CC BY
39
зультата вычесть асимптоту, к которой ¿¥д стремится при д —» со. При этом получается усечённое выражение
При поиске рациональной функции, аппроксимирующей (3), нужно стремиться к тому, чтобы сохранить значения Wu при q —> сои в окрестностях q = 0. Первое условие - равенство нулю асимптоты Wu - выполняется точно, если степень полинома числителя т аппроксимирующей функции меньше, чем знаменателя п. Соблюдение этого условия обеспечивает равенство начальных значений переходных характеристик, соответствующих исходной и аппроксимирующей передаточным функциям. Второе условие, обеспечивающее близость завершающих участков указанных переходных характеристик, может выполняться лишь приближённо. Точное совпадение начальных участков характеристик Wu(q) и её аппроксимации исключается тем, что модуль начального значения производной Wu(q) имеет бесконечно большое значение.
Достаточно просто искомая аппроксимирующая функция находится с помощью системы компьютерной математики Maple, при использовании числовой Паде-аппроксимации с полиномами Чебышёва, которая выполняется с применением пакета numapprox. Нижняя и верхняя границы интервала аппроксимации по оси q, а также тип подбираются так, чтобы получить аппроксимирующую функцию, удовлетворяющую следующим требованиям:
функция должна быть устойчивой - все её полюсы должны иметь отрицательную действительную часть;
отличия значений исходной и аппроксимирующей передаточных функций, а также соответствующих им переходных характеристик не должны превышать заданных значений:
значения тмп,& также необходимое число значащих цифр, определяющих коэффициенты полиномов числителя и знаменателя аппроксимирующей передаточной функции, должны быть минимальными.
Так, при Тг = 3 (это значение соответствует кабель-тросу длиной 10 км), нижней границе q равной 0,00001, верхней границе - 0,02, m = 4 и п = 5 получено следующее выражение аппроксимирующей функции:
__0.0674(g + 0.0447)(g + 0.00717)(g+0.00125)(g+ 0.000117)_ ^
ш ~(4 + 0.178)(? + 0.0291)(4 + 0.00611)(? + 0.00115)(? +0.0001 ll)(q +0.000112)' Максимальное отличие графика этой функции от графика WJq) имеет место при q = 0. Оно составляет 0,9% от соответствующего значения Wu(0). Максимальное отличие графиков соответствующих переходных характеристик немногим выше 1%. Это отличие имеет место на завершающей стадии переходной характеристики, когда относительное время после начала переходного процесса превосходит Тг в тысячи раз.
Такие высокие показатели приближения аппроксимирующих функций к исходным с практической точки зрения вполне достаточны.
Полная аппроксимирующая функция, в нормированном виде, находится на основании усе-
( Т ^
чённой Wua путём прибавления к ней асимптоты ехр —-
с последующим умножением результата
на функцию чистого запаздывания ехр (~Tr q).
Достовалов В.А., Герасимов В.А., Хананов A.M.
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОГО РОЗЖИГА И ПОДСВЕТКИ
ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА
Широко распространенные технологии факельного сжигания энергетических углей в котлах тепловых электростанций (ТЭС), базирующиеся на использовании второго вида топлива - мазута или природного газа - в процессах растопки котла, стабилизации горения (подсветке) пылеугольного факела и стабилизации выхода жидкого шлака, не отвечают возрастающим требованиям повышения экономических и экологических показателей: цены на мазут многократно выше цен на уголь. К тому же, совместное сжигание этих топлив ведет к повышению мехнедожега и вредных выбросов - оксидов азота, серы, пятиокиси ванадия. Поэтому существует проблема замещения мазута углем.
Постоянно снижающееся качество углей, поставляемых на ТЭС, повышает потребность в подсве-точном топливе, Ситуация осложняется высокой степенью износа котельного оборудования на ТЭС нашей страны: растет количество остановов котла, и, соответственно, его растопок. Программой «Энергетическая стратегия России на период до 2020 г.» предусматривается более высокий темп роста потребления угля на ТЭС (в сравнении с другими видами органического топлива) и более глубокая переработка нефти. По прогнозам, цены на мазут будут расти опережающими темпами в сравнении с ценами на уголь. Таким образом, потребность в мазуте растет, а возможность ее удовлетворения снижается, и в перспективе проблема будет обостряться.
Весьма перспективным представляется решение указанной проблемы на основе плазменно-угольной термохимической подготовки (ТХП) углей. Суть ее заключается в следующем. Угольную аэросмесь при дефиците окислителя подают в камеру ТХП, где она, взаимодействуя с плазмой, воспламеняется; часть угля сгорает, нагревая остальную аэросмесь до температуры около 1200 К; при этом из угля выделяются горючие компоненты. Полученная топливная смесь устойчиво горит в топке при смешении с воздухом. Посредством плазменно-угольной ТХП могут быть реализованы процессы растопки котла и подсветки факела. В дополнение к энергетическим котлам существует ряд других устройств, где актуальна и перспективна замена мазута углем: в пыле-угольных котлах районных котельных, в печах обжига глинозема и т.п.
Плазменному воспламенению углей посвящено значительное количество публикаций: Blackburn P.R., 1982; Drouet M.G., 1986; ; Мессерле В.Е., 1986, 1990, 2004; Жуков М.Ф., 1988; Энгельшт B.C., 1989; Калиненко P.A., 1990; Foreman C.I., 1990; Карпенко Е.И., 1995; Тимошевский А.Н., 2000; Томи-лов В.Г., 2001; Урбах Э.К., 2002 и др. Электродуговая плазма для розжига и стабилизации горения используется в США, Канаде, Австралии, Казахстане и других странах. Особо высокая активность наблюдается в Китае, где ряд компаний (Янтайская, Чжунсин и др.) ведут такие работы, и плазмотронами оснащено более 10 котлов.
Наряду с вышеизложенными преимуществами и достоинствами систем плазменного розжига и стабилизации горения пылеугольного топлива на пути внедрения таких систем в энергетических установках стоят определенные трудности и проблемы: отсутствие требуемых плазмотронов, имеющих значительный ресурс при работе в зоне высоких температур и давлений; необходимость разработки специальных источников питания плазмотронов, поскольку до настоящего времени для этих целей применялись источники питания, используемые в сварочном производстве
В настоящей работе изложены результаты исследований, моделирования и разработки источника питания (ИП) плазмотрона для розжига и стабилизации горения пылеугольных смесей на тепловых электростанциях. Для решения задач по эффективному розжигу смесей был разработан плазмотрон, работающий в режиме плазменной струи с применением в качестве плазмообразующего газа сжатого воздуха. Эффективная работа любого плазмотрона возможна при надежном запускающем устройстве и при наличии на выходе ИП требуемых параметров и соответствующих характеристик.
Конструктивные особенности разработанного плазмотрона представлены на рисунке 1.
1. Рабочий анод 2. Изоляционная шайба 3. Дежурное сопло 4. Термохимический катод 5. Корпус катодного узла 6. Ввод охлаждаюещей воды 7. Вход воздуха 8. Вход охлаждения дежурного анода
9. Выход охлаждения дежурного анода 10. Вход охлаждения рабочего анода 11 .выход охлаждения рабочего анода 12. Токопровод дежурного анода 13. Токопровод катода 14. Токопровод рабочего анода
На основании анализа возможных схемных реализаций источника питания был сделан вывод о предпочтительности структуры в виде замкнутой системы автоматического регулирования с обратной связью по регулируемой переменной - току плазмы.
Наиболее простым вариантом выполнения силовой части источника является трехфазный управляемый тиристорный выпрямитель. Однако в зоне малых углов проводимости тиристоров в указанной схеме может нарушаться условие непрерывности тока, что приводит к неустойчивости плазменной струи. Увеличение индуктивности сглаживающего реактора для расширения зоны непрерывных токов имеет ограничения, связанные с условиями запуска плазмы. По этой причине предложена схема в виде двух параллельных каналов, работающая на общую цепь нагрузки.
Разработанная схема источника питания сочетает простоту, надежность и обеспечивает устойчивое регулирование тока в полном рабочем диапазоне.
Математическое моделирование источника совместно с цепью нагрузки, состоящей из сглаживающего реактора, обратного диода и дугового промежутка, позволили выполнить параметрическую оптимизацию регулятора тока.
Полученные результаты использованы при практической реализации источника питания плазмы, а натурные испытания комплекса «источник - плазматрон» полностью подтвердили справедливость теоретических выводов.
Козлов А.Н., Кувшинов Г.Е., Наумов Л.А., Ротачёва А.Г., Савина Н.В..
СПОСОБЫ ЗАРЯДА КОНДЕНСАТОРА УПРАВЛЯЕМОГО В Ы П РЯ М ИI ЕЛ Я НАПРЯЖЕНИЯ
Управляемые выпрямители напряжения получают всё большее применение, главным образом, в составе преобразователей частоты, в которые они входят наряду с инверторами напряжения [1]. И те, и другие имеют одинаковую принципиальную схему: в каждом плече преобразователя встречно-параллельно включены диод и ЮВТ-транзистор. Выход выпрямителя подключается к конденсатору и к входу инвертора. В цепи, соединяющей вход выпрямителя с источником ЭДС должен находиться элемент, обладающий индуктивностью, для обеспечения допустимой скорости нарастания входного тока при включённом состоянии транзистора. Таким элементом может служить реактор или индуктивное сопротивление короткого замыкания трансформатора, или, когда выпрямитель соизмерим по мощности с источником, внутреннее индуктивное сопротивление этого источника. Чем больше частота, с которой происходит коммутация транзисторов, и чем больше номинальный входной ток, тем меньше должна быть эта индуктивность.
Управляемые выпрямители напряжения, в отличие от обычных выпрямителей тока, позволяют потреблять из сети практически синусоидальные токи. Первые гармоники этих токов могут иметь любое значение коэффициента мощности как индуктивного, так и емкостного характера. Такая работа возможна, если напряжение на конденсаторе не меньше амплитуды входного линейного напряжения. При включенном состоянии транзистора в короткозамкнутой цепи, содержащей этот транзистор, источник ЭДС и указанные индуктивные элементы, происходит нарастание модуля тока. Кода ток достигнет заданного для этого момента времени значения, транзистор отключается, и ток переходит на диод и далее замыкается через конденсатор, подзаряжая его.
Если конденсатор не заряжен до указанного уровня, то заряд конденсатора происходит как от обычного выпрямителя тока, через входящие в выпрямитель диоды. В начальный период, когда напряжение конденсатора равно нулю, имеет место короткое замыкание источника ЭДС на выпрямитель с закороченным входом. Из-за весьма малого значения индуктивности на входе выпрямителя, его прямое подключение к источнику на стадии предварительного заряда конденсатора недопустимо.
В настоящее время для ограничения тока начального заряда конденсатора применяют простейший способ - использование токоограничивающих резисторов, включаемых на входе выпрямителя [2]. После окончания процесса заряда эти резисторы шунтируют. Если напряжение сети может изменяться в широких пределах, то возникают ситуации, когда выпрямитель становится неуправляемым, а ток заряда конденсатора - слишком большим. Это происходит в моменты увеличения напря-
