XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Введение. Одним из основных вопросов, решаемых при проектировании и эксплуатации систем промышленного электроснабжения, является вопрос о компенсации реактивной мощности, включающей расчет и выбор компенсирующих устройств, их регулирование и размещение на территории предприятия.

Компенсация реактивной мощности имеет большое значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества электроэнергии.

Реактивная составляющая неизбежна при работе многих промышленных устройств, поэтому она не может быть исключена полностью, однако целесообразно применять средства, предназначенные для уменьшения ее потребления из питающей сети.

Для этого необходимо приближать источники покрытия реактивной мощности к местам ее потребления и уменьшать получение реактивной мощности из энергосистемы. Это разгружает в значительной степени питающие линии электропередачи и трансформаторы от реактивной мощности.

Уменьшение потребления реактивной мощности на предприятии достигается путем компенсации реактивной мощности как естественными мерами (сущность которых состоит в ограничении влияния приемника на питающую сеть путем воздействия на сам приемник), так и за счет специальных компенсирующих устройств (реактивной мощности) в соответствующих точках системы электроснабжения.

Мельницы мокрого самоизмельчения предназначены для размола руд черных и цветных металлов, алмазо- и золотосодержащих руд, сырья для промышленности строительных материалов. Мельницы самоизмельчения предназначены для измельчения руд дробящей средой, в которых служат не металлические шары и стержни, а крупные куски руды, загружаемые в мельницу. Работа мельницы происходит при непрерывной подаче во вращающийся барабан руды и воды. Материал, поступивший в барабан, захватывается специальными выступающими над бронеплитами подъемниками (лифтерами) и поднимается вверх до тех пор, пока сила тяжести поднятых кусков не превысит действующую на них центробежную силу, после чего эти куски падают и скатываются вниз. Измельчение материала происходит путем раскалывания, раздавливания и истирания. Измельченный материал проходит через разгрузочную решетку и выгружается из мельницы.

Мельницы самоизмельчения предназначены для тонкого измельчения (до 0,3-0,07 мм) крупнокускового (от 300 до 600 мм) неклассифицированного или разделенного на два класса крупности (+100 и –100 мм) материала при переработке медно-молибденовых, железных, золотосодержащих и других типов руд. В процессе измельчения крупные куски измельчают более мелкие зерна руды и одновременно измельчаются сами. По своей конструкции мельницы подобны обычным, принципиальное отличие их состоит лишь большом диаметре (до 11-13 м) при малой длине (0,3-0,5 диаметра). Большой диаметр обеспечивает необходимую силу удара кусков и увеличивает удельную производительность её диаметру в степени 0,6.

На обогатительной фабрике №15 используется ММС-50х23Р, параметры которой указаны в таблице 1.

Таблица 1. Параметры ММС-50х23Р

№ п/п	Параметры	Значение
1	Размеры барабана, мм - диаметр - длина	5000 2300
2	Крупность материала, загружаемого в мельницу, мм	400
3	Мощность электродвигателя главного привода, кВт	630
4	Габаритные размеры мельницы, мм - длина - ширина - высота	12460 7342 4780

Моделирование представляет собой сложный процесс, целью которого является создание представления о поведении системы при вариациях параметров. Модель не является точной копией объекта, и моделирование подразумевает пренебрежение какими-либо процессами, происходящими в реальности. Это широко применяется для изучения основных процессов. Замена реального объекта его математической моделью дает большие преимущества для исследования.

Вычислительный эксперимент предназначен для изучения и оптимизации сложных многопараметрических процессов, исследование которых традиционными способами затруднено или невозможно. Натурное исследование требует создания опытных образцов, больших финансовых затрат и не обеспечивает тех возможностей, которые дает вычислительный эксперимент. Такой подход гарантирует гибкость систем и дает возможности их постоянного улучшения без вкладывания значительных средств в обновления аппаратной части.

Система моделируется в комплексе Matlab, отвечающим требованиям для разработки подобных систем. Приложение для моделирования электромеханических систем – Simulink. Компоненты моделей, в свою очередь, являются графическими блоками и моделями, которые содержатся в ряде библиотек и с помощью мыши могут переноситься в основное окно и соединяться друг с другом необходимыми связями. В состав моделей могут включаться источники сигналов различного вида, виртуальные регистрирующие приборы, графические средства анимации.

Возможность моделирование сложных систем, состоящих из множества подсистем. Simulink составляет и решает уравнения состояния модели и позволяет подключать в нужные ее точки разнообразные виртуальные измерительные приборы. Simulink на настоящее время считается одним из лучших пакетов для моделирования электротехнических устройств и систем.

Расчет параметров для моделирования.Для моделирования системы электроснабжения цеха измельчения фабрики №15 необходимо рассчитать недостающие параметры для трансформатора, сопротивления линий и др. Найдем значения сопротивления и индуктивности для трансформатора:

Мощность трансформатора:

.

