По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.31, 66.04

Симметрирование однофазной индукционной установки в трехфазной сети

Тяпин А. А. аспирант, Сибирский федеральный университет, руководитель проектов, ООО ТЭС, г. Красноярск
Кинев Е. С. канд. техн. наук, директор, ООО «Тепловые электрические системы», г. Красноярск
Головенко Е. А. канд. техн. наук, доцент, Сибирский федеральный университет, г. Красноярск
Ефимов С. Н. , канд. техн. наук, доцент, Сибирский аэрокосмический университет, г. Красноярск

В статье приведены результаты исследования режимов индукционного оборудования, предназначенного для экструзии алюминия. Мощные однофазные индукторы, подключенные в трехфазную сеть, вызывают несимметрию токов и напряжений, ухудшая работу остального оборудования цеха, резко повышая потери. Исследование несимметричного включения однофазного индуктора в трехфазной сети проведено программными средствами по параметрическим схемным моделям, построенным с применением гибридного анализа. Замена приближенных инженерных методик автоматизированными расчетными алгоритмами и математическим моделированием позволила выполнить уточненный расчет. Для повышения гибкости управления на практике предложена автоматизация симметрирования с применением микроконтроллера. В задаче показаны достоинства и рациональность нагрева алюминия электричеством, позволяющие перейти к расчетной оценке эффективности электрического нагрева в сравнении с газовым.

Литература:

1. 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: 10.18635/2071-2219-2020-1-42-51.

2. 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. – N 40. – Vol. 1. – Рp. 33–40. ISSN 3453-9875.

3. Слухоцкий А.Е., Немков В.С., Павлов Н.А., Бамунэр А.В. Установки индукционного нагрева. − Л.: Энергоиздат, 1981. − 328 с.

4. Алиферов А.И., Лупи С., Форзан М. Электротехнологические установки и системы. Установки индукционного нагрева: учебное пособие. – Новосибирск: НГТУ, 2017. – 160 с.

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

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

7. Данилушкин А.И., Животягин Д.А. Энергоэффективные режимы работы индукционных нагревателей в технологической линии обработки металла // В кн.: Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении. Сб. науч. статей IV Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. – Курск: ЗАО «Университетская книга», 2019. – С. 82–85.

8. Шидловский А.К., Новский В.А., Каплычный Н.Н. Стабилизация параметров электрической энергии в электрических сетях. – Киев: Наук. думка, 1989. – 312 с.

9. Фомин Н.И., Затуловский Л.М. Электрические печи и установки индукционного нагрева. – М.: Металлургия, 1979. – 247 с.

10. Tyapin A.A., Kinev E.S. Topological approach to the assessment of electromagnetic asymmetry of the MHD machine // Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe (East European Scientific Journal). – Warsaw, Poland, 2019. – N 2 (42). – Р. 1. – Рp. 40–47.

11. Тяпин А.А., Кинев Е.С. Выбор схемы инвертора для линейной металлургической МГД-машины // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2020. – № 3. – С. 23–29. ISSN: 2074-9635.

12. Кинев Е.С., Тяпин А.А., Ефимов С.Н. Оценка несимметрии индукционной машины с применением метода симметричных составляющих // Вестник Воронеж. гос. техн. ун-та. – 2018. – Т. 14. – № 6. – С. 68–79.

13. Чуа Л.О. Машинный анализ электронных схем: Алгоритмы и вычислительные методы / Пер. с англ. / Л.О. Чуа, Лин Пен-Мин. – М.: Энергия, 1980. – 640 с.

14. Chua L.O, Desoer C., Kuh E. Linear and nonlinear circuits // McGraw-Hill. – New York, 1987. – 839 p. ISBN 0-07-010898-6.

15. Алиферов А.И., Бикеев Р.А., Горева Л.П. Программный комплекс для расчета индуктивных сопротивлений систем прямолинейных проводников, произвольно расположенных в пространстве // В сб.: Электротехника, электромеханика и электротехнологии. ЭЭЭ-2009 материалы IV науч.-техн. конф. с международным участием. – Новосибирск: НГТУ, 2009. – С. 206–212.

