По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.31

Несинусоидальные токи в системе электроснабжения с преобразователями частоты и гибридной схемой включения МГД-индукторов

Кинев Е. С. канд. техн. наук, доцент кафедры электротехники, директор, ООО «Тепловые электрические системы», e-mail: Kinev_ES@ontecom.com
Тяпин А. А. аспирант кафедры электроэнергетики, руководитель проектов, ООО «ТЭС», e-mail: Mishinskaya_AS@tamerlan-krk.ru
Пантелеев В. И. д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой электроэнергетики, Политехнический институт ФГАОУ ВО «СФУ», г. Красноярск, e-mail: vpanteleev@sfu-kras.ru
Первухин М. В. д-р техн. наук, профессор, директор, Политехнический институт ФГАОУ ВО «СФУ», г. Красноярск, e-mail: mpervukhin@sfu-kras.ru

В статье рассмотрено решение задачи совместного использования линейных МГД-машин разных видов, обусловленное модернизацией печей для приготовления сплавов алюминия. Установлено, что особенности совместной работы гибридных МГД-комплексов и тиристорных регуляторов требуют разработки методов улучшения электромагнитной обстановки на металлургических предприятиях. Ввиду разнородности двухфазной и трехфазной нагрузки при большой несимметрии токов по фазам в цеховой сети может ухудшиться качество электроэнергии. Для улучшения экологии сети при использовании в системе электропитания транзисторных IGBT-инверторов и тиристорной нагрузки предложены средства диагностики качества электричества. Измеренные режимные параметры электропотребления показывают, что комбинированное подключение МГД-машин разных видов в трехфазную сеть, перегруженную несинусоидальными токами, целесообразно при эффективном подавлении высших гармоник, а также при условии противодействия токовой несимметрии.

Литература:

1. Кинев Е.С., Тяпин А.А. Схемотехника подключения IGBT-инвертора к многофазной индукционной машине // САПР и моделирование в современной электронике: Сборник научных трудов II Международной научнопрактической конференции. – Брянск: БГТУ, 2018. – Ч. 1. – С. 208–215. DOI: 10.30987/confe rencearticle_5c19e61d557532.76134464.

2. Тяпин А.А., Кинев Е.С. Двухфазная индукционная нагрузка в трехфазной распределительной сети. Энергобезопасность и энергосбережение. – 2020. – № 1. – С. 42–51. ISSN 2071-2219. DOI: 10.18635/2071-2219-20201-42-51.

3. Тяпин А.А., Пантелеев В.И. Двухфазная линейная машина с IGBT-инвертором // В кн.: Электроэнергетика: XV Всероссийская (VII Международная) научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. – Иваново: ФГБОУ ВО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина», 2020. – С. 82.

4. Тяпин А.А., Кинев Е.С. IGBT-инвертор с биполярной синусоидальной ШИМ для двухфазной линейной МГД-машины // САПР и моделирование в современной электронике. Сборник научных трудов III Международной научно-практической конференции. – Брянск: БГТУ, 2019. – С. 96–102. DOI: 10.30987/conferen cearticle_5e028210dbc298.14572422.

5. Электротехнологические промышленные установки / И.П. Евтюкова, Л.С. Кацевич, Н.М. Некрасова, А.Д. Свенчанский; под ред. А.Д. Свенчанского. – М.: Энергоиздат, 1982. – 400 с.

6. Шклярский Я.Э., Скамьин А.Н. Проблемы высших гармоник в сетях промышленных предприятий // Электротехника и электромеханика. – 2013. – № 1. – С. 69–71.

7. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения. – М.: Стандартинформ, 2013. – 16 с.

8. Шидловский А.К., Москаленко Г.А. Симметрирующие устройства с трансформаторными фазосдвигающими элементами. – Киев: Наукова думка, 1981. – 204 с.

9. Kinev E.S., Tyapin A.A., Golovenko E.A., Avdulov A.A., Efimov S.N. Universal MHD Device For Automation Of Casting Control Of Aluminum. In the collection of articles: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. – Krasnoyarsk, 2020. – Рp. 32019.

10. Патент RU 2759178 C2. Способ воздействия электромагнитным полем на расплав металла и индуктор для его реализации / Головенко Е.А., Кинев Е.С., Тяпин А.А., Авдулова Ю.С. Опубл. 09.11.2021. Заявка № 2018144628 от 17.12.2018.

