Обоснование применения электромагнитного тормоза для обеспечения динамической устойчивости генерирующих агрегатов электростанций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат наук Панин, Алексей Владимирович

• Панин, Алексей Владимирович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Панин, Алексей Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Принцип действия и существующие конструкции электромагнитных тормозов

1.1. Обзор существующих методов улучшения условий динамической устойчивости

1.2. Принцип действия электромагнитного тормоза

1.3. Возможность применения ЭМТ для улучшения условий динамической устойчивости ЭЭС

1.4. Существующие конструкции электромагнитных тормозов и их основные параметры

1.5. Использование электромагнитных тормозов в России и за рубежом

1.6. Выводы

2. Разработка методического обеспечения расчётов мощности ЭМТ в режиме торможения

2.1. Факторы, влияющие на мощность ЭМТ в режиме торможения

2.2. Поверхностный эффект в металлическом полупространстве при возникновении в нём переменного электромагнитного поля

2.3. Методика расчёта мощности ЭМТ

2.4. Анализ разработанной методики расчёта мощности ЭМТ

2.5. Выводы

3. Экспериментальное исследование электромагнитного тормоза

3.1. Описание экспериментальной установки

3.2. Экспериментальное определение характеристик ЭМТ

3.3. Анализ полученных результатов

3.4. Выводы

4. Конструктивные параметры ЭМТ

4.1. Механические ограничения

4.2. Тепловой расчёт

4.3. Шихтовка диска ЭМТ

4.4. Предлагаемые конструкции ЭМТ

4.5. Выводы

5. Выбор законов регулирования и методика управления ЭМТ

5.1. Исходные данные для проведения расчётов эффективности законов регулирования

5.2. Основные подходы к синтезу закона регулирования ЭМТ

5.3. Проведение расчёта и анализ полученных результатов

5.4. Выводы

Заключение

Список используемой литературы

Приложение А

Проверка адекватности расчётов написанной на С# программы расчёта

электромеханических переходных процессов простейшей ЭЭС

Приложение Б

Расчёт поверхностного эффекта полупроводящей плоскости

Приложение В

Методика расчёта плотности вихревых токов в диске ЭМТ

Приложение Г

Расчёт максимального диаметра по допустимому растяжению материала из-

за воздействия на него центробежной силы

Приложение Д

Расчёт минимального диаметра диска ЭМТ по условию прочности при кручении

Приложение Е

Расчёт постоянной времени электромагнита

Приложение Ж

Описание интерфейса разработанной программы для анализа эффективности предложенных законов регулирования ЭМТ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование применения электромагнитного тормоза для обеспечения динамической устойчивости генерирующих агрегатов электростанций»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

Современная электроэнергетика России развивается в особых условиях, которые определяются как технико-экономическими, так и географическими факторами. Единая энергетическая система (ЕЭС) России охватывает почти всю территорию страны от западных границ до Дальнего Востока и является крупнейшим в мире централизованно управляемым энергообъединением. В составе ЕЭС России действуют семь объединённых энергетических систем (ОЭС) - Северо-Запада, Центра, Юга, Средней Волги, Урала, Сибири и Востока. Параллельно работают первые шесть из них. Географические особенности страны сильно повлияли на структуру ЕЭС России. Огромная территория, неравномерное распределение энергоресурсов, несоответствие размещения крупных электростанций и промышленных центров привели к необходимости передачи мощности по линиям высокого и сверхвысокого напряжения на большие расстояния. Создание территориальных энергосистем, объединение их в ОЭС и образование ЕЭС России позволило повысить экономичность и надежность электроснабжения потребителей всех категорий.

В условиях развития мощных ОЭС возникает ряд проблем, связанных с передачей электрической энергии и устойчивостью энергосистем. При появлении в системе больших возмущений (резких изменений режима), таких как короткие замыкания с отключением элементов электрической сети (трансформаторов, ЛЭП, источников реактивной мощности и др.), скачкообразные аварийные небалансы активной мощности с отключением генератора или блока генераторов с общим выключателем, крупной подстанции, вставки постоянного тока или крупного потребителя и др. необходимо рассматривать задачу динамической устойчивости. Под динамической устойчивостью понимается способность системы восстанавливать своё исходное состояние или близкое к исходному после

больших возмущений, часто сопровождающихся изменением конфигурации и параметров электрической системы.

Наиболее остро стоит проблема нарушения устойчивости газотурбинных установок (ГТУ) небольшой мощности, из-за чего возникают трудности их дальнейшего применения. Поскольку у ГТУ небольшое значение механической постоянной инерции, то даже при небольших возмущениях в электроэнергетической системе (ЭЭС) происходит нарушение устойчивости их параллельной работы.

Обеспечение динамической устойчивости является одним из критериев при выборе максимально допустимых перетоков в контролируемых сечениях ЕЭС России. Нарушение динамической устойчивости является одной из причин ограничения мощности крупных электростанций, соединённых с основной сетью энергосистемы малым количеством связей. Как показывает опыт эксплуатации, каскадное развитие аварийных нарушений в крупных электроэнергетических системах может повлечь за собой тяжелые последствия, приводящие к асинхронному ходу двух энергосистем (генерирующих агрегатов) или к делению системы на изолированно работающие части, а также к нарушению электроснабжения потребителей.

В настоящее время существует ряд различных методов и технических средств улучшения условий динамической устойчивости. Большинство из них либо имеют низкое быстродействие, либо влияют на баланс моментов на валу генерирующего агрегата не непосредственно, а на параметры режима системы, что снижает эффективность мероприятий.

В качестве нового технического средства обеспечения баланса между крутящим моментом турбины и электромагнитным моментом генератора возможно применение электромагнитного тормоза (ЭМТ). ЭМТ в режиме торможения создаёт нагрузочный (тормозной) момент на валу генерирующего агрегата и тем самым оказывает непосредственное влияние на баланс моментов на валу генерирующего агрегата. При этом, тормозной момент ЭМТ не зависит от параметров режима ЭЭС.

Поскольку до настоящего времени ЭМТ на объектах электроэнергетики не устанавливался, то, чтобы обеспечить применение ЭМТ для улучшения условий динамической устойчивости ЭЭС, необходима разработка математической модели ЭМТ для выполнения расчётов электромеханических переходных процессов и устойчивости энергосистемы. Поскольку ЭМТ механически соединяется с валом генерирующего агрегата посредством муфт, то для определения возможности присоединения ЭМТ к генерирующему агрегату возникает необходимость оценки его механических характеристик и массогабаритных показателей.

Цель работы.

Целью работы является теоретическое и экспериментальное исследование характеристик ЭМТ для улучшения условий динамической устойчивости, оценка его конструктивных параметров, при которых обеспечивается максимальный тормозной момент при минимальных массогабаритных показателях (минимальной стоимости устройства), а также разработка наиболее эффективных законов регулирования ЭМТ для улучшения условий динамической устойчивости.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать существующие подходы к расчёту мощности ЭМТ с учётом его конструктивных параметров;

- выявить факторы, влияющие на мощность ЭМТ, для их учёта при разработке методики расчёта мощности ЭМТ;

- разработать новые подходы к расчёту мощности ЭМТ;

- проанализировать ограничения по конструктивным параметрам ЭМТ для предложения конструкций ЭМТ различной мощности с учётом этих ограничений;

- провести экспериментальные исследования характеристик ЭМТ для определения достоверности разработанной модели;

- разработать алгоритмы управления ЭМТ для улучшения условий динамической устойчивости и проверить эффективность предложенных алгоритмов управления на простейшей ЭЭС;

- определить наиболее эффективные значения параметров алгоритмов управления ЭМТ для улучшения условий динамической устойчивости ЭЭС.

Методы исследования.

При решении поставленных задач использовались существующие подходы к описанию электромагнитного поля в металлическом пространстве, вихревых токов и существующие подходы технической электродинамики для описания вышеуказанных процессов при движении рассматриваемой среды относительно вектора магнитной индукции. Моделирование ЭЭС проводилось с помощью системы дифференциальных и алгебраических уравнений. Решение этой подсистемы производилось с помощью методов линейного интегрирования и решения системы линейных уравнений. Для написания программы расчёта установившихся режимов и электромеханических переходных процессов в простейшей ЭЭС и анализа системы регулирования ЭМТ использовался объектно-ориентированный язык программирования С#.

Научная новизна.

В работе проведены следующие новые научные исследования:

1. Разработано алгоритмическое и методическое обеспечение расчёта мощности ЭМТ с учётом его конструктивных параметров;

2. Разработана математическая модель ЭМТ для использования в расчётах электромеханических переходных процессов в ЭЭС;

3. Предложена новая конструкция диска ЭМТ, позволяющая увеличить номинальную мощность ЭМТ при незначительном увеличении массогабаритных показателей диска. Диск набирается шихтовкой из листового электропроводного материала с межлистовой изоляцией;

4. Синтезированы алгоритмы управления ЭМТ для улучшения условий динамической устойчивости.

Достоверность.

Достоверность разработанной методики расчёта мощности ЭМТ в режиме торможения проверена с применением экспериментальных данных, полученных в ходе испытаний на лабораторной установке кафедры «Электромеханика» НИУ «МЭИ». Адекватность расчётов написанной на С# программы расчёта электромеханических переходных процессов простейшей ЭЭС для рассмотрения динамической устойчивости генерирующих агрегатов доказана путём сопоставления с результатами аналогичных расчётов без учёта ЭМТ в программном вычислительном комплексе DIgSILENT Power Factory 15.0 (приложение А).

На защиту выносятся:

1. Алгоритмическое и методическое обеспечение расчёта мощности ЭМТ и анализ зависимостей мощности ЭМТ от основных параметров устройства;

2. Математическая модель ЭМТ для учёта в расчётах электромеханических переходных процессов ЭЭС;

3. Законы регулирования ЭМТ для улучшения условий динамической устойчивости.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Разработано алгоритмическое и методическое обеспечение расчёта мощности ЭМТ с учётом его конструктивных параметров;

2. Разработана математическая модель ЭМТ для его учёта в расчётах электромеханических переходных процессов и устойчивости ЭЭС;

3. Создана теоретическая база и подходы для дальнейшего изучения ЭМТ и возможности проведения технико-экономического обоснования целесообразности его применения в электроэнергетической системе, а также в его установки и применении на генерирующих агрегатах различной мощности.

4. Разработаны алгоритмы управления ЭМТ в простейшей ЭЭС.

Апробация диссертационной работы.

Основные результаты работы докладывались на девятнадцатой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» и заседании кафедры «Электроэнергетические системы» НИУ «МЭИ».

Публикации.

По материалам диссертации опубликованы тезисы доклада на научно-технической конференции, опубликована статья в журнале «Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ» №5-6/2014 на тему «Сопоставление эффективности законов управления электромагнитного тормоза» (авторы: Панин А.В, Чумаченко В.В., Кузнецов О.Н.), опубликована статья в журнале «Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ» №9-10/2014 на тему «Моделирование электромагнитного тормоза для улучшения условий динамической устойчивости электроэнергетической системы» (авторы: Панин А.В, Чумаченко В.В., Кузнецов О.Н.).

Личный вклад соискателя.

Разработано алгоритмическое и методического обеспечения расчёта мощности ЭМТ дисковой конструкции с установкой электромагнитов постоянного тока в аксиальном направлении к диску. В методическом обеспечении учтены конструктивные параметры ЭМТ, кривизна электромагнитного поля, поверхностный эффект и другие факторы, влияющие на мощность ЭМТ. Предложена новая конструкция диска ЭМТ, позволяющий увеличить номинальную мощность ЭМТ при незначительном увеличении массогабаритных показателей диска. Диск набирается шихтовкой из листового электропроводного материала с межлистовой изоляцией. Синтезированы алгоритмы управления ЭМТ для улучшения условий динамической устойчивости.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы включает в себя 106 страниц печатного текста, 21 таблицы и 59 рисунков. Приложения содержат 31 страницу.

Основное содержание работы.

В 1 главе рассмотрены существующие конструкции электромагнитных тормозов, которые применяются в России и за рубежом. Проанализирована возможность применения ЭМТ для улучшения условий динамической устойчивости, сопоставлены основные характеристики ЭМТ с характеристиками других мероприятий по улучшению условий динамической устойчивости. Показаны немногочисленные заводы-изготовители ЭМТ, а также невозможность применения существующих конструкций ЭМТ в электроэнергетике ввиду их низкой номинальной мощности и несоответствия их частоты вращения частоте вращения турбоагрегатов. Проанализированы существующие математические модели ЭМТ.

Во 2 главе проанализированы факторы, влияющие на мощность ЭМТ для возможности наиболее подробного описания протекающих в ЭМТ электромагнитных процессов и их учёта в расчётах. Показано существующее представление о поверхностном эффекте, а также его влияние на распределение электромагнитного поля в металлическом полупространстве. Показана разработанная методика расчёта мощности ЭМТ в режиме торможения с учётом его конструктивных параметров. При этом, в расчётах поверхностного эффекта учтено движение рассматриваемой среды, в связи с чем формулы отличаются от общепринятых. Также проведён анализ влияния конструктивных параметров ЭМТ на его мощность.

В 3 главе показаны результаты экспериментальных исследований, проведённых на кафедре «Электромеханика» НИУ «МЭИ». Проведён анализ полученных экспериментальных исследований и их сопоставление с теоретическими характеристиками ЭМТ. Отмечено, что характер полученных

экспериментально зависимостей совпадает с теоретическими расчётами. Также отмечено, что при насыщении материала диска ЭМТ зависимость мощности ЭМТ от тока возбуждения приобретает линейный характер.

В 4 главе рассмотрены ограничения конструктивных параметров ЭМТ, неучёт которых может привести к некорректной работе ЭМТ в номинальном режиме, а также к возникновению аварийной ситуации. Рассмотрен тепловой расчёт и определены задачи, которые необходимо решать с его учётом. Предложена новая конструкция ЭМТ, позволяющая не учитывать зависимость температуры диска ЭМТ от его пространственных координат. Предложены параметры конструкции ЭМТ различной мощности.

В 5 главе сформированы законы регулирования ЭМТ, выбран наиболее эффективный и определены его настроечные параметры. Описаны основные подходы к выбору закона регулирования, а также рассмотрены непосредственно законы регулирования для их дальнейшего анализа и сравнения. Выбраны оптимальные значения настроечных параметров по критерию интегрального минимума квадрата отклонений от уравнения состояния.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты, полученные в работе, обозначены направления дальнейших исследований.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ТОРМОЗОВ

1.1. Обзор существующих методов улучшения условий динамической

устойчивости

В настоящее время используются методы и технические средства в той или иной степени способствующие улучшению условий динамической устойчивости электроэнергетической системы. Все они предусматривают уменьшение небаланса между крутящим и тормозным моментами, возникающего на валу генерирующего агрегата при нарушении установившегося режима работы.

Технические способы улучшения условий динамической устойчивости ЭЭС можно разделить на две большие группы:

- мероприятия, связанные с изменением характеристик основных элементов системы или введением в неё дополнительных силовых элементов, [16];

- мероприятия режимного характера, связанные с применением противоаварийной автоматики и релейной защиты, т.е. с управлением существующими элементами электроэнергетической системы [16].

Мероприятия, связанные с изменением характеристик основных элементов системы или введением в неё дополнительных силовых

элементов

1. Устройство продольной компенсации (УПК).

Средства неуправляемой или ступенчато-управляемой компенсации используются для увеличения пропускной способности и улучшения режимов работы электропередачи. УПК представляют собой батареи конденсаторов, последовательно включенные в линию электропередачи (ЛЭП). За счёт емкостного сопротивления УПК компенсирует индуктивное сопротивление ЛЭП, тем самым повышая пропускную способность

электропередачи и уменьшая потери напряжения и реактивной мощности. Степень компенсации сопротивления линии зависит от ограничений по пропускной способности передачи, напряжений на концах передачи и др. факторов и определяется посредством технико-экономического обоснования. Также существуют сложности в организации и эксплуатации УПК, необходимости поиска квалифицированного персонала. Эффективность данного мероприятия зависит от параметров режима и текущего состояния сети [55].

2. Переключательные пункты.

Для улучшения условий устойчивости в промежуточных точках двухцепных или параллельных ЛЭП одного класса напряжения устанавливаются переключательные пункты. При возникновении аварийной ситуации (короткого замыкания) на ЛЭП противоаварийная автоматика отключает одну цепь только на повреждённом участке (второй участок ЛЭП остаётся в работе двухцепным). При реализации данного мероприятия на электропередаче используется большее количество высоковольтных выключателей, что отражается на стоимости сооружения электропередачи. Эффективность данного мероприятия зависит от параметров режима и текущего состояния сети [56].

3. Электрическое торможение.

Для улучшения условий динамической устойчивости при коротких замыканиях используются активные сопротивления высокой мощности, включаемые последовательно или параллельно электропередаче. Включение активных сопротивлений параллельно генераторам или повышающим трансформаторам передающей станции приводят к рассеянию избыточной энергии и улучшению условий динамической устойчивости ЭЭС. Данный способ эффективен в случае, когда мощность приемной системы велика по сравнению с мощностью передающей станции [1-3].

4. Статический компенсатор (СТАТКОМ)

СТАТКОМ представляет собой управляемый источник напряжения с внутренним сопротивлением, практически равным нулю. Система управления СТАТКОМа осуществляет непрерывный контроль сетевого напряжения и тока нагрузки, осуществляет симметрирование активной мощности, компенсацию реактивной мощности нагрузки и стабилизацию напряжения на шинах места его присоединения. За счёт стабилизации напряжения применение СТАТКОМ приводит к улучшению условий динамической устойчивости ЭЭС.

5. Заземление нейтрали трансформатора через активное или реактивное сопротивление.

При заземлении нейтрали трансформаторов через сопротивление увеличивается сопротивление нулевой последовательности, что при несимметричных коротких замыканиях уменьшает протекающий ток. С уменьшением тока короткого замыкания уменьшается и сброс электрической мощности генератора, а также небаланс активной мощности на валу генерирующего агрегата и, следовательно, приводит к улучшению условий динамической устойчивости ЭЭС. Заземление нейтрали трансформатора через сопротивление уменьшает только токи при КЗ на землю и не распространяется на другие виды КЗ. [58].

В общем случае мероприятия, связанные с изменением характеристик основных элементов системы или введением в неё дополнительных силовых элементов, представляют собой гибкие ЛЭП. Гибкие ЛЭП управляются за счёт установки регулируемых устройств компенсации реактивной мощности на промежуточных подстанциях для поддержания на них неизменной величины напряжения при изменениях параметров режима электропередачи, тем самым увеличивая её пропускную способность и улучшая условия устойчивости. Таким образом в понятие гибких ЛЭП входит реализация управления 1-3 мероприятиями [3,4].

Мероприятия режимного характера, связанные с применением противоаварийной автоматики и релейной защиты

1. Автоматическое повторное включение (АПВ).

АПВ улучшает надёжность электроснабжения потребителей за счёт повторного включения ЛЭП после её отключения релейной защитой из-за возникновения аварийной ситуации. При автоматическом повторном включении отключенной цепи ЛЭП достигается уменьшение небаланса активной мощности на валу генерирующего агрегата за счёт уменьшения сопротивления передачи, что, в свою очередь, способствует уменьшению ускорения скорости вращения вала.

Однако, при неуспешном АПВ (при повреждении участка ЛЭП или при устойчивом коротком замыкании), система снова включается на короткое замыкание. Также проблема данного мероприятия заключается в том, что при действии АПВ ЛЭП сначала включается с одной стороны и только с задержкой порядка 40 мс включается с другой стороны, чтобы не включить ЛЭП на короткое замыкание. Следовательно, при устойчивых коротких замыканиях метод является неэффективным и ухудшающим условия динамической устойчивости, а при неустойчивых коротких замыканиях на ЛЭП мероприятие имеет низкую эффективность из-за его длительного действия [1,2].