16. Базаров А.А., Данилушкин А.И., Данилушкин В.А., Васильев И.В. Моделирование электромагнитных процессов в многослойной трехфазной индукционной цилиндрической системе // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Серия: Технические науки. – 2017. – № 3 (55). – С. 50–60.

17. Алиферов А.И., Бикеев Р.А., Горева Л.П., Бланк А.В. Исследование электрических параметров ферромагнитных проводников круглого сечения // Известия вузов. – Электромеханика. – 2012. – № 6. – С. 59–61.

18. Лупи С., Форзан М., Алиферов А.И., Мелешко А.А. Активное сопротивление индуктора при индукционном нагреве внутренних цилиндрических поверхностей // Электротехника. – 2010. – № 5. – С. 43–47.

19. Кувалдин А.Б. Особенности расчета параметров электромагнитного поля в ферромагнитной стали // Промышленный электрообогрев и электроотопление. – 2014. – № 2. – С. 26–30.

20. ГОСТ 13109-67. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная // Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М.: ИПК изд-во стандартов, 1999; Стандартинформ, 2006. – 32 с.

21. Базаров А.А., Павлова О.Е. Электротехнический комплекс для нагрева слитков с равномерным энергопотреблением // В кн.: Современное российское оборудование для повышения надежности экономичности и безопасности энергетического комплекса России. Сб. науч. тр. – Самара: СамГТУ, 2019. – С. 6–9.

На предприятиях, оснащенных оборудованием для экструзии алюминиевых слитков, применяют два вида нагрева перед прессованием – электрический и газовый. Электрический индукционный нагрев, несмотря на свою простоту и экологичность, продолжительное время представлялся трудно контролируемым и неочевидным, поэтому нередко уступает первостепенную роль газовому нагреву [1]. Подобное состояние оказалось реальностью даже в регионах, куда газ поставляется автомобильным транспортом, при том, что есть местные источники электрической генерации колоссальной мощности. Весьма вероятно, что технико-экономическое обоснование решения о газовом нагреве выполняется не только на основе оценки компонент высокой стоимости электроэнергии, дороговизны оборудования и малой эффективности управления режимами, но и в условиях недооценки вреда, причиняемого окружающей среде [2].

Вместе с тем как и в XX, так и в XXI в., транснациональные компании с успехом разрабатывают, проектируют, применяют и продают электрическое индукционное оборудование для экструзии алюминия. Пример мощного индуктора (а) зарубежного производства и источника питания (б) показан на рис. 1.

Судя по мировой экономической конъюнктуре, современное высокоэффективное индукционное оборудование позволяет в полной мере использовать достоинства электрического нагрева, обеспечивая очевидный приоритет электромагнитных индукторов перед комплектными устройствами газового нагрева. В таких условиях на отечественных предприятиях нужна тщательная оценка технических и технологических ограничений в применении электрического нагрева, преодоление малой управляемости индукторов, повышение эффективности симметрирования нагрузки, снижение сопутствующих потерь электроэнергии [3].

К средствам перераспределения индукционной нагрузки обычно относят специальные симметрирующие устройства (СУ) на основе статических батарей конденсаторов, электромагнитных дросселей и электронных устройств. Симметрирующие схемы установок индукционного нагрева (УИН) весьма многочисленны, разнообразны и в разной степени пригодны для решения задачи перераспределения мощностей между фазами. Наибольшее распространение в качестве СУ однофазной индукционной нагрузки в трехфазной сети, ввиду своей простоты и очевидности, нашла схема Штейнмеца с электрическими связями. Реже применяют схему Скотта и другие средства, построенные на базе электромагнитных аппаратов. Однофазные индукторы работают в режиме компенсации реактивной мощности, поэтому предпочтительнее рассматривать схемы симметрирования с электрическими связями [3, 4]. В статье показаны только технические аспекты задачи симметрирования нагрузок.

Для Цитирования:
Тяпин А. А., Кинев Е. С., Головенко Е. А., Ефимов С. Н., Симметрирование однофазной индукционной установки в трехфазной сети. Оперативное управление в электроэнергетике: подготовка персонала и поддержание его квалификации. 2020;5.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: