CC BY
50
Заключение. Впервые осуществлен численный расчет магнитного поля, проникающего во внутреннюю область стальной трубы с учетом нелинейности магнитных характеристик материала трубы.
Важные достоинства предложенного детектора:
— не требуется применение проникающего излучения;
— детектор способен обеспечивать обнаружение ферромагнитных объектов в условиях сильного электромагнитного экранирования при возбуждении постоянным током;
— обладает высокой помехозащищенностью и низким (близким к нулю) выходным сопротивлением;
— для изготовления не требуются сложные технологии и дорогостоящие материалы.
Библиографический список
1. Сильвестр, П. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков : пер. с англ. / П. Сильвестр, Р. Феррари. — М. : Мир, 1986. — 229 с.
2. Расчет электрических и магнитных полей методом конечных элементов с применением комплекса программ ЕЬСиТ : учеб. пособие / А. П. Попов [и др.]. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010. - 84 с.
ПОПОВ Анатолий Петрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Теоретическая и общая электротехника».
ЧУГУЛЕВ Александр Олегович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретическая и общая электротехника».
Адрес для переписки: e-mail: aleks-c@rambler.ru
Статья поступила в редакцию 10.06.2011 г.
©А. П. Попов, А. О. Чугулев.
УЯК К. И. НИКИТИН
Омский государственный технический университет
АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ ФАЗЫ ТОКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ЕГО ПУСКЕ, ЭКСПЕРИМЕНТ И СИНТЕЗ УСТРОЙСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ (2 ЧАСТЬ)______________________________
Дается сравнительный анализ методик определения фазы пускового тока двигателя с экспериментальными данными. Предлагается структурная схема устройства релейной защиты с улучшенной отстройкой от самозапуска.
Ключевые слова: самозапуск, короткое замыкание, релейная защита, асинхронный электродвигатель, фаза тока.
Эксперимент. Для проверки достоверности расчетов было проведено несколько опытов по пуску двигателя с осциллографированием токов и напряжений. На рис. 1-4 приведены осциллограммы нескольких контрольных точек. Эксперименты проводили с асинхронным электродвигателем, с номинальной частотой вращения 1475 оборотов в минуту, мощностью 1,1 кВт. Результаты испытаний занесены в табл. 1.
Погрешность между расчетами и измерениями приемлема в середине диапазона. При малом скольжении 8 = 0,05 регистратором трудно было произвести точные измерения, а при большом скольжении 8 = 0,97 вероятно сказывается несовершенность алгоритма расчета, что видно из постоянно растущей погрешности при увеличении параметра 8. Однако неточность при больших 8 не сказывается на общем характере изменения фазы двигателя при пуске для использования данного факта в качестве дополнительного параметра защиты.
По предложенным четырем методикам и проведенному эксперименту вычислены и построены графики (рис. 5) фазы в зависимости от скольжения. Из рисунка видно, что закономерности изменения фазы тока АД при пуске во всех методиках и эксперименте совпадают. Имеется небольшой разброс, который может быть учтен при разработке устройства РЗ.
Синтез устройства релейной защиты. Используем определенную закономерность изменения тока и его фазы относительно напряжения при самозапу-ске (пуске) для построения защиты (рис. 6), которая будет значительно быстрее распознавать самозапуск (до того, как он закончится) от КЗ, или блокировку, которая повысит чувствительность уже существующей защиты [1, 2].
Устройство содержит измерительный орган 1, первый 2 и второй 3 элементы задержки, логический элемент И4, логический элемент ИЛИ5, исполнительный орган 6, первый 7 и второй 8 блокирующие
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011
Рис. 1. Осциллограмма 1. Задержка между током и напряжением в т = 0,0014 с соответствует фазовому сдвигу в ф = 25 град, а период Т = 0,042 с соответствует скольжению э = 0,05
Рис. 2. Осциллограмма 2. Задержка между током и напряжением в т = 0,0032 с соответствует фазовому сдвигу в ф = 60 град, а период Т = 0,0613 с соответствует скольжению э = 0,35
и напряжением в т = 0,0036 с соответствует фазовому сдвигу в ф = 65 град, а период Т = 0,0817 с соответствует скольжению э = 0,51
Датчик оборотов
Рис. 4. Осциллограмма 4. Задержка между током и напряжением в т = 0,004 с соответствует фазовому сдвигу в ф = 72
град, а период Т = 1,17 с соответствует скольжению э = 0,97
органы, третий 9 элемент задержки, измерительные преобразователи 10 тока, 11 напряжения и 12 фазы, первый 13 и второй 14 блоки памяти, первый 15 и второй 16 вычитатели, первый 17 и второй 18 формирователи уставок, первый 19 и второй 20 элементы сравнения. На рис. 6: ТН и ТТ — трансформаторы напряжения и тока.
