Известны новые энергосберегающие конструкции окон с теплоотражающими экранами, однако для практического использования необходима их интеграция в системы автоматического управления теплоснабжением зданий и определение эффективности их использования с учетом существующих энергосберегающих мероприятий. Использованы результаты натурных испытаний окон с теплоотражающими экранами в сертифицированной климатической камере. Результаты обработаны методами математической статистики. Многовариантные расчеты показателей использования энергосберегающих окон в системах теплоснабжения зданий осуществлены с использованием программного комплекса Mathcad. Разработана методика по определению минимальной температуры воздуха внутри помещения при дежурном режиме отопления в случае использования в окнах теплоотражающих экранов. Разработаны многофункциональный энергоэффективный ставень с солнечной батареей и автоматизированная система регулирования теплоснабжения зданий с применением теплоотражающих экранов. Применение окон с теплоотражающими экранами и солнечной батареей дает тройной энергетический эффект: в отопительный период уменьшаются теплопотери за счет увеличения сопротивления окна, снижаются затраты теплоты на нагрев помещения за счет понижения температуры воздуха внутри помещения, а также происходит выработка электрической энергии.
Вестник Ивановского государственного энергетического университета
2015. — Выпуск 2
Содержание:
Исследования ксеноновой устойчивости ядерного реактора и ксеноновых колебаний и волн, направленные на определение теплотехнической надежности активной зоны, являются актуальными. Существующие методы математического моделирования либо являются весьма приближенными, либо положены в основу мощных расчетных кодов, не позволяющих понять физику процессов. Использованы методы математического моделирования, теория возмущений и инструменты программирования в среде Mathcad. Предложена новая математическая модель для определения области ксеноновой устойчивости ядерного реактора. На основе теории связанных реакторов в двухточечном приближении разработана математическая модель для симуляции ксеноновых колебаний в ядерных реакторах. Выполнены численные эксперименты, позволяющие определить выбег мощности и температурный перегрев активной зоны. Результаты моделирования хорошо согласуются с результатами натурных экспериментов. Результаты математического моделирования и численные эксперименты могут быть использованы на практике, а также в учебном процессе для определения области безопасной работы ядерного реактора при разработке алгоритмов предупреждения и подавления ксеноновых колебаний.
Ключевые слова
В распределительных кабельных сетях среднего напряжения, работающих с изолированной нейтралью или с заземлением нейтрали через высокоомный резистор, для защиты от основного вида повреждений - однофазных замыканий на землю, как правило, применяются максимальные токовые защиты нулевой последовательности. На динамическую устойчивость функционирования указанных защит существенное влияние оказывают электромагнитные переходные процессы при дуговых перемежающихся однофазных замыканиях на землю, представляющих собой многократные гашения и повторные зажигания заземляющей дуги через небольшие интервалы времени. В этих условиях устойчивость функционирования токовых защит и область их возможного применения существенно зависит от правильного выбора воздействующей величины. Учитывая это, представляет интерес сравнение эффективности использования в микропроцессорных исполнениях токовых защит нулевой последовательности в качестве воздействующей величины среднеквадратичного и средневыпрямленного значения полного тока нулевой последовательности 3i 0 защищаемого присоединения или составляющей рабочей частоты 50 Гц, выделяемой из тока 3i 0. Исследование динамической устойчивости функционирования цифровых исполнений ТЗНП при дуговых перемежающихся ОЗЗ, основанных на использовании различных значений тока 3i 0 в качестве воздействующей величины, проведено с применением имитационных моделей кабельных сетей 6-10 кВ и алгоритма функционирования защиты в системе моделирования Simulink. На основе исследований на имитационных моделях установлено, что в кабельных сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью и с высокоомным заземлением нейтрали наиболее высокую динамическую устойчивость функционирования при внешних дуговых перемежающихся ОЗЗ и чувствительность при внутренних замыканиях на землю обеспечивают ТЗНП, использующие в качестве воздействующей величины среднеквадратичное значение составляющей рабочей частоты, выделяемой фильтром из тока 3i 0 защищаемого присоединения. Предложены уточнения методики выбора уставок по току срабатывания ТЗНП для кабельных сетей 6-10 кВ с изолированной нейтралью и с высокоомным заземлением нейтрали. Дана оценка области возможного применения ТЗНП, основанных на использовании полученных результатов исследований. Для обеспечения максимальной динамической устойчивости функционирования в цифровых исполнениях ТЗНП для кабельных сетей 6-10 кВ, работающих с изолированной нейтралью или с заземлением нейтрали через высокоомный резистор, необходимо использовать в качестве воздействующей величины среднеквадратичное значение составляющей рабочей частоты 50 Гц, выделенной фильтром из тока нулевой последовательности защищаемого присоединения.