11. Kinev E.S., Tyapin A.A., Panteleev V.I., et al. Energy and thrust characteristics of MHD inductors for stirring liquid aluminum. AIP Conference Proceedings 2467, 080026 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0093898

12. ГОСТ Р 51317.2.5-2000 (МЭК 610002-5–95). Совместимость технических средств электромагнитная. Электромагнитная обстановка. Классификация электромагнитных помех в местах размещения технических средств. – М.: ИПК «Издательство стандартов», 2001. – 44 с.

13. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов. – М.: ЭНАС, 2009. – 456 с.

14. Фризен В.Э., Назаров С.Л. Расчет и выбор электрооборудования низковольтных распределительных сетей промышленных предприятий. – Екатеринбург: ФГАОУ ВПО «УФУ им. Б.Н. Ельцина», 2018. – 180 с.

15. Железко Ю.С., Артемьев А.В., Савченко О.В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. – 280 с.

16. ГОСТ 30804.4.30-2013 (IEC 61000-430:2008). Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии. – М.: Срандартинформ, 2014. – 58 с.

17. Патент RU 2759178 C2. Способ воздействия электромагнитным полем на расплав металла и индуктор для его реализации / Головенко Е.А., Кинев Е.С., Тяпин А.А., Авдулова Ю.С. Опубл. 09.11.2021. Заявка № 2018144628 от 17.12.2018.

18. Герасименко А.А., Кинев Е.С., Чупак Т.М. Электроэнергетические системы и сети. – Красноярск: ИПК СФУ, 2008. – 279 с.

19. Kinev E.S., Tyapin A.A., Litovchenko A.V. Analysis of the closed circuit network in the power supply system of a metallurgical enterprise. The scientific heritage. – Budapest, 2020. – No 49-1. – Vol. 1. – Рp. 69–74. ISSN 92150365.

20. Кинев Е.С., Тяпин А.А. Особенности расчета режима сети с двусторонним питанием // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2020. – № 7. – С. 12–18. ISSN: 20749635.

21. Кинев Е.С., Тяпин А.А., Хороших А.А., Колодочкин М.Д., Пантелеев В.И. Цифровая система управления тиристорным регулятором в сети металлургического цеха // В сб.: САПР и моделирование в современной электронике. Сборник научных трудов V Международной научно-практической конференции. – Брянск: БГТУ, 2021. – С. 26–29.

22. Kinev E., Tyapin A. Improving the quality of electricity of a metallurgical enterprise by balancing the induction load // Norwegian Journal of development of the International Science. – Oslo, 2020. – No 40. – Vol. 1. – Рp. 33–40. ISSN 3453-9875.

23. Кинев Е.С., Тяпин А.А., Хороших А.А., Колодочкин М.Д., Пантелеев В.И. Улучшение электромагнитной обстановки в цеховой сети применением цифрового управления силовыми вентилями // В сб.: Проблемы и перспективы развития энергетики, электротехники и энергоэффективности. Материалы V Международной научно-технической конференции. – Чебоксары: ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова», 2021. – С. 116–121.

24. Карпов Е.А., Тимофеев В.Н., Перфильев Ю.С., Хацаюк М.Ю., Первухин М.В. Моделирование переходных процессов в линейных и нелинейных электрических цепях. – Красноярск: СФУ, 2019. – 189 с. ISBN: 978-5-7638-4081-0.

25. Птицына Е.В. Электролизные и газоразрядные электротехнологические установки с питанием током сложной формы / Под ред. А.Б. Кувалдина. – Павлодар: ООО НПФ «ЭКО», 2007. – 420 с.

26. Управление качеством электроэнергии при несинусоидальных режимах / А.В. Агунов. – СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2009. – 134 с.

27. Directive 2014/30/eu of the European parliament and of the council. 29.3.2014 Official Journal of the European Union L 96/79. – 28 р.

28. Управление качеством электроэнергии / И.И. Карташев, В.Н. Тульский, Р.Г. Шамонов и др.; под ред. Ю.В. Шарова. – М.: Издат. дом «МЭИ», 2006. – 320 с.

29. Гитгарц Д.А., Мнухин Л.А. Симметрирующие устройства для однофазных электротермических установок. – М.: Энергия, 1974. – 120 с.

30. Алиферов А.И., Бикеев Р.А., Горева Л.П., Игнатенко А.Ю., Бордунова А.В. Симметрирование электрических параметров расшихтованного жесткого токоподвода руднотермической электропечи // Электротехника. – 2014. – № 12. – С. 54–58.

31. Безруких А.И., Янов В.В., Баранов В.Н., Юрьев П.О., Степаненко Н.А. Разработка физической модели плавильно-литейного комплекса для получения слитков малого сечения из экспериментальных алюминиевых сплавов // Литейщик России. – 2021. – № 2. – С. 28–30.

32. Алиферов А.И., Бикеев Р.А., Горева Л.П., Игнатенко А.Ю. Метод расчета параметров шихтованных пакетов рудно-термических печей // Известия вузов. Электромеханика. – 2013. – № 6. – С. 41–44.

33. Электротехнический справочник. Т. 4. Использование электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. – М.: Изд-во МЭИ, 2004. – 696 с.

34. Tyapin A., Panteleev V., Kinev E. Mathematical models of non-sinusoidal power supply of a three-phase transverse field MHD inductor // E3S Web of Sciences Conferences. International scientific forum on computer and energy (WFCES 2021) May 20–21 /A.D. Nazarov (Ed.). – Kazakhstan, Almaty, 2021. – Vol. 270. – Р. 13. – https://doi.org/10.1051/e3sconf/202127001024.

Для перемешивания жидкого алюминия в миксерах и печах применяют линейные индукционные машины (ЛИМ) с разомкнутыми магнитопроводами при разном количестве фаз [1]. Устройства для силового воздействия магнитным полем на жидкий металл называют магнитогидродинамическими (МГД). Стационарные металлургические индукторы имеют хорошую надежность и нередко сохраняют работоспособность даже после 20 лет интенсивной эксплуатации. В то же время источники питания прежних поколений надежностью не отличаются [2]. Как правило, в практической эксплуатации находятся тиристорные преобразователи частоты, которые морально устарели и физически изношены. Стоимость индуктора в составе комплекса электромагнитного перемешивания расплава алюминия может достигать 40–50%. Опыт расчетов технико-экономической эффективности мероприятий по модернизации с дефектовкой оборудования производства показал, что существуют варианты создания МГД-комплексов комбинированного состава. Поэтому на этапе реконструкции реальна ситуация применения схемы электропитания, пригодной для разных видов индукционных машин [3]. Для двухфазных индукторов прежних поколений и для новых трехфазных индукторов можно использовать универсальные современные источники питания, построенные на базе транзисторных IGBT-инверторов [4].

Фрагмент схемы системы электроснабжения металлургического цеха, где используют технологию электромагнитного перемешивания расплава алюминия, показан на рис. 1. В схеме использован один силовой трансформатор без резервирования. Соединения между главной понизительной подстанцией (ГПП) предприятия и цеховыми комплектными трансформаторными подстанциями (КТП) выполнены алюминиевым трехфазным кабелем. Цеховые ячейки КТП могут быть расположены как вблизи МГД-оборудования, так и на значительном удалении. Причем расстояния между КТП и комплектным распределительным устройством (КРУ) может измеряться сотнями метров. В зоне размещения КРУ нередко смонтированы шинопроводы для подключения мощной электропечной нагрузки [5]. Вместе с тем бывают варианты схем с удаленным расположением распределительных пунктов (РП), от которых могут быть запитаны МГД-комплексы. На схеме рис. 1 мощная печная нагрузка миксеров М1 и М2 из двух групп нагревателей ЕК1-3 и ЕК4-6 подключена непосредственно к шинам КРУ через тиристорные регуляторы (1-2-3-4-5-6), шунтированные силовыми выключателями. Кроме того, КРУ имеет нагрузку в виде стороннего удаленного потребителя, подключенного кабельной линией W1 и электропривода АМ1.

Для Цитирования:
Кинев Е. С., Тяпин А. А., Пантелеев В. И., Первухин М. В., Несинусоидальные токи в системе электроснабжения с преобразователями частоты и гибридной схемой включения МГД-индукторов. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2022;8.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: