CC BY
94
s
со го о.
1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5
силикатный модуль n=2, отношение 1:0,5 силикатный модуль n=4, отношение 1:0,5«
2 3
время помола золы, час
силикатный модуль п=2, отношение 1:1 силикатный модуль п=4, отношение 1:1
Рис. 3. Графическая зависимость водостойкости золощелочного вяжущего от времени помола золы при разных силикатных модулях и отношениях золы к жидкому стеклу
Выводы:
1. Экспериментально установлено, что наибольшая прочность вяжущего достигается при силикатном модуле жидкого стекла СМ=4.
2. С увеличением времени помола прочность композиций при отношении жидкого стекла к золе 1:1 растет пропорционально. Составы с отношением жидкого стекла к золе 0,5:1 ведут себя по-разному, при СМ=4 прочность резко возрастает, а при СМ =2 падает, данный факт возможно объяснить при проведении ряда физико-химических исследований, отражающих процессы структурообразования в золощелочном камне при данных условиях.
3. В результате исследований можно утверждать, что на основе жидкого стекла из микрокремнезема, едкого натра, воды и золы Новой Иркутской ТЭС возможно получение золощелочного вяжущего с высокими технико-эксплуатационными показателями.
Наиболее высоким показателем по прочности порядка 52 МПа обладает состав с силикатным модулем СМ=4, при отношении золы к жидкому стеклу 1:0,5 и времени помола Зчаса. Высокий коэффициент размягчения данного состава Краз=0,8 указывает на высокую водостойкость и возможность применения во влажных условиях.
Библиографический список
1. Овчаренко Г.И., Плотникова Л.Г., Францен В.Б. Оценка свойств зол углей КАТЭКа и их использование в тяжелых бетонах. Барнаул: Изд-во АлтГТИ, 1997. 149 с.
2. Карнаухов Ю.П., Шарова В.В. Жидкое стекло из отходов кремниевого производства для шлакощелочных и золоще-лочных вяжущих //Строительные материалы. 1994. №11.
3. Кривенко П.В. Закономерности формирования структуры и свойств цементного камня на шлакощелочных вяжущих // Цемент. 1985. №3.
4. Чиркова В.В. Материалы на основе стеклоподобных бескальциевых алюмосиликатов и соединений натрия: автореф. дис. ...канд. техн. наук. Киев, 1974. 22 с.
УДК 621.311
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИЗЕЛЬНОГО ПЕРВИЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
М.А.Новожилов1, В.А.Пионкевич2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрен вопрос разработки математической модели асинхронного генератора с учетом влияния неравномерности распределения топлива по цилиндрам дизеля на базе пакетов расширения БтиУпк и SimPowerSystems программы МДИ_ДБ. Приведено описание процесса моделирования возмущений, вызванных неравномерным
'Новожилов Михаил Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения и электротехники, тел.: (3952) 405132, e-mail: [email protected]
Novozhilov Mikhail, Candidate of technical sciences, Associate professor of the chair of Electric Power Supply and Electrical Engineering, tel.: (3952) 405132, e-mail: [email protected]
2Пионкевич Владимир Андреевич, аспирант, тел.: (3952) 405749, e-mail: [email protected] Pionkevich Vladimir, Postgraduate student, tel.: (3952) 405749, e-mail: [email protected]
распределением топлива по цилиндрам для автономной и параллельной работы асинхронных генераторов, между собой и сетью. Ил. 3. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: асинхронный генератор; регулятор напряжения; инверторный режим; дроссель; топливная аппаратура; дизель; первичный двигатель.
CONSIDERATION OF DISTURBANCES OF A DIESEL PRIME ENGINE OF AN INDUCTION GENERATOR M.A. Novozhilov, V.A. Pionkevich
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article deals with the question of the development of the mathematical model of an induction generator taking into account the influence of uneven fuel distribution in the cylinders of a diesel engine based on the expansion packs of Si-mulink and SimPowerSystems of the MATLAB program. The authors present the description of the process of disturbance simulation caused by the uneven distribution of fuel in the cylinders for the free-running and parallel operation of induction generators with each other and the network. 3 figures. 4 sources.
Key words: induction generator; voltage regulator; inverter mode; choke (-coil); fuel equipment; diesel engine; prime engine (mover).
Асинхронные генераторы (АГ) находят широкое применение в качестве источников электрической энергии, особенно в нетрадиционной энергетике (микро-ГЭС, ветроэнергетические установки). Их преимущества по сравнению с синхронными генераторами (СГ): лучшие массо-габаритные показатели; лучшие показатели устойчивости параллельной работы между источниками энергии с АГ и с внешней сетью; бесконтактное исполнение (при короткозамкнутой роторной обмотке); больший кпд; меньший состав высших гармонических в кривой напряжения и др. [1].
При работе СГ с дизельными первичными двигателями возникают проблемы, связанные с неравномерностью подачи топлива в цилиндры дизеля, а также проблемы, вызванные возникновением обменных колебаний активной мощности при параллельной работе СГ между собой. Данные возмущения способны вызвать вибрации станин и крепежных элементов дизелей, что сказывается на их надежности, долговечности и ресурсе в целом. Подобные вопросы для СГ с первичным дизельным двигателем подробно рассмотрены в [2].
Неравномерная подача топлива в цилиндры вызывает колебания механического момента на валу АГ, что отрицательно сказывается на качестве вырабатываемого напряжения. По этой причине системы автоматического регулирования (САР) напряжения, скорости АГ должны учитывать вероятность возникновения подобных процессов.
В литературных источниках не рассмотрены данные вопросы для АГ (при автономной и параллельной работе), поэтому представляет интерес проведение исследований по выявлению возмущений, вызванных неравномерной подачей топлива в цилиндры дизеля, а также возникновение обменных колебаний активной мощности между параллельно работающими АГ.
В [2] приведена информация о том, что при параллельной работе СГ с первичными дизельными двигателями между собой или с сетью в ряде случаев наблюдаются периодические колебания мощности и тока, которые сопровождаются колебаниями частоты вращения, нестабильностью напряжения и частоты, а также колебаниями элементов регуляторов скорости.
Общая нагрузка генераторов при колебаниях мощности сохраняется постоянной, поэтому увеличение нагрузки на одном генераторе происходит одновременно с уменьшением нагрузки на другом, следовательно, уменьшение напряжения на одном генераторе происходит одновременно с увеличением напряжения на другом. В связи с этим рассматриваемое явление получило название «обменные колебания», иногда употребляется термин «переливание мощности». О наличии обменных колебаний активной мощности можно судить по осциллограммам напряжений параллельно работающих генераторов. При укомплектовании дизеля топливной аппаратурой и при ее регулировке отсутствует какая-либо закономерность в зависимости от количества подаваемого топлива и порядкового номера секции топливного насоса, следовательно, наиболее целесообразно в основу дальнейшего анализа положить случайный закон неравномерности распределения топлива по цилиндрам [2].
Проведенные в [2] исследования показали, что при широкой гамме современных дизельных агрегатов процессы возникновения вынужденных колебаний механического момента на валу дизеля необходимо рассматривать как случайный процесс. Вопрос имитационного моделирования подобных процессов и их влияния на показатели качества электрической энергии является актуальной задачей для дизелестрои-тельной отрасли промышленности.
В настоящей статье предлагается решение данных задач методом математического моделирования с использованием системы MATLAB.
Описание математической модели асинхронного генератора. Исследования выполнены на примере серийной асинхронной машины с короткозамкну-тым ротором марки АИР180М4 с номинальной мощностью 30 кВт, номинальным напряжением 380 В, cos9 = 0,86, n0 = 1500 об/мин. Расчёт параметров схемы замещения производился с помощью прикладной программы MS Excel на основе методики, изложенной в [3]. Рассчитанные параметры схемы замещения были внесены в диалоговое окно параметров модели АГ в относительных единицах. Регулятор напряжения АГ содержит трехфазный тиристорный мост с насыщаю-
щимся дросселем, работающий в режиме инвертора. Более подробно регулятор рассмотрен в [4]. Схема модели АГ с регулятором напряжения и скорости приведена на рис. 1.