Устройство оно работает следующим образом. В режиме холостого хода измерительный орган 1 не имеет сигнала на своем выходе и устройство не срабатывает.
При возникновении удаленного КЗ на втором выходе измерительного органа 1 появляется сигнал, поступающий на вход первого 2 задержки и третьего 9 элементов задержки. Через уставку времени Ь1 на выходе третьего 9 элемента задержки появляется сигнал, по которому первый блок 13 памяти запоми-
нает величину сигнала, поступающего с выхода измерительного преобразователя 10 тока, а второй блок 14 памяти величину сигнала, поступающего с выхода преобразователя 12 фазы тока (11 = 1:СП + А1:1, где 1СП — время сверхпереходного процесса, 1;СП = 0,05 — — 0,1 с; А11 — время запаса, А11 =0,05 — 0,1 с). По истечении времени 12 после КЗ первый вычитатель 15 находит разность между сигналом, поступающим с выхода преобразователя 10 тока и сигналом, присутствующим на выходе первого блока 13 памяти, а второй вычитатель 16 находит разность между сигналом поступающим с преобразователя 12 фазы тока и сигналом присутствующим на выходе второго блока 14 памяти (1;2 = 1:зап + А1:2, где 1;ЗАП — время, за которое ток самозапуска и его фаза снижаются на величины 112 < 141 и ф42 < ф41; достаточные для распознавания самозапуска от КЗ, А12 время запаса, А1;2 = 0,2 — 0,5;
0,05 0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0.65 0,75 0,в5 0,95 СКОЛЬЖение
Рис. 5. Графики изменения фазы тока АД в зависимости от скольжения
Таблица 1
!фУ е1 (к1 !ц+к2 112) '
(1)
ффу = е2 (к3 Ф11+к4 Ф12).
(2)
8, скольжение 0,05 0,15 0,35 0,51 0,7 0,97
Фрасчг град 26,8 46,5 59,4 62,5 64,2 65,4
Физмг град 25 47 60 65 68 72
Аф, погрешность, % -7,2 1,1 1,0 3,8 5,6 9,2
Рис. 6. Устройство токовой защиты с улучшенной отстройкой
1П, ф11 — величины тока и его фаза, хранящиеся, соответственно, в блоке 13 и в блоке 14 памяти; 112, ф12 — величины тока протекающего через трансформаторы тока и его фаза в момент времени Ц. Величины 112 и ф12 определяются при помощи известных методов расчета самозапуска электродвигателей, либо экспериментальным путем. Полученные разности с выходов вычитателей 15 и 16 подается на первые входы, соответственно, первый 19 и второй 20 элементов сравнения, на другие входы которых поступает сигнал с выходов, соответственно, первого 17 и второго 18 формирователей уставок.
Выходной сигнал первого формирователя 17 уставок пропорционален величине:
где к1 и к2 — коэффициенты; е1 — погрешность измерения.
Выходной сигнал второго формирователя 18 уставок пропорционален величине:
где к3 и к4 — коэффициенты; е2 — погрешность измерения.
Так как с течением времени при КЗ величины тока и фазы, а следовательно, и сигналы на выходе измерительного преобразователей 10 тока и 12 фазы изменяются незначительно, то и величины разностей на выходах вычитателей 15 и 16 будут малы, поэтому на выходах элементов сравнения 19 и 20 сигналы отсутствует. В момент времени 13 на выходе первого элемента 2 задержки появляется сигнал, который вызывает срабатывание элемента И4, и в результате через элемент ИЛИ5 исполнительный орган 6 отключает электроустановку (13 — время срабатывания защиты, 1;3 = 1;2 + А1;2).
При включении нагруженной линии от ключа управления или после АПВ ток самозапуска (или пуска) линии может превысить уставку срабатывания исполнительного органа 1 и на его выходе появится сигнал. Схема работает, как описано выше, однако по истечении времени 1;2 при самозапуске значения тока и его фазы снизятся, поэтому величины разностей на выходах первого 15 и второго 16 вычитателей будут значительными и на выходах элементов 19 и 20 сравнения появляются сигналы, которые блокирует передачу отключающего сигнала, появляющегося через время 13 на входе логического элемента И4, и исполнительный орган 6 не работает.
Возможны случаи, когда при затянувшемся групповом самозапуске к моменту времени 1;3 ток может не снизиться до значения, при котором от элемента сравнения 19 поступит блокирующий сигнал. Однако срабатывания защиты не произойдет, так как поступит блокирующий сигнал от элемента сравнения 18, потому что значение фазы меняется при самозапуске.
При возникновении близких КЗ сигнал появляется на втором выходе измерительного органа 1.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011
Этот сигнал поступает на вход второго элемента 3 задержки и по истечении уставки времени 14 на второй вход элемента ИЛИ 5, с выхода которого он поступает на вход исполнительного органа 6, подавая сигнал на отключение.
Выводы. 1. Чувствительность и селективность предлагаемой защиты повышается за счет возможности отстраиваться от токов пуска и самозапуска, а использование информации изменения фазы тока позволяет уменьшить время действия защиты, так как отличие режимов пуска или самозапуска от КЗ происходит несколько раньше.
2. При использовании данного устройства время срабатывания защит от перегрузки ЭД может быть уменьшено в 1,5 — 2 раза. Это очень важно, так как любое уменьшение времени срабатывания защит повышает:
— устойчивость работы системы;
— уменьшает время воздействия КЗ на оборудование;
— увеличивается возможность успешного самозапуска нагрузки соседних присоединений.
3. Использование предполагаемого устройства позволит в некоторых случаях отказаться от неселективных отсечек на кабельных линиях (при обы-
чных максимальных токовых защитах возможно возгорание кабеля из-за термического воздействия на него тока КЗ).
Библиографический список
1. Никитин, К. И. Токовая защита с улучшенной отстройкой от самозапуска нагрузки / К. И. Никитин, Е. К. Никитин, Т. С. Стрижак // Актуальные проблемы релейной .защиты, про-тивоаварийной автоматики, устойчивости и моделирования энергосистем в условия реструктуризации электроэнергетики : науч.-пр. конф. ; тез. докл. — Москва, 2001. — С. 67.
2. Пат. 2168824 Российская Федерация, МПК7 Н 02 Н 3/10, 3/38. Способ токовой защиты электроустановки от коротких замыканий./ Никитин К. И., Никитин Е. К., Стрижак Т. С. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. техн. унив-т. . — № 99125091/09; заявл. 29.11.99 ; опубл. 10.06.2001, Бюл. № 16.
НИКИТИН Константин Иванович, кандидат технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий». Адрес для переписки: e-mail: nki@omgtu.ru, nki@ngs.ru
Статья поступила в редакцию 26.05.2011 © К. И. Никитин
УДК 621.65:62-531.3:628.1.2 Г. В. НИКОНОВА
Омский государственный технический университет
ОПТИМИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ__________________________________________
Приведено обоснование и синтез модели регулируемого электропривода, проанализированы существующие решения для систем и аппаратуры автоматического регулирования производительности насосных агрегатов.
Ключевые слова: регулируемый электропривод, насосный агрегат, энергопотребление, энергия скольжения, эксплуатационные затраты.
Интенсификация работы перекачивающих сетей при внедрении АСУ технологического процесса даёт большой экономический эффект. С целью выработки обоснованного подхода к построению модели системы регулирования необходимо знать существующие решения построения систем и аппаратуры автоматического регулирования производительности насосных агрегатов [1, 2]. Значительная часть насосных станций работает при переменных расходах жидкости. В таких системах при отсутствии регулирования насосы обычно подают жидкость под давлением выше оптимального, что приводит к значительным излишним затратам энергии. Поддержание номинального давления может служить критерием работы насосов, а остальные параметры могут служить дополнительными критериями и ограничениями.
Наиболее распространёнными способами регулирования насосных станций являются дросселирование задвижкой на напорной линии и ступенчатое регулирование изменением числа работающих насо-
сов. Оба способа не приводят к полному устранению излишнего расхода электроэнергии. Первый вызывает больший расход электроэнергии, но прост в осуществлении. Второй даёт меньшие непроизводительные затраты электроэнергии, но связан с увеличением капитальных затрат и уменьшением (из-за частых пусков) срока службы оборудования.
Рассмотрим экономию электроэнергии при различных способах регулирования. Выбор способа регулирования по критерию его экономичности зависит от требуемой глубины регулирования, определяемой выражением [3, 4]:
Кр = К -
где пн — номинальная скорость вращения насоса; пр — требуемая скорость вращения насоса.
Обычно насос работает на сеть со статической высотой Нст и для изменения его производительности в пределах от номинальной до нуля, его скорость должна изменяться от номинальной до ^:
