CC BY
36
EVAL UA TION OF THE ENERGY EFFICIENCY OF THE ELECTROTECHNICAL
COMPLEX
J.E. Shklyarsky, E.N. Zamyatina, E.O. Zamyatin
The article presents an analysis of the criteria for evaluating measures to improve energy efficiency. The paper presents the results of theoretical studies to assess the energy efficiency of the electrical complex. In the course of the study, a function was obtained for determining the effectiveness of energy-saving measures based on certain indicators of energy efficiency.
Key words: energy efficiency, higher harmonics, active power loss, reactive power.
Shklyarsky Yaroslav Elievich, doctor of technical sciences, professor, Shklyarskiy_YaE@pers. spmi. ru, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg Mining University,
Zamyatina Elena Nikolaevna, postgraduate, [email protected], Russia, St. Petersburg, St. Petersburg Mining University,
Zamyatin Egor Olegovich, candidate of technical sciences, assistant, Zamyatin_eo@pers. spmi. ru, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg Mining University
УДК 621.395.664
НАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
А.В. Новаков, В.Е. Дубальский
Рассматривается нагрузочное устройство, формирующее различные механические характеристики. Предлагается нагрузочное устройство, на базе генератора постоянного тока, в якорной цепи которого установлен регулятор тока. Для построения силовой части регулятора предлагается модульный принцип построения. Технические характеристики регулятора тока позволяют проводить исследования электроприводов в большом диапазоне частот вращения, как в установившемся, так и в переходном режимах работы.
Ключевые слова: нагрузочное устройство, механические характеристики генератор постоянного тока, регулятор тока, модульный принцип.
При исследовании механических и энергетических характеристик регулируемых электроприводов, возникает потребность в создании механической нагрузки, имитирующей различные производственные механизмы. Типовые механические характеристики промышленных механизмов представлены на рис. 1.
Для создания механической нагрузки на валу привода предлагается использовать машину постоянного тока со смешанным возбуждением в режиме генератора [1]. При постоянстве магнитного потока механическую характеристику 1 (рис.1) в установившемся и в переходном режимах можно сформировать, подключив к якорной обмотке генератора резистивную нагрузку. Регулируя сопротивление резистора, можно изменять и нагрузочный момент.
2 1 3
/ I 1. М=к*и
/ \ 2. М=сопз1
/ З.М=к*и2 / М=к/ы
->
Момент, М
Рис. 1. Типовые механические характеристики промышленных механизмов: 1 - типовая нагрузка прокатных станов, гладильных машин и прочих обрабатывающих установок; 2 - ленточные
транспортеры, краны, поршневые насосы, а также металлообрабатывающие станки; 3 - машины, использующие
центробежные силы, центрифуги, центробежные насосы и вентиляторы; 4 - машины для намотки материала с натяжением, фанерострогальные и металлообрабатывающие станки
Момент (М) генератора постоянного тока определяется соотношением
М = кМ '*Я ФВ, (!)
где кМ - коэффициент момента; ¡я - ток якорной обмотки, А; Фв - магнитный поток, Вб.
Поэтому для формирования характеристик 2 - 4 (рис. 1) можно изменять как ток якорной обмотки, так и магнитный поток [2].
При формировании характеристики 2 (рис. 1) нагрузочная машина является источником момента. Исходя из соотношения (1), это можно обеспечить двумя способами:
1) при номинальном значении якорного тока изменять величину магнитного потока;
2) при номинальном магнитном потоке изменять величину якорного
тока.
В первом случае значительно снижается диапазон скоростей, в котором можно сформировать моменты заданной величины. Во втором случае диапазон скоростей, при котором такие характеристики формируются, значительно больше. Структурная схема нагрузочного устройства, обеспечивающего регулирование якорного тока (момента), представлено на рис. 2.
Основной частью нагрузочного устройства является регулятор тока (РТ) якорной цепи нагрузочной машины (НМ). Задача РТ обеспечить поддержание заданного значения постоянного тока в якорной цепи при любом значении напряжения с якорной обмотки.
Рис. 2. Структурная схема нагрузочного устройства
При реализации регулятора используется модульный принцип построения силовой части регулятора. Это позволяет, увеличивая набор силовых модулей, расширять диапазон токов нагрузочного устройства. Силовой модуль включает в себя силовую часть: транзистор и параллельно ему подключаемый резистор (Я) и регулятор тока транзистора. Резистор предназначен для уменьшения тепловой нагрузки силовых транзисторов (УТ), а так же для получения линейной механической характеристики 1 нагрузочной машины
Подключение дополнительных силовых модулей, параллельно к имеющимся модулям, осуществляется в точках Х,У,2. Задание по току может поступать, как от встроенного потенциометра, так и от внешнего источника сигнала. Во втором случае можно сформировать механические характеристики вида 3 и 4 (рис. 1). В силовой цепи регулятора имеется защита от обратной полярности питающего регулятор напряжения (диод УЭ). Для получения линейных механических характеристик в цепь якоря НМ, с помощью контактора (К), подключается, резистор (Я), при этом транзистор (УТ) закрывается. Схема управления построена на аналоговых интегральных схемах и обеспечивает высокое быстродействие регулятора тока.
На рис. 3 представлена упрощённая схема силовой части системы управления током якорной цепи нагрузочного устройства на базе генератора постоянного тока со смешанным возбуждением.
Параллельная обмотка возбуждения подключена к отдельному источнику питания (на рис. 3 не показано). Для уменьшения влияния реакции якоря используется последовательная обмотка возбуждения (СО). Выпрямительный мост (УЭ) обеспечивает неизменность направления тока в последовательной обмотке возбуждения (СО), при реверсе двигателя. Транзисторы УТ1...УТ5, схемы коммутации, обеспечивают подключение в якорную цепь дополнительного источника питания (Е) и тем самым, формирование механической характеристики, на малых скоростях начиная с нулевой скорости при любом направлении вращения. На высоких скоростях источник питания (Е) отключается. Временные диаграммы включения
(темный цвет) и отключения транзисторов, поясняющих работу схемы коммутации, представлены на рис. 4. На высокой скорости ток якоря проходит через все четыре транзистора УТ1-УТ4, что позволяет использовать транзисторы меньшей мощности.
Рис. 3. Схема силовой части системы управления током якорной цепи
генератора постоянного тока
Вращение назад
1рость
УТ1
Время УТ2
-> Время УТЗ
т
Время
-> Время т
Время Скорость
-> Время
Разгон
Разгон
Рис. 4. Временные диаграммы включения (темный цвет) и отключения
транзисторов
Нагрузочное устройство было реализовано на базе генератора постоянного тока мощностью 1,3 кВт, номинальной скоростью 1500 об/мин и номинальным напряжением 115 В. Для силовой части было использовано четыре модуля с резисторами сопротивлением по 40 Ом.
Экспериментально были получены механические характеристики нагрузочного устройства, представленные на рис. 5.
i 3 2 1 Скорость, аб/нин щ m 8A iA 2A (кирвсть, об/мин то
ICS 9.5 9.5
w V«v Mwem mi * 9.5 Mo»sh,% H'H
m ш m
i 2 3 i ?A iA 8A i?A
Рис. 5. Экспериментальные механические характеристики
нагрузочной машины
Нагрузочное устройство обеспечивает линейные механические характеристики с постоянным моментом во всем диапазоне скоростей, начиная с нулевой. Быстродействие предложенного регулятора тока позволяет реализовать нагрузочные характеристики 2 (рис. 1) для исследования электропривода и в переходных режимах работы.
Список литературы
1. Гордеев А. А., Юркевич В. Д., Зиновьев Г. С. Исследование системы управления двигателем постоянного тока с многоуровневым преобразователем напряжения // Управление большими системами: сборник трудов. 2012. №. 39. C. 139-156.
2. Никулин Ю. В., Ермолаев М., Куралина Н. Проектирование и расчет различных схем управления высокомоментным двигателем постоянного тока // Машиностроение и компьютерные технологии. 2011. №. 12. C. 67-76.
Новаков Александр Викторович, магистр, sanyatopor8 7@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Дубальский Вячеслав Евгеньевич, канд. техн. наук, доцент, rinick@,tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
LOADING DEVICE FOR RESEARCH OF ELECTRIC DRIVE A.V. Novakov, V.E. Dubalsky
In this article, a load device is available that forms various mechanical characteristics. A load device is designed based on a DC generator, in the anchor circuit of which a current regulator is installed. To build the power part of the regulator, a modular construction principle is proposed. The technical characteristics of the current regulator allow you to work in a wide range of frequencies.
Key words: load device, mechanical characteristics, DC generator, current regulator, modular principle.
Novakov Alexander Viktorovich, master, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Dubalsky Vyacheslav Evgenievich, candidate of technical sciences, docent, rinick@,tula.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.31
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ С УЧЕТОМ НИЗКОГО КАЧЕСТВА НАПРЯЖЕНИЯ СЕТИ
Д.С. Мирхаликова
Проведен детальный анализ проблемы, возникющей во время работы электрооборудования насосных станций с системой электроснабжения низкого качество, в частности, сделан анализ негативного влияния отклонения напряжения сети на пусковые и рабочие режимы работы насосных агрегатов, а также на примере насосных станций Согдийской области Республики Таджикистан показаны причины и количество отключений насосных станций районов области.
Ключвые слова: отклонение напряжения, насосные станции, система электроснабжения, синхронный двигатель, пусковые токи.
Почти 25 % всей вырабатываемой электроэнергии в развитых странах расходуется электроприводами, характер нагрузки которых является вентиляторным. К данным механизмам в основном относят турбомеханиз-мы, такие как насосы, вентиляторы, компрессоры и т.д. [4]. Обычно, эти механизмы в своем составе имеют синхронные или асинхронные электродвигатели, которым требуется высокое качество электроэнергии в питаемой сети [1]. К примеру, отклонение напряжения является одним из основных и важнейших показателей качества электрической энергии. В соответствии с ГОСТ 13109-97 предел установившегося отклонения напряжения на входе электрических приемников равен ±10 % (табл. 1). Отклонение напряжения негативно влияет на работу всех приемников системы электроснабжения (СЭС), в частности, ухудшается работа энергетического оборудования электроэнергетических систем, увеличиваются потери мощности, увеличивается пережог топлива для компенсации этих потерь, падает производительность двигателей собственных нужд, что может привести к снижению выработки электроэнергии [7]. Кроме того, в электродвигателях увеличивается скорость старения изоляции обмоток, что может стать причиной аварийных ситуаций. В трансформаторах увеличиваются потери
