104 ISSN 1811-1858. Вестник ПГУ серия ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ. 2015. №3 105 Монография/ С. И. Гамазин, В. А. Ставцев, С. А. Цырук. – М. : изд-во МЭИ,
1997. – 424 с.
2 Кацман, М. М. Электрические машины [Текст]: Учеб. для студентов сред. проф. учебных заведений/ М. М. Кацман. – 3 изд., испр. – М. : Высш.
шк.; Издательский центр «Академия», 2001. – 463 с.: ил.
3 Хабдуллин А. Б. Оптимизация установившихся режимов в системах цехового электроснабжения по критерию минимизации потерь мощности//
Электрооборудование: эксплуатация и ремонт, 2012. – № 2. – С. 30-35.
4 Хабдуллин А. Б. Статические характеристики потерь мощности в электрических сетях Тез. докл. межд. научно-практ. конференции IV-я
«Тинчуринские чтения». – Казань, 2009. – С. 213-215.
5 Khabdullin A, Khabdullina, Z., Climate Considerations of the Electricity Supply Systems in Industries, Environmental and Climate Technologies. – №13.
– 2014.
Материал поступил в редакцию 14.09.15.
Ә. Б. Хабдуллин1, З. К. Хабдуллина1, Г. А. Хабдуллина2, А. Б. Хабдуллин3 Қысқа тұйықталу роторымен асинxронды қозғалтқыштардағы қуат шығынының статистикалық сипаттамасы
1Рудный индустриалдық институты, Рудный қ.;
2А. Байтұрсынов атындағы Қостанай мемлекеттік университеті, Қостанай қ.;
3С. Сейфуллин атындағы Қазақ агротеxникалық университеті.
Материал 14.09.15 баспаға түсті.
A. B. Khabdullin1, Z. K. Khabdullina1, G. A. Khabdullina2, A. B. Khabdullin3
Static characteristics of power losses in asynchronous engines with squirrel-cage rotor
1Rudny Industrial Institute, Rudny;
2A. Baitursynov Kostanay State University, Kostanay;
3S. Seifullin Kazakh AgroTechnical university, Astana.
Material received on 14.09.15.
Аталмыш мақалада қысқа тұйықталу роторы бар асинxронды қозғалтқыштарда қуат шығынының статикалық сипаттамасын анықтау үшін есептік-эксперименталды зерттеу жүргізілді.
Зерттеу жүктеме коэффициенттерінің әртүрлілігіне қарай әртүрлі қуаттағы қысқа тұйықталу роторы бар синxронды қозғалтқыштар
үшін өткізілді. Кернеу деңгейіне байланысты әртүрлі коэффициентті жүктемеге қарай қуат шығынының тәуелділігі көрсетілген.
In this article there were considered the computational and experimental studies of determining the static characteristics of the power loss in asynchronous engines with squirrel-cage rotor. The research was carried out for asynchronous engines with squirrel-cage rotor in different capacities and at different load factors. The article shows the dependence of power losses at different load factors by voltage levels.
УДК 621.365.22
В. Ф. Хацевский1, Т. В. Гоненко2, А. А. Ахметшаихов3
1д.т.н., профессор, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар; 2к.т.н., доцент, кафедра «Электротехника и электрооборудование», Омский институт водного транспорта, г. Омск, Россия; 3магистрант, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар
ИССЛЕДОВАНИЯ КВАЗИСТАЦИОНАРНЫХ
ISSN 1811-1858. Вестник ПГУ
с определением номинальных электрических параметров квазистационарного режима и, что особенно важно, новых геометрических размеров рабочего пространства и электродов для осуществления этих режимов.
В теории РВП понятие «оптимальные режимы» неразрывно связано с геометрическими параметрами конкретного рабочего пространства электропечи, а работающая в оптимальных номинальных режимах электропечь при конкретных конструктивных решениях (диаметр электродов, диаметр распада электродов, диаметр и высота электропечи и др.) при снижении вводимой мощности обеспечивает режимы работы, отличающиеся от рассчитанных по теории подобия РВП.
Для развития теоретического понимания возможных изменений электротехнологических процессов в конкретной электропечи при снижении вводимой мощности были приняты в качестве исходных основные положения самоорганизации электро– и тепломассообмена, установленные в теории РВП для квазистационарных номинальных режимов и изложенные в научных обобщающих работах А. Н. Попова и В. П. Воробьева. В рабочем пространстве РВП выделяют четыре области преобразования электрической энергии в тепловую: газоплазменная полость – электрическая дуга в подэлектродном пространстве (фазное сопротивление Rд), стенки реакционного тигля (фазное сопротивление RТ), шихта между электродами (линейное сопротивление RШ) и шихта между электродами и стенкой футеровки (обобщенное линейно-фазное сопротивление Rст). Для разработки методов длительной эксплуатации РВП в режимах, существенно отличающихся от номинальных с сохранением нормального хода технологического процесса, проведены исследования на промышленных электропечах изменений энергораспределений между различными областями рабочего пространства РВП. Эти изменения определяются электрическими и тепловыми режимами и, следовательно, объемнораспределенными активными и реактивными сопротивлениями этих областей.
При анализе нестационарных режимов работы РВП установлено, что при снижении вводимой мощности происходят изменения электрических, тепловых и технологических процессов, которые включают последовательные периоды по времени протекания с существенно различающимися постоянными времени протекания процессов, определяющих эти периоды режима. Установлены следующие закономерности развития указанных процессов.
1. Для обеспечения нормального хода технологического процесса при любых мощностях необходимо существование самоподдерживающихся газоплазменных подэлектродных областей (закрытой теплоизолированной дуги). Показано, что при снижении вводимой мощности в подэлектродное пространство уменьшается объем газоплазменной полости с сохранением
геометрического подобия, идентичности состава газовой среды, постоянства температуры с последующим самоустанавливающимся квазиравенством объемных плотностей энергии в газоплазменной полости за счет изменения ее объема (рисунок 1). В номинальном режиме, когда обеспечивается соотношение Uпол = СРn при n = 0,33 (для выплавки FeSi), напряжение на дуге прямо пропорционально току в узком интервале параметров, когда обеспечивается электрическое, геометрическое и температурно- технологическое подобие.
Рисунок 1 – Общая схема строения подэлектродного пространства РВП Для этого интервала параметров справедлива гипотеза М. Я. Смелянского и А. Н. Попова о постоянстве сопротивления дуги Rд для большинства восстановительных технологий. При снижении или увеличении вводимой мощности в период неустановившихся (переходных) режимов значение n изменяется от 0,25 до 0,5, C – от 0,5 до 0,25. Форма и геометрические размеры проводящих зон (lд , d, a на рисунке 1) в переходных режимах меняются так, чтобы значения n и С восстанавливались до величин n = 0,33 и С = 0,47…0,49.
Отличие n и С от этих значений указывает на неустойчивость и отличие от оптимальности протекающих процессов.
Снижение плотности тока на торце электрода и изменение напряжения на дуговом промежутке (Uд/Uт) вызывает появление или увеличение паузы протекающего тока через дугу. За паузу тока принимались участки на осциллограммах, для которых iд/imax ≤ 8. При снижении амплитудного значения полезного напряжения на торце электрода до значений, соизмеримых с напряжением на дуге Uд = Uа-к+β·lд, где Uа-к – сумма прикатодного и прианодного падений напряжения, β – градиент потенциала в столбе дуги, lд – длина дуги, ток через газоплазменную подэлектродную зону становится близким к нулю. Выполненные расчеты энергетического баланса в подэлектродном пространстве при конкретных диаметрах электродов (1200…1900 мм) показали, что поддержание нормального технологического
108 ISSN 1811-1858. Вестник ПГУ серия ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ. 2015. №3 109 процесса плавки возможно при снижении вводимой мощности на 25…50 %
от номинальной мощности одной фазы электропечи и зависит от диаметра электрода. Доказано, что при уменьшении величины Uд/Uт коэффициент искажения тока изменяется от К = 0,95 в номинальном режиме до К = 0,9 при мощности Р = 0,75 Рном (электропечь РКЗ-21).
2. Сопротивление дуги шунтируется стенками реакционного тигля (RТ) и шихтой между электродами и стенкой проводящей футеровки (Rш и Rст).
При снижении мощности сопротивление реакционного тигля (RТ) становится основным шунтирующим каналом. Анализ этой области основывался на известных расчетно-теоретических результатах исследований: температура в рабочей части тигля для любого рудовосстановительного процесса оптимальна, постоянна и самоподдерживается; любое уменьшение (или увеличение) поступающей в эту область энергии компенсируется изменением скоростей эндотермических реакций восстановления. При изменениях вводимой в эту область энергии за счет токов проводимости (джоулев нагрев) и теплообмена с газоплазменной полостью самоподдерживается квазистационарный температурный режим с одновременным изменением геометрических размеров реакционного тигля (см. рисунок 1) за счет диаметра d, радиальной протяженности слоя а и расстояния между торцом электрода и расплавом (длина дуги lд). Установлено, что для квазистационарного (номинального) режима сопротивление этой области зависит от 5 параметров: RT = f[ρ(T), n, W, I, S], где ρ(T) – локальное удельное электрическое сопротивление слоя, n - кратность шлака, W – удельный расход электроэнергии на тонну металлического продукта, I – рабочий ток, S – площадь токонесущего слоя стенок тигля, Т – температура в слое.
В диссертации показано, что в динамических режимах кроме указанных параметров сопротивление реакционного тигля RT определяется плотностью энергии, поступающей из газоплазменной полости на внутреннюю поверхность тигля qS, а площадь токонесущего слоя стенок тигля зависит от изменения d, а, lд. Изменение по времени RT = f(τ) определяется изменением температурного поля; постоянная времени изменения процесса τ > 600 с. Эта область является определяющей для производительности РВП, самоподдерживает оптимальные технологические температуры, а нормальный ход технологического процесса возможен при qS >> 0.
3. В квазиустановившихся режимах работы исследованных электропечей формы кривых общего тока и напряжения в электрической цепи, содержащей дугу (Rд) и активные линейные сопротивления RТ, RШ, Rст, являются суммами характерных форм тока и напряжения дуги, а формализованная динамическая вольтамперная характеристика (ВАХ) состоит из двух линейных участков (рисунок 2). Для номинального режима (ВАХ – точки [o], [c], [e]) участок А характеризует протекание тока через эквивалентное сопротивление
а участок В – протекание тока через дугу (Rд) и сопротивление RΣ. Углы наклона этих участков (α и β) зависят от проводимости 1/RΣ (α) и суммы проводимостей 1/Rд и 1/RΣ (β), а форма тока – от отношения сопротивлений Rд/RΣ.
Рисунок 2 – Динамическая вольтамперная характеристика фазы РВП В начальный период уменьшения вводимой мощности путем снижения напряжения от Uт до Uт(1) температурное поле в реакционном пространстве из- за инерционности не изменяется, напряжение зажигания теплоизолированной дуги (Uзаж) близко к квазипостоянной величине. В момент переключения динамическая ВАХ сохраняет свои параметры и устанавливается ток, соответ-ствующий точке [а] – Ima. При неизменной длине дуги (lд) в течении времени неустановившихся режимов за счет изменения температурного поля эквивалентное сопротивление RΣ увеличивается (заштрихованная область на рисунке 2), координата точки [с] перемещается в точку [d], а амплитудное значение тока уменьшается до Imb. При уменьшении длины дуги (поддержание тока Ima автоматическим регулятором) динамическая ВАХ имеет вид [o], [d], [а]. Время перехода из одного квазистационарного режима (Р = Рном) к другому (Р = 0,75Рном) для электропечи РКЗ-21 составляет τ = 600 с, для электропечи РПЗ-63 – τ = 1000 с. Продолжительность неустановившегося режима определялась при проведении экспериментов по изменению образующихся продуктов (производительности) и по изменению состава и температуры отходящих газов.
ISSN 1811-1858. Вестник ПГУ
4. Необходимое качество получаемых продуктов при максимуме производительности обеспечивается в РВП при постоянстве критериев электрического и технологического подобия процессов.
(1)
Анализ (1) показывает, что для действующей РВП при изменении мощности Р в переходном режиме и в последующем – квазиустановившемся, необходимо изменять соотношения составляющих шихты: СМеО – состав шихты в реакционной зоне (содержание MeO в шихте), qкоксик – расход электроэнергии на единицу массы коксика, участвующего в эндотермической реакции с учетом теплосодержания покидающих зону компонентов (производительности печи). При этом необходимо обеспечивать постоянство плотности упаковки коксика в реакционной зоне (γк / γ) , скорости реакции восстановления в реакционном тигле [β=f(Tреакц)], гранулометрического состава шихты (r0).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Хацевский, В. Ф. Нестационарные режимы работы рудо- восстановительных электропечей. – Павлодар : Изд-во «ЭКО», 2001. – 144 с.
2 Хацевский, В. Ф., Хацевская, Т. В. Теоретические исследо-вания динамической модели нестационарного технологического процесса руднотермической электропечи. //Вестник ПГУ. – 2001. – № 1. – С. 38-43.
3 Хацевский, В. Ф. Рудовосстановительные электропечи (Расчеты параметров и исследования). – Павлодар : Изд-во «ЭКО», 2002. – 188 с.
4 Хацевский, В. Ф. Экспериментальные исследования нестаци-онарных режимов работы рудовосстановительных электропечей. //Научный вестник НГТУ. – Новосибирск, 2002. – № 1 (12), – С. 141-150.
5 Чередниченко, В. С., Хацевский, В. Ф. Проблемы ресурсо- сбережения при эксплуатации рудовосстановительных электропечей. //Сб.
науч. трудов НГТУ «Экологически перспективные системы и технологии.
Ресурсосбережение». – 2002. – Вып. 5. – С. 74-86.
Материал поступил в редакцию 11.09.15.
В. Ф. Хацевский1,Т. В. Гоненко2, А. А. Ахметшаихов1
Электртехнологиялық қондырғылардың жұмысының квазитұрақты және ауысу тәртiптерін зерттеу
1С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекеттік университеті, Павлодар к.;
2Омбы мемлекеттік техникалык университеті, Омбы к.
Материал 11.09.15 баспаға түсті.
V. Khatsevskiy1, T. Gonenko2, A. Akhmetshaikhov1
Research of quasistationary and transitional operating modes of electrotechnological installations
1S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar;
2Omsk State Technical University, Omsk.
Material received on 11.09.15.
Мақалада электр технологиялық қондырғылардың жұмысының тұрақсыз тәртіп ерекшелiктері, оларды зерттеу нәтижелері қарастырылған.
In the article there are considered the features of non-stationary operating modes of electrotechnological installations, and the results of the research are given.
112 ISSN 1811-1858. Вестник ПГУ серия ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ. 2015. №3 113
ӘОЖ 621.391.825
А. К. Шайхин1, С. Далабаев2, А. Е. Анарбаев3
1к.ф.-м.н., профессор, Қ. И. Сәтпаев атындағы қазақ ұлттық зерттеу техникалық университеті, Алматы қ., Қазақстан; 2PhD, профессор, Синьцзян университетінің информатика және инженерия институты, Үрімші, Қытай;
3докторант PhD, Қ. И. Сәтпаев атындағы қазақ ұлттық зерттеу техникалық университеті, Алматы қ., Қазақстан