2. Отключение шунтирующих реакторов (ШР).

В аварийном и послеаварийном режимах напряжение на электропередаче понижено, а отключение реакторов позволяет улучшить условия устойчивости (т.к. отключение реакторов приводит к снижению взаимного сопротивления). Однако, при отключении реакторов существует опасность чрезмерного увеличения напряжения, а при восстановлении нормального режима возникает необходимость их быстрого включения. Эффективность данного мероприятия зависит от параметров режима и текущего состояния сети [1,2].

3. Форсировка возбуждения генератора.

Регулятор напряжения, реагирующий на снижение напряжения при коротком замыкании, увеличивает ЭДС генератора, что, в свою очередь, обуславливает увеличение амплитуды характеристики мощности. Эффект форсировки возбуждения неоднозначен и зависит от баланса мощности в энергосистеме, от места короткого замыкания (удаленное или близкое) и от типа короткого замыкания (однофазное, двухфазное или трёхфазное) [1,2].

4. Отключение генераторов.

Используется для улучшения условий динамической устойчивости. Применяется как на ТЭС, так и на ГЭС. Отключение генератора на ГЭС не представляет сложности и легко автоматизируется. Последствия отключения турбогенераторов значительно более тяжёлые из-за длительного повторного пуска (0,5 - 3 часа в зависимости от теплового цикла). Данное мероприятие имеет низкую эффективность из-за его длительного действия [1, 2].

5. Импульсная разгрузка турбин (ИРТ).

При использовании ИРТ небаланс активной мощности на валу генерирующего агрегата уменьшается за счёт снижения мощности первичного двигателя. ИРТ позволяет не отключать генерирующий агрегат от сети и, соответственно, существенно повысить надёжность электроснабжения потребителей по сравнению с отключением генератора [1, 2].

Глубина разгрузки турбины определяется длительностью управляющего импульса. Обычные регуляторы турбин обладают инерционностью и не могут оперативно отработать на изменение электрической мощности. При быстром уменьшении впуска энергоносителя в гидравлической турбине происходит гидравлический удар, а в паровой турбине - расширение пара в паровых объемах между регулирующим клапаном и первым рядом сопел, что не позволяет уменьшить мощность сразу после действия регулирующего аппарата. Таким образом в гидравлической турбине такое регулирование неприменимо, а в паровой

турбине оно дает результат лишь в том случае, если осуществляется в тесной взаимосвязи с регулированием возбуждения турбогенератора [1, 2].

6. Разделение электрических систем на несинхронно работающие части.

Деление электроэнергетических систем на несинхронно работающие части может рассматриваться как мероприятие, предотвращающее нарушение динамической устойчивости системы. Однако деление системы на части даже в аварийных условиях крайне нежелательно, так как деление приводит к ослаблению всей системы и может привести к тому, что в отдельных ее частях появится дефицит мощности, а также снизятся частота и напряжение. Деление системы применяется лишь в том случае, когда оно является единственным способом сохранения динамической устойчивости [1,2].

Экономически выгодней использовать мероприятия режимного характера, связанные с применением противоаварийной автоматики и релейной защиты, однако, основная причина многих системных аварий -неудовлетворительное состояние системы противоаварийнош управления. Поэтому вопрос улучшения условий динамической устойчивости путем введения дополнительных силовых элементов в настоящее время остаётся актуальным.

Важно отметить, что большинство применяемых методов и технических средств улучшения условий динамической устойчивости не в полной мере отвечают современным требованиям [100] и требуется разработка новых. Например, большинство способов и средств, улучшающих условия динамической устойчивости, влияют на баланс моментов на валу генерирующего агрегата опосредованно - изменяют либо параметры режима, либо проводимость прилегающей сети. Представляется очевидным, что наиболее эффективными в части влияния на условия динамической устойчивости являются устройства, напрямую воздействующие на баланс моментов на валу генерирующего агрегата.

В настоящее время для улучшения условий динамической устойчивости успешно применяются устройства ИРТ, действие которых основано на непосредственном воздействии на подачу пара на лопатки турбины и, соответственно, быстром снижении вращающего момента турбины генерирующего агрегата [16].

1.2. Принцип действия электромагнитного тормоза

Принцип действия ЭМТ основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, который описывает процесс появления вихревых токов в массивном металлическом диске при получении переменного электромагнитного поля в ЭМТ. С помощью электромагнитов постоянного тока (обмоток возбуждения) создаётся электромагнитное поле возбуждения, которое охватывает магнитную систему ЭМТ. За счёт вращения диска ЭМТ поле в нём становится переменным, и создаются вихревые токи. В результате взаимодействия магнитного потока и вихревых токов возникает тормозной момент на валу генерирующего агрегата. При увеличении амплитуды вихревых токов возрастают тепловые потери (Джоулевы потери) в металлическом диске. Таким образом, происходит трансформация энергии вращательного движения металлического диска ЭМТ в его тепловую энергию [46 - 48].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Панин, Алексей Владимирович, 2014 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: Учебник для электроэнергетических специальностей вузов / В.А. Веников. - 4-е издание, переработанное и дополненное. - М.: Высшая школа, 1985;

2. Переходные процессы электрических систем в примерах и иллюстрациях: Учебное пособие для втузов /Н.Д. Анисимоваи др. - 2-е издание, переработанное и дополненное. - М.-Л.: Энергия, 1967;

3. Об эффективности компенсации параметров ЛЭП и повышении их управляемости // Г.Б. Поспелов. - Вестник МЭИ, №6, 2008;

4. Регулирование потоков мощности по линиям электропередач с применением управляемой продольной компенсации // Л.Я. Теличко, Р.В. Батраков. - Электротехнические комплексы и системы управления, №3, 2008;

5. Теория автоматического управления: Учебное пособие к практическим занятиям / Андык B.C. - Томск: Изд-во ТПУ, 2004;

6. Дальние электропередачи в примерах: Учебное пособие по курсу «Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения» / Т.К. Зарудский, Московский энергетический институт (МЭИ) и др. - 1994;

7. http://www.aokemz.ru/;

8. http://www.scb-sem.ru/produkciya/asynchronousmotors/withelectromagneticbrake.html;

9. http://www.szemo.ru/crp_brake.php;

10. http://www.esco-motors.ru/engines.php;

11. http://snabsystem.ru/catalog/elektrodvigateli/servoprivody-keb;

12. http://ru.telma.com/entreprise/telma;

13. http://voith.com/en/index.html;

14. http://www.zf.com/corporate/en/homepage/homepage.html;

15. Девятнадцатая ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» и заседании кафедры «Электроэнергетические системы» НИУ «МЭИ»;

16. Определение технических характеристик электромагнитного тормоза для улучшения динамической устойчивости ЭЭС // Н.А. Антипова, О.Н. Кузнецов. - Вестник МЭИ, №1, 2012;

17. Применение электромагнитного тормоза для улучшения динамической устойчивости ЭЭС на примере Конаковской ГРЭС // Н.А. Антипова, О.Н. Кузнецов. - Вестник ИГЭУ, №4,2011;

18. Eddy-Current Machines with Permanent Magnets and Solid Rotors // Bruno Lequesne, Buyun Liu, Thomas W. Nehl. - IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, vol.33, №5, 1997;

19. A Parametric Model of an Eddy Current Electric Machine for Automotive Braking Applications // Sohel Anwar. - IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEM TEHNOLOGY, vol.12, №3,2004;

20. Eddy-Current Coupling With Slotted Conductor Disk // Hamideh K. Razavi, Michael U. Lamperth. - IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, vol.42, №3, 2006;

21. Design and Performance of a Water-cooled Permanent Magnet Retarder for Heavy Vehicles // Lezhi Ye, Desheng Li, Yuanjing Ma, Bingfeng Jiao. - IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, vol.26, №3, 2011;

22. DESIGN AND USE OF AN EDDY CURRENT RETARDER IN AN AUTOMOBILE // C.Y. LIU, K.J. JIANG, Y. ZHANG. - International Journal of Automotive Technology, vol.12, №4, 2011;

23. TORQUE CHARACTERISTICS ANALYSIS FOR OPTIMAL DESIGN OF A COPPER-LAYERED EDDY CURRENT BRAKE SYSTEM // S.ANWAR, R.C. STEVENSON. - International Journal of Automotive Technology, vol.12, №4,2011;

24. Патент РФ №2339144, 19.07.2007. www.fips.ru. Способ улучшения динамической устойчивости и демпфирования колебаний электроэнергетических систем и устройство для его осуществления / Ю.В. Шаров, И.Д. Янкович, О. Н. Кузнецов;

25. Теоретическое и экспериментальное исследование малоинерционных электромагнитных тормозов: Диссертация кандидата технических наук / И.Х. Хайруллин. - Московский энергетический институт (МЭИ), 1970;

26. Быстродействующие электромагнитные тормоза: Диссертация кандидата технических наук / H.A. Бауков. - Фрунзенский политехнический институт, 1982;

27. Электромагнитный тормоз: Диссертация кандидата технических наук / Г.В. Говоров. - Московский автомеханический институт, 1946;

28. Теория, методика расчета и экспериментальные исследования электромагнитных тормозов: Диссертация кандидата технических наук / М.А. Панасенков. - Московский энергетический институт (МЭИ), 1954;

29. Электрические машины: Учебник для электротехнических специальностей втузов / А.И. Вольдек. - 3-е издание, переработанное - JL: Энергия, 1978;

30. Электромагнитные расчёты элементов электрических машин: Пер. с польск. — М.: Энергоатомиздат, 1986;

31. Электрические машины: Асинхронные машины: Учебник для электромеханических специальностей вузов / В.И. Радин, Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович; Ред. И. П. Копылов. - М.: Высшая школа, 1988;

32. Электрические машины: Учебное пособие для электротехнических и энергетических специальностей вузов / Б. Ф. Токарев. -М.: Энергоатомиздат, 1990;

33. Проектирование электрических машин: учебник для электромеханических и электроэнергетических специальностей вузов /

Ред. И.П. Копылов. - 4-е издание, переработанное и дополненное - М.: Юрайт, 2011;

34. Техническая электродинамика: Пер. с польск.// Я. Туровский. — М.: Энергия, 1974;

35. Электромагнитное поле как вид материи / О.Б. Брон. - M.-JL: Государственное энергетическое издательство, 1962;

36. Асинхронные машины с массивным ферромагнитным ротором /

A.И. Лищенко, В.А. Лесник. - Киев: Наукова думка, 1984;

37. Расчёт магнитного поля асинхронной машины с массивным ротором / Л.И. Глухивский, А.П. Костив. - Львов: Вища школа, 1983;

38. Волновые параметры массивно-роторных электрических машин /

B.И. Постников. — Киев: Наукова думка, 1986;

39. Основы электродинамики: учебное пособие для радиотехнических специальностей вузов / С. И. Баскаков. - М.: Советское радио,1973;

40. Проектирование специальных электрических машин переменного тока: Учебное пособие для электромеханических специальностей вузов / В.А. Балагуров. - М.: Высшая школа, 1982;

41. Электромеханические преобразователи энергии / И.П. Копылов. -М: Энергия, 1973;

42. Электродинамика движущихся тел / K.M. Поливанов. - М.: Энергоиздат, 1982;

43. Поверхностный эффект в электроэнергетических устройствах / К.С. Демирчян, В.Н. Воронин, И.Ф. Кузнецов. - Л.: Наука, 1983;

44. Проектирование электрических машин / И.М. Постников. - Киев: Государственное издательство технической литературы УССР, 1960;

45. Вихревые токи: перевод с чешского / Йржи Ламмеранер, Милош Штафль. М.-Л.: Энергия, 1967;

46. Вихревые токи / А.Л. Дорофеев. - М.: Энергия, 1977;

47. Электромагнитные поля и волны / Л.Д. Гольдштейн, Н.В. Зернов. 2-е издание, переработанное и дополненное — М.: Советское радио, 1971;

48. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D3%F0%E0%E2%ED%E5%ED%E8% FF_%CC%E0%EA%F 1%Е2%Е5%ЕВ%ЕВ%Е0;

49. Электромагнитные поля и параметры электромеханических преобразовантелей энергии / И.Х. Хайруллин, В.А. Папернюк, Д.Ю. Пашали. - Уфа: Уфимский государственный авиационный технический университет, 2007;

50. Электрические системы и сети: учебник для электроэнергетических специальностей / В.И. Идельчик. - 3-е издание, переработанное и дополненное -М.: Энергоатомиздат, 1989;

51. Справочник по проектированию электрических сетей / И.Г. Карапетян, Д.Л. Файбисович, И.М. Шапиро. - М.: НЦ ЭНАС, 2005;

52. Справочник по проектированию электрических сетей / И.Г. Карапетян, и др. - М.: ЭНАС, 2005;

53. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / Ред. С.С. Рокотян, И.М. Шапиро. - 3-е издание, переработанное и дополненное-М.: Энергоатомиздат, 1985;

54. Электрические системы и сети в примерах и иллюстрациях / В.В. Ежков, и др. - М.: Высшая школа, 1999;

55. Электрические системы. Электрические сети / В.А. Веников, A.A. Глазунов, Л.А. Жуков, и др. - 2-е издание, переработанное и дополненное - М.: Высшая школа, 1998;

56. Электрические системы: В 7 т. Т.4. Электрические расчеты, программирование и оптимизация режимов: Учебник для электроэнергетических специальностей вузов / В.И. Горушкин, и др. - М.: Высшая школа, 1973;

57. Дальняя электропередача сверхвысокого напряжения: Курсовое проектирование. Методическое пособие по курсу «Дальние электропередачи

сверхвысокого напряжения» по направлению «Электроэнергетика» / Г.К. Зарудский, Ю.П. Рыжов. - М.: Изд-во МЭИ, 2001;

58. Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения / Ю.П. Рыжов. - М.: Изд. дом МЭИ, 2007;

59. Численные методы / А.А. Самарский, А.В. Гулин. - М.: Наука,

1989;

60. Введение в динамику автоматического регулирования электрических машин / М.В. Мееров. - М.: Изд-во Академии наук, 1956;

61. Синтез структур систем автоматического регулирования высокой точности / М.В. Мееров. - 2-е издание, переработанное и дополненное — М.: Наука, 1967;

62. Изучение методов расчета установивших режимов сложных энергосистем. Лабораторный практикум / В.А. Строев, Н.Г. Филлипова, Т.И. Шелухина, и др. - М.: Изд-во МЭИ, 2005;

63. Компьютерная графика, мультимедиа и игры на Visual С# 2005 / Жарков В.А. - М: Жарков Пресс, 2005;

64. Язык программирования С# 2005 и платформа .NET 2.0. / 3-е издание: пер.с англ. - М: ООО «И.Д.Вильямс», 2007;

65. С#2008 (Самоучитель). Пер. с англ. / Гросс К. - СПБ.: БХВ-Петербург, 2009;

66. Создание приложений с помощью С#. Руководство программиста / В.В. Фаронов. — М.: Эксмо, 2008;