Ключевые слова
На данный момент для устранения возможности появления небаланса фазных напряжений (токов) иногда применяются системы, которые не позволяют сохранять удовлетворительным коэффициент небаланса фазных напряжений при работе на несимметричную нагрузку. Проводимые ранее исследования привели к выявлению отрицательных факторов, воздействующих как на источник, так и на потребителей электрической энергии. Однако научных изысканий по разработке устройств анализа и коррекции небаланса фазных напряжений при использовании автономных источников ограниченной мощности практически не проводилось. В связи с этим актуальным является разработка способов и устройств компенсации небаланса фазных напряжений. Исследования и разработка устройства компенсации небаланса фазных напряжений основаны на анализе статистических данных изменения параметров электроэнергии с применением метода аналитического синтеза. Разработано устройство оценки и коррекции небаланса фазных напряжений, содержащее измерители амплитуды и вариаторы в каждой фазе источника питания. Установлено, что использование этого устройства приводит к снижению возможности появления напряжений и токов обратной и нулевой последовательности, перегрузки одной из фаз генератора, перегрева генератора и способствует повышению качества электрической энергии в целом. Предложенное устройство может быть использовано в трехфазных системах с питанием от автономного источника ограниченной мощности в целях оценки и компенсации небаланса фазных напряжений.
Ключевые слова
Существующая система собственности электрических сетей и оплаты за электроэнергию потребителями коммунально-бытового сектора требует уточнения путем анализа и оценки затрат на потребление общедомовыми электроприемниками многоквартирных домов. Нормативы расхода электроэнергии на общедомовые нужды не учитывают потери во внутридомовых сетях и ряд других важных факторов. В связи с этим в целях повышения эффективности электроснабжения потребителей коммунально-бытового сектора необходимы исследования по уточнению нормативов электропотребления на общедомовые нужды, анализу границ балансовой принадлежности и оптимизации мест установки коллективных и индивидуальных приборов учета. Исследования основаны на анализе нормативно-правовой базы в области ЖКХ, а также на использовании методов обработки статистической информации о деятельности ряда коммунально-бытовых потребителей Нижегородской области. На основе анализа типовых схем электроснабжения многоквартирных домов выявлены возможные места установки общедомовых и индивидуальных приборов учета, установлен состав общедомовых нужд. Предложены расчетные формулы для оценки затрат на общедомовые нужды и получены конкретные численные значения. Показано влияние на общедомовые нужды субабонентов. Дан анализ причин возможных отклонений расходов электроэнергии на общедомовые нужды и возможного ущерба коммунально-бытовых потребителей. Результаты исследования свидетельствуют о настоятельной необходимости введения в коммунально-бытовом секторе общедомовых приборов учета. Предложенные мероприятия и система штрафных санкций направлены на снижение потерь от бездоговорного и безучетного электропотребления.
Ключевые слова
В настоящее время моделирование системы двигатель-генератор проводится на упрощенных моделях без учета насыщения, поверхностного эффекта, зубчатости сердечников, несинусоидальности напряжения питания от преобразователей частоты. Создание энергоэффективных тяговых асинхронных машин с частотным управлением для гибридного привода транспортных средств определяет практический интерес к новым методам их испытаний и моделирования. Испытания таких машин желательно проводить с рекуперацией энергии в системе двигатель-генератор, где машины объединены общим валом. При исследовании работы системы тяговый асинхронный двигатель - асинхронный генератор с общим валом используются взаимосвязанные модели электромеханических процессов в машинах, основанные на теории электрических цепей и конечно-элементном моделировании электромагнитных полей. Разработаны уточненные взаимосвязанные математические модели системы асинхронный двигатель-генератор, работающие с общим валом, основанные на теории цепей и теории поля. Неучет изменения параметров асинхронных тяговых двигателя и генератора, работающих в системе с общим валом, при изменении режимов работы приводит к погрешности определения характеристик машин. Разработанные уточненные взаимосвязанные математические модели асинхронных двигателя и генератора, работающих с общим валом, основанные на теории электрических цепей и теории поля, позволяют проводить взаимосвязанное моделирование и исследование статических и динамических режимов работы машин с учетом насыщения, поверхностного эффекта, зубчатости сердечников, несинусоидальности напряжения питания от преобразователей частоты, изменяющихся параметров обмоток.