Напряжение трансформатора:

кВт

кВт

Ток трансформатора:

А

А

Сопротивление трансформатора:

145,2 Ом

Ом

Индуктивность трансформатора:

Гн

Гн

Чтобы найденные данные подставить в модель, нужно привести их к следующему виду:

Ом

Ом

Гн

Гн

Ом

Гн

Полученные результаты расчетов подставляем в модель трансформатора.

Рис. 1. Модель схемы электроснабжения цеха измельчения

Описание блоков модели. На роль ГПП подставляем источник питания трехфазного тока (Three-phased source) переменного напряжения.

Вводим данные трансформатора в блок параметров модели трехфазного двухобмоточного трансформатора.

Вводим данные потребителей фабрики в блок параметров трехфазной RLC-нагрузки.

Результаты моделирования. При нормальном режиме наблюдаем установившиеся значения напряжения и тока.

Рис. 2. Показания напряжения и тока осциллографа на 6 кВ

Рис. 3. Показатели напряжения и тока осциллографа на 0,4 кВ

После режима компенсации в осциллографе 2 наблюдается изменение графика нагрузки по сравнению в номинальном режиме. Это происходит за счет того, что синхронные двигатели, в процессе своей работы способны генерировать реактивную мощность. По этой причине электропривод с синхронным двигателем может работать с заданным коэффициентом мощности , максимальным КПД и обеспечивать необходимый уровень показателей качества электросети, к которой он подключен. Воздействие на энергетические показатели осуществляется с помощью регулирования тока возбуждения двигателя в ручном или автоматическом режиме.

Рис. 4. График нагрузки до компенсации на напряжение 6кВ

Рис. 5. График нагрузки при компенсации на напряжение 6кВ

При моделировании режимов системы электроснабжения цеха измельчения была построена модель компенсации реактивной мощности синхронным электродвигателем мельницы. В результате представлены графики зависимости. Из графиков видно, что пуск происходит без нагружения системы, выходит на номинальный режим с малыми скачками момента. В ходе моделирования имеется возможность визуально следить за процессом, происходящим в системе. Оценка результатов позволяет считать данную систему удовлетворяющей всем целям и требованиям технического задания. Используя специальные возможности Simulink и SimPowerSystems, на результатах опыта проанализировали сигналы активной и реактивной мощности. С помощью синхронного электродвигателя сигнал реактивной мощности уменьшился.

Список литературы:

1. Глушков В.М., Грибин В.П. Компенсация реактивной мощности в электроустановках промышленных предприятий. – М.: Энергия, 1975. – 104 с.

2. Кабышев А.В. Компенсация реактивной мощности в электроустановках промышленных предприятий: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2012. – С. 43-44.

3. Паули В.К., Воротников Р.А. Компенсация реактивной мощности как эффективное средство рационального использования электроэнергии // Энергоэксперт. 2007. № 2. С. 16-22.

4. Ещин Е.К. Моделирование процессов компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения с электродвигательной нагрузкой // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2012. № 2 (90). С. 48-52.

5. Черенков Н.С., Семёнов А.С. Использование синхронного двигателя вентиляторной установки как компенсатора реактивной мощности // Материалы IX Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум-2017». URL: http://www.scienceforum.ru/2017/2280/29329 (дата обращения: 06.03.2017).

6. Кириллин Н.Н., Семёнов А.С. Модернизация технологического процесса обогащения руды обогатительной фабрики №14 Айхальского ГОКа // Материалы X Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум». URL: http://www.scienceforum.ru/2018/3000/6362 (дата обращения: 15.04.2018).

7. Егоров А.Н., Парфенов В.О., Семёнов А.С. Оценка энергосбережения при применении частотно-регулируемого электропривода на пульпонасосных установках в условиях обогатительных фабрик // Актуальные проблемы электроэнергетики: сборник научно-технических статей, посвященный 80-летию со дня рождения проф. С.В. Хватова. – Н. Новгород: Издательство НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2018 – С. 174-180.

8. Бебихов Ю.В., Семёнов А.С., Якушев И.А. Математическое моделирование электрических цепей в пакете программ MatLab // Наука и инновационные разработки – Северу: II Международная научно-практическая конференция, посвященная 25-летию МПТИ (ф) СВФУ. – Мирный: Издательство «Мирнинская городская типография», 2019. – ч. 1. – С. 113-116.

9. Семёнов А.С., Семёнова М.Н. Математическое моделирование систем электроснабжения в пакете программ MATLAB // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: материалы 13-й Всерос. науч.-техн. конф. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2019. – С. 412-415.

10. Волотковская Н.С., Семёнов А.С., Федоров О.В. Энергоэффективность и энергосбережение в системах электроснабжения горнодобывающих предприятий // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. 2019. № 3 (78). С. 52-62.

Код для цитирования: Скопировать