервале;

f i xi, xi 1,, xn – функция полученная умножением i ой строки матрицы Ann объекта на вектор col x1, x2,, xn.

Уравнение (7) справедливо на всех интервалах движения изображающей точки в фазовом пространстве, причем на последнем оно часто вырождается в равенство n xn [6]. Однако, известны системы, в которых n xn, а является сложной функцией координат объекта, найти которую оказывается не так просто даже для систем второго порядка [3].

Как было показано в [4] решение уравнения (7) можно искать в виде функции, зависящей от его интегральных базисов [1] i Fi C1( i ), C 2i ),..., C (j i ), ( (8) где C (i ) – j ый интегральный базис i ой поверхности переключения.

j Для поверхности i можно составить i (i 1) 2 интегральных базисов, однако достаточно использовать только независимые, количество которых равно i 1. По этой причине в (8) следует положить j 1i 1. Это позволит уменьшить количество аргументов неизвестной функции Fi и в то же время сохранит всю информацию, полученную из уравнения (7).

В работе [5] применение интегральных базисов совместно с нейросетью радиально-базисного типа позволило построить аппроксимацию поверхности переключения объекта третьего порядка, обеспечив при этом достаточно высокую точность.

4. Предлагаемый метод аппроксимации поверхности переключения В данной работе аппроксимирующую функцию i предлагается искать для каждого интервала управления i 1n в виде разницы позинома заданной полной степени r и координаты x n p i h( r ) xi, xi 1,, xn1 xn M j xn, (9) j где M j представляют собой мономы, имеющие вид q h jv M j k j Cv i ) ( q i (i 1) 2.

, (10) v В выражении (10) k j представляют собой неизвестные весовые коэффициенты, вычисляемые по формуле (6), Cv ) – v ый интегральный базис (i i ой поверхности переключения, h jv – заданные значения целых M j, образующие вектор положительных степеней переменных монома экспонент j col h j1,, h jv,, h jq, сумма элементов которого не должна превышать заданной полной степени позинома r.

Так как поверхность переключения симметрична относительно начала координат, хороших результатов аппроксимации следует ожидать при использовании полных (со всеми слагаемыми) позиномов нечетного порядка.

Использование вместо координат объекта x1, x2,, xn1 интегральных базисов вполне логично, ведь, как известно, через каждую точку поверхности уравнения (7) проходит целиком лежащая в ней характеристика – поверхность как бы "склеена" из них. С этой точки зрения интегральные базисы можно считать "обобщенными" координатами объекта.

Необходимо отметить, что определяемые методами регрессии весовые коэффициенты k j, справедливы лишь при заданных векторах начального X 0 и конечного X T положения объекта. Изменение данных векторов приводит к необходимости заново определять значения коэффициентов k j. По этой причине для окончательного построения аппроксимирующих функций i всех интервалов коэффициенты мономов необходимо задавать также в виде позиномов, зависящих от элементов вектора состояния системы X, при этом достаточно ограничиться позиномами второй полной степени ( r 2 ).

Список литературы 1. Зайцев, В. Ф., Полянин, А. Д. Справочник по дифференциальным уравнениям с частными производными первого порядка. М.: Физматлит, 2003.

416 с.

2. Иванов, В.А., Фалдин, Н.В. Теория оптимальных систем автоматического управления. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1981. 336 с.

3. Козлов Д.В. Об оптимальной по быстродействию системе, для которой поверхность переключения последнего интервала не равнее ее старшей координате // Известия ТулГУ. Сер. Проблемы управления электротехни ческими объектами. Вып. 5. Тула: ТулГУ, 2010, С. 202-205.

4. Козлов Д. В., Крючков В. В., Сурков В. В. Оптимальное по быстродействию управление для системы из трех интеграторов // Известия ТулГУ. Сер. Проблемы управления электротехническими объектами. Вып. 3.

Тула: ТулГУ, 2005. С. 12-13.

5. Козлов Д.В., Крючков В.В., Шопин С.А. Аппроксимация поверхности переключения релейного регулятора с использованием уравнения в частных производных и нейросетей // Известия ТулГУ. Технические науки. Сер.

Управление, вычислительная техника и информационные технологии. Вып. 1.

Тула: ТулГУ, 2010, С. 198-204.

6. Ловчаков В. И., Сурков В. В., Сухинин Б. В. Оптимальное управление электротехническими объектами. Тула: ТулГУ, 2004. 150 с.

7. Спиди К., Браун Р., Гудвин Дж. Теория управления. Идентификация и оптимальное управление. М.: Мир, 1973. 248 с.

8. Сурков А. В., Сухинин Б. В. Аналитическое конструирование оптимальных по быстродействию систем // Изв. ТулГУ. Сер. Проблемы управления электротехническими объектами. Вып. 3. Тула: ТулГУ, 2005. С.

119-122.

9. Фельдбаум А. А. Основы теории оптимальных автоматических систем.

М.: Наука, 1966. 624 с.

10. De Rooy J.J. A method of realizing quasi-time optimal control by means of an approximate switching surface // International Journal of Control, 1970, Vol. 11, No. 2, P. 255-259.


11. Uusipaikka E. Confidence Intervals in Generalized Regression Models.

Taylor & Francis Group, LLC, 2009. 294 p.

УДК 621. Ф. Р. ИСМАГИЛОВ, Ю. В. АФАНАСЬЕВ, Р. Н. СУЛТАНГАЛЕЕВ, Д. Р. ФАРРАХОВ, Р. А. ГАЙСИН ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН На кафедре Электромеханики УГАТУ по заказу ФГУП «УАПО»

изготовлен стенд, предназначенный для испытаний электрических машин мощностью до 6 кВт. На данный момент стенд используется преимущественно для испытания взрывозащищенных асинхронных двигателей типов АИМ, АС, ДАТ габаритов 56 – 100 мм.

Возможности стенда СИ-6М:

Проведение приёмо-сдаточных, исследовательских, периодических, инспекционных и сертификационных испытаний электрических машин номинальной мощностью до 6 кВт;

Автоматический и ручной режим работы;

Оформление и печать протокола испытаний и паспорта на ЭМ;

Долговременное хранение и отображение результатов испытаний.

Стенд может быть подключен к локальной вычислительной сети предприятия и хранить протоколы испытаний в сетевой БД.

Имитация механических характеристик основных типов исполнительных механизмов.

Стенд представляет собой программно-аппаратный комплекс, в состав которого входят следующие компоненты:

Частотный преобразователь ABB ACS800;

Асинхронный двигатель с энкодером и независимым охлаждением;

Цифровой измеритель момента HBM T20WN;

Электромагнитная муфта SFM VAR;

Анализатор качества электроэнергии Omix P-99 MA-3;

Трансформаторы тока ТОП-0,66;

ЛАТР;

Устройство регулирования выходного напряжения ЛАТР;

Ноутбук ASUS;

Программное обеспечение разработано в среде MS Visual Studio 2008 Express Edition на языке C#;

В качестве БД использована MS SQL Server 2005.

Функциональная схема, поясняющая работу стенда, представлена на рис. 1 (на схеме не показаны цепи питания измерительных устройств).

Условные обозначения элементов схемы:

n – инкрементальный энкодер;

MG – нагрузочное устройство;

Fan – вентилят охлаж тор ждения;

S – ст топор;

T – из змеритель момента ь а;

Cl – э электрома агнитная ммуфта;

StepM – устрой M йство регу улирован выход ния дного нап пряжения ЛАТР;

PC – персоналльный коммпьютер.

Рис.

Р 1. Функциона альная схема стенд СИ-6М да М На подвиж а жной фер рме уста ановлено нагрузоч чное уст тройство (MG) с энкодеро (n) и независ ом симым ве ентиляторром охлааждения Fan, измеритель ь момента T, щит ппитания и устройс ство связи объекто (послед и ов дние два блока на а схеме не показан е ны), а так кже электтромагнит тная муфта (Cl), к которая соединяет с т валы н нагрузочн ного уст тройства и исп пытуемой машин й ины (ИМ М). ИМ М присоедииняется ччерез перреходной фланец и соеди й инительну муфту Набор ую у. р фланцев и муфт обеспечи ивает воззможность установ двига ь вки ателей ра азличныхх типоразммеров.

Наагрузочно устрой ое йство питтается от частотного прео т образователя (ЧП)) ABB ACS S800. Дан нный преообразоваттель позво оляет отдавать энеергию торрможенияя в сеть, ч повы что ышает эко ономичноость испы ытаний. Также ЧП выпол Т П лняет рядд других ф функций.

ПО устан О, новленное на ко е омпьютер ре, управвляет ре ежимами работы ы частотноого преобразоват теля, а также считыв вает тек кущие значения я электричческих па араметров с анализ в затора Om Связь компью mix. ь ютера с ЧП и Omix П x осуществвляется по про отоколу Modbus. ЧП со одержит информ мацию о механических параметрах системы – момент на валу в виде значения напряжения с выхода моментомера и частоту вращения вала в оборотах в минуту, измеренную энкодером. Также ЧП управляет исполнительными механизмами по команде с компьютера. ЧП имеет 5 релейных выходов 500 В / 2 А, что позволяет управлять напрямую однофазной нагрузкой (стопор, муфта) или трехфазной нагрузкой через контактор (испытуемая машина, вентилятор охлаждения). Цифровые входы ЧП используются для контроля срабатывания стопора и термовыключателя. На аналоговый вход подается выходное напряжение измерителя момента. Для измерения температуры окружающей среды используется датчик температуры Pt100, для работы которого задействованы аналоговый выход и вход ЧП.

Режим работы ЧП задается с компьютера. Для опыта идеального холостого хода используется стабилизация частоты вращения. Во время измерения ЧП автоматически поддерживает синхронную частоту вращения установленной ИМ. Для работы ИМ под номинальной нагрузкой используется режим стабилизации момента. ЧП автоматически поддерживает номинальный момент для установленной ИМ. Для определения пускового момента, а также для имитации механической характеристики производственного механизма используется адаптивная программа с дискретностью 10 мс. В этом режиме соответствующая адаптивная программа задается с компьютера до начала испытаний. Во время испытаний ЧП создает нагрузку в соответствии с заложенным алгоритмом.

Анализатор Omix P-99 MA-3 содержит информацию об электрических параметрах системы: токи и напряжения ИМ по трем фазам и в нулевом проводе, частота питающей сети, потребляемая активная и реактивная мощность, коэффициент мощности.

Испытуемая машина включается через ЛАТР, что позволяет регулировать напряжение питания в широком диапазоне значений и выдерживать заданное значение независимо от напряжения сети. Выходным напряжением ЛАТР управляет подсистема на основе шагового двигателя и микроконтроллера с интерфейсом Modbus. Значение напряжения задается с компьютера, подсистема контролирует напряжение автоматически. Это позволяет испытывать все машины в одинаковых условиях независимо от колебаний напряжения в сети, а также быстро изменять значение напряжения питания ИМ для разных режимов испытаний.

Компьютер получает всю текущую информацию о системе и сохраняет результаты измерений в базу данных. На основании полученных данных программа формирует протокол испытаний и отмечает параметры, значения которых выходят за пределы, установленные в ТУ на данный тип двигателя.

Формат протокола испытаний согласован с заказчиком и соответствует внутренним требованиям предприятия. Также результаты испытаний могут быть использованы для автоматического оформления технического паспорта на каждый двигатель.

Исспытания проводя ятся в а автоматичческом режиме. После установки р у и двигател на стен испыта ля нд атель толь выбир ько рает тип ИМ, её но И омер и пр рограммуу испытани посл чего нажимает кнопку «Начать» и ож ий, ле н т у жидает ок кончания я испытани ий. Вид интерфе ейса полльзователя для работы в ручном режиме я е приведен на рис. н 2.

По заверш о шении пр рограммы испыт ы таний пр роизводяттся необ бходимыее вычислен ния, и все значени занося ия ятся в БД Операто может просмот Д. ор т треть или и вывести на печать как пол лный отче по выб ет бранному двигател так и сводный лю, й отчет за смену.

В протокол испы ле ытаний о отмечаютс парам ся метры, зн начения которых х выходят за предел обозн лы, наченные в ТУ на данный ти двигат д ип теля.

Врремя пров ведения испытани по описанной програм ий й мме заниимает нее многим б более одн минут а на з ной ты, заполнени проток ие кола испы ытаний вр ремени не е требуетс вовсе. Это значитель ся. з ьно снижжает тру удоёмкост испытаний и ть положит тельно скказывается на про я оизводите ельности участка. Так, при именение е стенда С СИ-6М на испытате ельной ст танции ФГГУП «УА АПО» поз зволило увеличить у ь минимал льное колличество машин, и испытывааемых за смену на одном участке с а у 30 до 100 штук.

Ри 2. Инт ерфейс по ис. ользовате еля Раз зработанн ный стенд согласн постав д, но вленной задаче, пр з редставля собой яет й универса альную расширяе емую пл латформу постр у, роенную с прим менением м современ нной элем ментной базы и ци б ифровых технологи обрабо т ий отки информации..

В стенд испол де льзуется преобра азователь частот ь ты с си истемой прямогоо управлен ния момеентом и рекупера ацией эннергии то орможени в сеть. Стенд ия д является технологическим элементом системы управления качеством выпускаемой продукции предприятия ФГУП «УАПО».

В дальнейшем планируется расширение набора стандартных программ испытаний, а также создание удобных инструментов для подготовки индивидуальных программ для исследовательских и других типов испытаний.

Стенд соответствует требованиям, предъявляемым к оборудованию, предназначенному для испытаний по программам ГОСТ 183-74 для машин бытового и общепромышленного применения, техническим условиям и специальным программам и методикам испытаний электрических машин, применяемых во взрывоопасных средах и на предприятиях атомной промышленности [1, 2].

В стенде использованы предшествующие разработки подобных систем, описанных в [3].

Список литературы 1. ГОСТ 183-74 (СТ СЭВ 1346-78). Машины электрические вращающиеся.

Общие технические требования. Дата введения: 01.01.88.

2. ГОСТ 11828-86 (СТ СЭВ 1347-78). Машины электрические вращающиеся.

Общие методы испытаний. Дата введения: 01.07.1987.

3. Исмагилов Ф.Р., Афанасьев Ю.В., Султангалеев Р.Н., Фаррахов Д.Р.

Автоматизированный стенд с интеллектуальным управлением. // Электроника, автоматика и измерительная техника: межвузовский сборник научных трудов с международным участием. – Уфа: УГАТУ, 2011. – 331 с. С. 273-275.

УДК 621.317. К. В. СУСЛОВ, А. С. СМИРНОВ, Н. Н. СОЛОНИНА ФГБОУ ВПО Иркутский государственный технический университет РАЗДЕЛЬНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНОЙ И ВЫСШЕЙ ГАРМОНИК ПОТРЕБИТЕЛЕЙ НА ВВОДЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ Высшие гармоники (ВГ) в энергосистеме создаются потребителями с нелинейыми нагрузками. ВГ существенно снижают эффективность использования электроэнергии, поэтому актуальны вопросы: где источник появления ВГ и за чей счет производить улучшение формы напряжения питающей сети. Решение этих вопросов носит как технический, так и административный характер. Потребителей электроэнергии можно разделить на две группы. Первые – приемники с почти линейной вольтамперной характеристикой. Эти потребители получают из системы наряду с энергией основной гармоники (ОГ) также и энергию ВГ. Вторые – электроприемники с нелинейной вольтамперной характеристикой. Следовательно, необходимо:

разработать счетчик раздельного измерения энергии как ОГ, так и ВГ;

определить способ компенсации ущерба, наносимого высшими гармониками питающей сети первой группе потребителей, а также наносимого электроснабжающей организации второй группой потребителей.

В данной статье показана необходимость раздельного измерения энергии ОГ и ВГ. Измерение энергии ВГ и решение юридических вопросов, связанных с оплатой за эту энергию, должно побудить как электроснабжающие организации, так и потребителей принимать технические и организационные меры по снижению уровня ВГ в сети. Все это должно привести к улучшению формы напряжения питающей сети и, соответственно, к повышению эффективности использования электроэнергии потребителями.

Высшие гармоники питающего напряжения приводят ко многим негативным последствиям.

В соответствии с установленными требованиями к качеству электрической энергии предусматривается два показателя, касающиеся высших гармоник напряжения: коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициент n-ной гармонической составляющей. Но если даже измерить вышеупомянутые коэффициенты, например, на входе отдельного потребителя, то остаются вопросы: кто является источником появления высших гармоник (ВГ) в сети и за чей счет производить улучшение вышеупомянутых параметров качества электроэнергии. Решение этих вопросов носит как технический, так и административный характер.

Отметим, сразу, что ВГ создаются совместными усилиями как производителей, так и потребтелей энергии [1]. По техническим причинам практически невозможно создать промышленный образец генератора, который бы вырабатывал чисто синусоидальную ЭДС. Что же касается потребителей электроэнергии, то их достаточно условно можно разделить на две группы.

Первая группа потребителей не генерирует ВГ в энергосистему- это приемники с почти линейной вольтамперной характеристикой: осветительная аппаратура (лампы накаливания), электронагреватели, двигатели переменного тока. Эти потребители получают из системы наряду с энергией основной частоты так же и энергию ВГ.

Вторая группа потребителей сама генерирует ВГ в питающую сеть. Это электроприемники с нелинейной вольтамперной характеристикой: силовые электронные преобразователи, выпрямительные установки для электролиза, выпрямители для двигателей постоянного тока, электрический транспорт, электродуговые печи и так далее. При этом электроснабжающая организация несет ущерб.

Из сказанного вытекает, что необходимо:

разработать счетчик раздельного измерения энергии основной гармоники – W1, величины и знака энергии ВГ – WHH и суммарной энергии – W W1 WHH ;

определить способ компенсации ущерба, наносимого высшими гармониками сети первой группе потребителей;

определить способ компенсации ущерба, наносимого элекроснабжающей организации высшими гармониками второй группы потребителей.

Счетчик энергии ВГ должен быть реверсивным, то есть общепринято указывать направление потока энергии ВГ. Положительному значению этой энергии соответствует случай, когда энергия ВГ поступает из питающей сети потребителю, и, наоборот, отрицательному значению – когда энергия ВГ поступает в сеть от потребителя.

Любой счетчик электрической энергии, независимо от принципа действия, производит интегрирование активной мощности по времени.

Рассмотрим общий случай (рис. 1), когда ВГ присутствуют в питающей сети и генерируются нелинейным электроприемником. В этом случае падением напряжения в токовой цепи счетчика можно пренебречь, т.е. U kN U kL. Для простоты анализа представлен традиционный однофазный счетчик и указаны направления токов и напряжений ОГ и ВГ на входе и выходе счетчика. На * * рис.1. обозначено I, U – начала токовой обмотки и обмотки напряжения счетчика;

I1, U1 – комплексы действующих значений тока и напряжения основной гармоники;

I, U, I, U – комплексы действующих значений тока kN kN kL kL и напряжения высшей гармоники, поступающей на счетчик соответственно из системы (N) и из приемника (L).

Определим суммарную энергию, которая фиксируется традиционным счетчиком:

t t n n n W iudt i1 ikN ikL u1 u k dt, 0 k 2 k 2 k где i – ток нагрузки счетчика;

u – напряжение нагрузки счетчика;

n i1, ikN – соответственно ток ОГ и токи ВГ сети, поступающие на вход k счетчика;

n ikL – токи ВГ электроприемника, направления которых k противоположны току нагрузки;

n u1, u k – соответственно напряжение ОГ и ВГ, их направления и k величина одинаковы на входе и выходе счетчика.

Учитывая, что среднее за период значение произведения мгновенных значений синусоидального напряжения и синусоидального тока различной частоты равно нулю, получаем:

t nt nt W i1u1dt ikN u k dt ikLuk dt W1 WHH N WHH L, k 2 0 k 2 o где W,W1 – соответственно суммарная энергия и энергия ОГ, потребляемая приемником;

WHH N – энергия ВГ, поступившая в электроприемник из питающей сети;

WHH L – энергия ВГ, переданная нелинейным электроприемником в питающую сеть. Таким образом, мы установили, что энергия, измеренная традиционным счетчиком, состоит из суммы энергий ОГ и ВГ.