Ключевые слова
Повышение энергоэффективности асинхронного электропривода возможно при введении в его состав корректора коэффициента мощности. Наибольший эффект повышения коэффициента мощности и улучшения электромагнитной совместимости электропривода достигается при использовании многофазных корректоров коэффициента мощности. Алгоритмы управления электропривода с такими корректорами коэффициента мощности изучены недостаточно. В связи с этим актуальным является сравнительный анализ этих алгоритмов по критерию быстродействия. Использованы методы натурного эксперимента. Алгоритмы управления проверены на микроконтроллере TMS320F28035 с использованием языков C и ассемблер, среда программирования - Code Composer Studio. Эксперименты проведены на преобразователе TMDSPFCMTRKIT фирмы Texas Instruments. Программа экспериментов заключалась в определении ресурсов, затраченных микроконтроллером при реализации каждого из алгоритмов, с помощью инструментов Code Composer Studio. Представлены варианты реализации алгоритмов управления с использованием сопроцессора CLA (Control Law Accelerator) и без него. Показано, что реализация системы управления с использованием сопроцессора CLA является наиболее энергоэффективной и позволяет достичь частоты контура тока порядка 100 кГц, для систем без сопроцессора - при значениях не более 50 кГц. Анализ вариантов показал, что система управления, реализованная на основе цифровых сигнальных микроконтроллеров с сопроцессором CLA, характеризуется наибольшим быстродействием и наилучшей энергоэффективностью. Полученные результаты могут найти применение при разработке современных электромехатронных модулей.
Ключевые слова
Обменные колебания мощности между параллельно работающими дизель-генераторными агрегатами отрицательно влияют на работу всего электротехнического комплекса судна. Существующие системы управления параллельной работой судовых дизель-генераторных агрегатов не учитывают необходимость контроля амплитуды обменных колебаний мощности и ограничения их уровня. Ограничение амплитуды обменных колебаний мощности напрямую связано с обеспечением устойчивой работы судовой электростанции. В связи с этим необходимо разработать метод определения уровня обменных колебаний мощности в судовом электротехническом комплексе. Используется математическая модель параллельной работы двух судовых дизель-генераторных агрегатов, в которой учтено существование нелинейности «люфт» в контуре управления частотой вращения дизеля. Экспериментальные исследования проведены на действующем судне морского флота. Разработан метод определения амплитуды обменных колебаний мощности при параллельной работе синхронных генераторов судового электротехнического комплекса с использованием интегрального критерия на основе метода площадей. Эффективность и работоспособность предложенного критерия подтверждена компьютерной программой, определяющей и уменьшающей амплитуду обменных колебаний в автоматическом режиме. Предложенный метод определения амплитуды обменных колебаний мощности позволяет обеспечить желаемые показатели качества электроэнергии и повысить эффективность работы судового электротехнического комплекса. Результаты математического моделирования и компьютерной программы необходимо проверить в реальных судовых условиях.
Ключевые слова
Эффективное смешивание сыпучих материалов играет важную роль во многих отраслях промышленности, в частности при производстве композиционных материалов для тепловой и ядерной энергетики. При смешивании разнородных сыпучих материалов всегда возникает сегрегация частиц, не позволяющая получить полностью однородную смесь. Актуальной является задача определения оптимального времени смешивания, когда однородность смеси достигает максимального значения. Опыт показывает, что сегрегация вблизи стенок смесителя существенно отличается от сегрегации вдали от них. Это приводит к поперечной неравномерности сегрегации, которая оказывает значительное влияние на кинетику смешивания. Оценка пристеночных эффектов в рамках существующих одномерных моделей процесса невозможна в принципе. Поэтому необходимо построение двухмерной модели, которая учитывает неравномерную продольную сегрегацию и вызываемую ей поперечную сегрегацию компонента в виброожиженной смеси. Используется метод математического моделирования, основанный на теории цепей Маркова, которому соответствует двухмерное ячеечное представление описываемого процесса. Для экспериментальной верификации модели использованы данные по распределению компонентов в лабораторном вибрационном смесителе с плоской прямоугольной зоной смешивания. Построена двухмерная модель эволюции содержания компонентов в двухкомпонентной смеси и путем численных экспериментов показано, что неравномерность сегрегации существенно влияет на равномерность распределения компонентов и оптимальное время смешивания. Установлено хорошее качественное соответствие расчетных результатов с экспериментальными данными. Предложенная модель позволяет учесть неравномерность сегрегации, приводящую к заметному ухудшению качества смеси и изменению оптимального времени смешивания на стадии проектирования.
Ключевые слова
Известные компьютерные программы для моделирования гидравлических и тепловых режимов эксплуатации систем пароснабжения обеспечивают достаточно высокую точность расчетов при условии движения в них перегретого пара. Однако на практике встречаются случаи, когда на отдельных участках сетей паропроводов по различным причинам в определенные периоды времени происходит частичная конденсация пара и при этом используемые методы расчета становятся непригодными. Появление конденсата в паропроводах приводит к уменьшению энергетической эффективности и снижению надежности систем пароснабжения. В связи с этим необходима корректировка существующих методов расчета для учета этого случая. Предлагаемая математическая модель процесса основана на решении системы уравнений, описывающих гидродинамические и тепломассообменные процессы при движении как перегретого, так и влажного пара в трубопроводных сетях сложной структуры, дополненной расчетными соотношениями для теплофизических характеристик теплоносителя. Модель сети паропроводов, содержащей несколько потребителей и источников, представлена в виде ориентированного графа. Разработан метод двухстадийной увязки кольцевых трубопроводных сетей, транспортирующих как перегретый, так и влажный пар, при наличии в них дренажей. На основе данного метода предложена методика оценки эффективности использования паропреобразователей на входе паропотребителей. Предложенная математическая модель процесса и алгоритм ее численной реализации позволяют повысить точность расчетных прогнозов режимов работы трубопроводных сетей паропроводов и их энергетическую эффективность.
Ключевые слова
На сегодняшний день конвективная сушка твердого топлива проводится в плотном слое или в псевдоожиженном. Выбор между этими двумя вариантами не очевиден, так как обе эти технологии обладают определенными достоинствами и недостатками. По этой причине развитие обобщенной методологии для описания процесса в обеих этих формах в настоящее время является актуальным. Теория цепей Маркова использована как математическая основа для построения модели эволюции распределения содержания влаги и теплоты в зернистом слое. Программно-алгоритмическое обеспечение модели разработано в пакете MatLab. Предложена модель кинетики процесса сушки системы «газ-твердая фаза». Плотное и псевдоожиженное состояния системы «газ-твердая фаза» рассмотрены на основе общей методологии, позволяющей объяснять механизм псевдоожижения плотного слоя в процессе сушки. Приведены результаты численного моделирования процесса. Разработанная модель устанавливает качественную связь между гидродинамической ситуацией в слое и процессами тепло- и массопереноса в нем. В дальнейших исследованиях необходимо провести количественное определение коэффициентов теплообмена и массообмена.
Ключевые слова
Современные условия производства трансформаторов требуют от инженеров-проектировщиков минимальных затрат времени на проектирование при сохранении высокой точности расчетов. Эти требования возможно удовлетворить за счет использования подсистем САПР распределительных трансформаторов, основанных на уточненных математических моделях. В связи с этим становится актуальной задача разработки и апробации подсистемы САПР распределительных трансформаторов для расчета нагрузочных потерь в фольговых обмотках с учетом вытеснения тока. Использованы системы программирования Visual Basic for Excel, MATLAB, библиотека моделирования магнитного поля EMLib, библиотека моделирования электрических схем замещения ECLib, а также результаты испытаний физических образцов в испытательной лаборатории ЗАО «Трансформер» (г. Подольск, Московская область). Разработана и апробирована подсистема САПР распределительных трансформаторов для расчета нагрузочных потерь в фольговых обмотках НН трансформатора с учетом вытеснения тока. Получены эпюры распределения плотности тока по высоте фольговой обмотки НН. Полученные численные результаты с достаточной степенью точности подтверждаются результатами приемосдаточных испытаний. Разработанная подсистема может быть интегрирована в САПР и использоваться при проектировании оптимальных моделей распределительных трансформаторов, а также при разработке серий трансформаторов.