Описание вынужденных колебаний механического момента на валу АГ. В одном из опытов, представленных в [2] амплитуда обменных колебаний активной мощности, возникающих при наладочных испытаниях параллельной работы агрегатов ДГР 150/750, составила 60-100% от номинального значения Ра ном. Нестабильность напряжения при параллельной работе достигала 1-2% от номинальной величины.
Рассмотрим шестицилиндровый четырехтактный дизель с п = 1500 об./мин. Число пар полюсов АГ равно 2 с периодом вращения вала 0,04 с. В этом случае период работы одного цилиндра Т составляет
0,007 с. Длительность импульса возмущения для одного из цилиндров определяется периодом хода
п°ршня Тхода _ поршня = 0,0017с. За полный °б°р°т вала АГ каждый из 6 поршней дизеля через интервалы времени Тцил = 0,007с «передаст» валу АГ возмущения в виде 6 прямоугольных импульсов длительностью Тхода_поршня = 0,0017 С , при этом как отмечено в [2], амплитуда и частота данных импульсов
может быть случайной, зависящей от настройки топливной системы дизеля.
Неравномерную подачу топлива в цилиндры дизеля можно смоделировать включением ряда блоков в звено первичного двигателя АГ (см. рис. 1). Блок Pulse generator позволяет вырабатывать прямоугольные импульсы заданной амплитуды и частоты. Для моделирования случайного закона распределения топлива на выход блока Pulse generator накладывается случайная функция, представленная блоком источника с нормальным характером распределения сигнала Random number, в котором задано средне-квадратическое отклонение механического момента (дисперсия) Variance, равное 1. Величина моделируемого возмущающего момента соответствует величине подачи топлива.
По результатам ряда экспериментов, представленных в [2], установлено, что амплитуда возмущающих колебаний мощности вследствие неравномерной подачи топлива, как правило, не превышала 10-15% от номинальной мощности дизеля.
Проведенный в [2] анализ показал, что для уменьшения амплитуды вынужденных колебаний вследствие нестабильности в работе топливной аппаратуры наиболее целесообразно уменьшать амплитуду возмущающих моментов; другие способы, например, воздействие на регулятор скорости, давали меньший эффект.
Powergui -Continuous
06 MkF
-í I—
*■—i> h
*—> I-
Woik RLC Branchl
150 MkF
•>-í I—
►-Í h
—) b
Start RLC EJranch5
О
[VL] Gotol
^([Valic]
signal rms 1
O.OIsM
RMS Transfer Fen
I 393T|
Display
4, m t.
ц
Scope
alpha
V
Fr eiii3 I error )— Froill4
Asynchronous Machine pu Units
is_qd vs_qd
* hypot
J^hypot
о
Ol
Transfer Fcn1
< ст. о £
^ SS
Scope2
[vs] \ From
[Vahe]
¡V
pulses
liivertor Control
In 1 Out1
0ut2
In2 Out3
У У У
гН
□
Scopeö
pJs] |
Scopel
Ж
Pulse Generator
М-
Random Number
Scope4
Subsystem
From2
Рис. 1. MATLAB-модель АГ с регулятором напряжения и нагрузкой с дополнительными блоками, моделирующими
неравномерность подачи топлива в цилиндры дизеля
Так как скорость вращения вала ротора АГ изменяется плавно, то для анализа характера возмущений нагляднее использовать характеристику механического момента АГ.
На рис. 2 представлены осциллограммы для автономного режима работы АГ с учетом и без учета возмущений механического момента дизеля при коммутациях нагрузки. На рис. 3 представлены осциллограммы для параллельного режима работы двух АГ при коммутациях нагрузки.
щений как при автономной, так и при параллельной работе АГ.
2) Разработанный регулятор напряжения АГ позволяет исключить возникновение обменных колебаний активной мощности при параллельной работе АГ и соответственно обеспечить требуемое качество вырабатываемого напряжения в соответствии с ГОСТ (см.рис. 3).
3) Случайное изменение механического момента первичного дизельного двигателя подтверждает нали-
Рис. 2. Осциллограммы механического момента первичного дизельного двигателя и линейного напряжения АГ в автономном режиме работы с учетом возмущений и без учета возмущений
Рис. 3. Осциллограммы параметров режима параллельной работы АГ при набросе общей нагрузки с 22 до 30 кВт и при сбросе с 30 до 22 кВт с учетом возмущений механического момента первичного дизельного двигателя, вызванных неравномерной подачей топлива в цилиндры
Обобщая вышеизложенное, можно сделать сле- чие возмущений, вызванных неравномерностью пода-дующие выводы: чи топлива в цилиндры дизеля (см. рис. 2);
1) Разработанная модель первичного дизельного двигателя позволяет проводить исследования возму-_
1. Вишневский Л.В., Пасс А.Е. Системы управления асинхронными генераторными комплексами: монография. Киев; Одесса: Лыбидь, 1990. 168 с.
2. Толшин В. И. Устойчивость параллельной работы дизель-генераторов. Л.: Машиностроение, 1970. 200 с.
3. Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. М.: Энергоатомиздат, 1984. 240 с.
ский список
4. Новожилов М.А., Пионкевич В.А. Математическая модель асинхронного генератора для задач регулирования напряжения. Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов // Сборник трудов Международной научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов. Тольятти: Тольяттинский государственный университет, 2009.
УДК 537.8
ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ В ОДНОПРОВОДНОЙ НЕЗАМКНУТОЙ СХЕМЕ А.В.Сторожко1
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрена схема, в которой возникает однопроводной «тесловский ток», показана его эффективность и сделана попытка доказать, что такой ток нельзя рассчитывать по известным формулам. Ил. 2. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: однопроводной ток; незамкнутая электрическая цепь; схема Тесла, эксперимент.
TRANSFER OF ENERGY IN A SINGLE-WIRE OPEN CIRCUIT A.V. Storozhko
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The author examines a circuit where a single-wire "Tesla current" arises. He demonstrates its efficiency and makes an attempt to prove that this current can't be calculated by known formulae. 2 figures. 4 sources.
Key words: single-wire current; open circuit; circuitry; Tesla; experiment.
В последнее время внимание учёных и инженеров, работающих в области радиотехники, электротехники, радиоастрономии и других смежных областях, привлекают разработки учёного и инженера Николы Теслы, жившего на рубеже 19 - 20-го веков. Некоторые его работы значительно опережали своё время, но есть и такие, которые остались неосознанными до сих пор и не нашли должного применения. К этим работам можно отнести, например, такие как появление тесловского однопроводного тока, открытие закона о зависимости электроёмкости проводников электрической цепи от места ее нахождения, создание искусственных молний и передача их энергии на большие расстояния и т.д. [1]
Прежде чем перейти к рассмотрению основной темы данной статьи, обратим внимание на следующий момент. В современных школьных учебниках по физике утверждается, что электроёмкость проводников в электрической цепи постоянна и рассчитывается строго по известным формулам.
Тесла ещё в январе 1901 года открыл закон, согласно которому «ёмкость проводников электричества переменна. Она изменяется в соответствии с абсолютной высотой над уровнем моря, относительной высотой над поверхностью земли и расстоянием до солнца» [1].
В статье New York Sun от 30 января 1901 года Н. Тесла писал: «Однако значительно более интересен для учёных факт, который я наблюдал позднее: ёмкость подвергается изменениям в течение года, приобретая максимальное значение летом, а минимальное зимой ....... существует и суточное изменение,
имеющее максимальное значение ночью» [1]. В связи с этим он ещё в 1901 г. рекомендовал «переписать формулы», определяющие величину электроёмкости.
Далее, согласно законам современной электротехники только в замкнутой цепи возникает электрический ток. Однако Н. Тесла экспериментально доказал, что ток возможен и в однопроводной, незамкнутой цепи и что электроэнергию можно передавать даже без проводов [1].
Спустя почти сто лет инженер Н. Заев опубликовал работу, в которой описал возможность создания однопроводной линии электропередачи [2].
В 1998 г. наш современник С.В. Авраменко запатентовал схемы однопроводных линий, в которых использовались тесловские повышающие трансформаторы, работающие на частотах в несколько десятков килогерц [3].
Наконец в 2010 г. появляется работа, в которой сделана попытка осознать физические свойства те-словского однопроводного тока [4].
1Сторожко Александр Владимирович, кандидат технических наук, профессор, тел.: 89148733505. Storozhko Alexander, Candidate of technical sciences, Professor, tel.: 89148733505.