* U I kL * I1 I I kN Netw Нагрузка Сеть U kL U1 U kN Рис.1. Схема включения счетчика Остается открытым вопрос о величине и знаке энергии ВГ. В литературе по качеству электроэнергии этот вопрос формулируется как определение вклада отдельного приемника в гармонический состав сети [2]. Существуют методы по определению этого вклада посредством измерения уровня гармоник сети до и после отключения отдельного электроприемника. Опыт показывает, что результаты таких измерений имеют очень большой разброс из-за непредсказуемых изменений режимов работы других электроприемников.

Кроме того, специалистов по электроснабжению не особенно интересует спектральный состав напряжения сети и распределение энергии ВГ по отдельным гармоникам. Им важно, чтобы поток энергии ВГ, идущий от питающей сети, лежал в рамках, обеспечивающих надежную и высокопроизводительную работу элекроприемника. Авторы берут на себя смелость сказать, что предлагаемый реверсивный счетчик энергии ВГ является реальным решением по определению вклада отдельного электроприемника в гармонический состав сети.

Из проведенных исследований следует достаточно неожиданный результат: во втором случае суммарная активная энергия меньше активной энергии ОГ на величину энергии ВГ и потребитель второй группы платит меньше чем нужно.

Потребитель, который преобразует электроэнергию в тепловую (например, электрокотельная), использует обе энергии и должен их оплачивать.

Присутствие высших гармоник в питающем напряжении не имеет большого значения для такого потребителя, для него важна суммарная энергия.

Потребитель же, который преобразует электрическую энергию в механическую с помощью машин переменного тока (асинхронные и синхронные машины), использует только энергию ОГ. Следовательно, несправедливо требовать оплаты этой части электроэнергии потребителем.

Более логично было бы измерить эту составляющую энергии и потребовать оплаты ее со стороны поставщика электрической энергии.

Особо отметим потребителей, которые генерируют ВГ, энергия которых поступает в питающую сеть и передается в дальнейшем всем другим потребителям, подключенным к данной сети Таким образом, потребитель первой группы платит за сумму энергий ОГ и ВГ, а в потребитель второй группы платит за разность энергий ОГ и ВГ. То есть имеет место двойная несправедливость.

Из всего сказанного вытекает, что необходим счетчик активной энергии, который бы позволял раздельное измерение суммарной энергии, энергии ОГ и энергии ВГ с учетом ее направления.

Авторами разработан счетчик для раздельного измерения ОГ и ВГ [3].

Из вышеперечисленного следует, что измерение энергии ВГ, которая поступает из питающей сети потребителю, и решение юридических вопросов, связанных с оплатой за эту энергию, должно побудить электроснабжающие организации принимать технические и организационные меры по повышению качества энергии. Измерение энергии высших гармоник, которая поступает из электроприемника в питающую сеть и плата за эту энергию, должно побудить в свою очередь потребителей принимать технические и организационные меры по повышению качества энергии. Все это должно привести к улучшению формы напряжения питающей сети.

Авторами показана необходимость раздельного измерения энергии основной и высших гармоник. Измерение энергии ВГ и решение юридических вопросов, связанных с оплатой за эту энергию, должно побудить как электроснабжающие организации, так потребителей принимать технические и организационные меры по снижению уровня высших гармоник в сети, что должно привести к повышению эффективности использования электроэнергии.

Таким образом, измерение энергии высших гармоник явится стимулом к принятию организационных и технических мероприятий по снижению уровня высших гармоник питающей сети. Предложен цифровой счетчик с раздельным измерением энергии основной и высших гармоник приемника.

Список литературы 1. A.S.Smirnov, N.N.Solonina, K.V.Suslov, Separate measurement of fundamental and high harmonic energy at consumer inlet - a way to enhancement of electricity use efficiency // International Conference on Power System Technology PowerCon 2010, China, Hangzhou.

2. Arrillaga, Jos. Power system harmonics /J. Arrillaga, N.R. Watson. -2nd.ed. – Chichester: Wiley, 2003.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |
 





 
© 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.