67. С# и платформа NET / Эндрю Троелсен. — М.: Юпитер, 2004; 6 8. Power System Analysis Software DIgSILENT PowerFactory, 2011 ;

69. DIgSILENT Technical Documentation, 2009;

70. http://www.digsilent.de/;

71. Теория автоматического управления / В.В. Кибардин. -Красноярск, 2007;

72. Теория автоматического управления для «чайников» / К.Ю. Поляков. - Санкт-Петербург, 2008;

73. Методы классической и современной теории автоматического управления. В 5т. Т.З. Синтез регуляторов систем автоматического управления: Учебник для вузов по машиностроительным и приборостроительным специальностям / Ред. К.А. Пупков, Н.Д. Егупов. - 2-е издание, переработанное и дополненное - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004;

74. Регулирование возбуждения синхронных генераторов /

A.A. Юрганов, В.А. Кожевников. - СПб: Наука, 1996;

75. Методические указания по техническому обслуживанию микропроцессорных АРВ с систем управления силовых преобразователей систем возбуждения генераторов. Утверждены Депарартаментом научно-технической политики и развития РАО «ЕЭС России» 23.12.2002;

76. Об учете автоматических регуляторов в расчетах переходных процессов электроэнергетических систем // Строев В.А., Николаева С.И. — Известия АН СССР. Энергетика и транспорт, №3, 1986;

77. Численные методы: Учебное пособие для физико-математических специальностей вузов / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков. - 8-е издание - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000;

78. Расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах / Ю.Е. Гуревич, Л.Е. Либова, A.A. Окин. - М.: Энергоатомиздат, 1990;

79. Управление переходными режимами в электрических системах: Текст лекций по курсу «Переходные процессы в электрических системах» /

B.А. Строев, P.M. Селиджанов. - М.: Изд-во МЭИ, 1992;

80. Различные представления АРВ генераторов в расчетах переходных процессов // Шаров Ю.В., Строев В.А., Голов П.В. - Вестник МЭИ, № 2, 2007;

81. Электрические системы: Математические задачи электроэнергетики: Учебник для электроэнергетических специальностей

вузов / Ред. В.А. Веников. - 2-е издание, переработанное и дополненное - М.: Высшая школа, 1981;

82. Расчеты и оптимизация установившихся режимов на ПЭВМ с использованием баз данных: Лабораторный практикум по курсу «Алгоритмы электроэнергетики» / В.А. Строев, Н.Г. Филиппова, Т.И. Шелухина, C.B. Шульженко. -М.: Изд-во МЭИ, 1998;

83. http://www.soprotmat.ru/geom.htm;

84. http://texttotext.ru/kursovie-proekti/cilindr-visokogo-davleniya-parovoie-turbini/page-18.html;

85. Таблицы физических величин: справочник / ред. И.К. Кикоин. -М.: Атомиздат, 1976;

86. Сопротивление материалов: учебник для вузов по машиностроительным специальностям / Г.Д. Межецкий, и др. - М.: Дашков и К, 2008;

87. Сопротивление материалов: Учебник для инженерно-технических специальностей вузов / И.А. Биргер, P.P. Мавлютов. - М.: МАИ, 1994;

88. Детали машин: типовые расчеты на прочность: учебное пособие для среднего профессионального образования по группе специальностей «Машиностроение» / Т.В. Хруничева. - М.: Форум: ИНФРА-М, 2011;

89. Расчеты на прочность и жесткость элементов машиностроительных конструкций: Методическое пособие по курсу «Сопротивление материалов» по направлениям «Прикладная механика», «Энергомашиностроение» / А.В. Бесова, Ю.П. Самсонов, В.Е. Хроматов. -М.: Изд-во МЭИ, 2002;

90. Лабораторные работы по курсу «Электрические машины»: Исследование трехфазных асинхронных двигателей / М.М. Дмитриев, М.Г. Татаринов. - М.: Изд-во МЭИ, 1993;

91. Неноминальные и особые режимы работы асинхронных машин: Сборник лабораторных работ: Методическое пособие по курсу

«Электрические машины» / В.И. Извеков, В.И. Кузнецов, Г.А. Семенчуков и др. -М.: Изд-во МЭИ, 1999;

92. Методические указания по курсовому проекту «Районная электрическая сеть электроэнергетической системы» / A.A. Глазунов - М.: Изд-во МЭИ, 1993;

93. Проектирование районной электрической сети: методические указания к курсовому проектированию по курсам «Электрические сети электропитающих систем» и «Электроэнергетические системы и сети» по направлению «Электроэнергетика» / A.A. Глазунов, Г.В. Шведов. - М.: Изд-во МЭИ, 2010;

94. Расчеты нормальных и предельных по мощности установившихся режимов сложных энергосистем: учебное пособие по курсу «Алгоритмы задач электроэнергетики» по направлению «Электроэнергетика» / Т.И. Шелухина. - М.: Изд-во МЭИ, 2005;

95. Расчеты и оптимизация установившихся режимов на ПЭВМ с использованием баз данных: Лабораторный практикум по курсу «Алгоритмы электроэнергетики» / В.А. Строев, Н.Г. Филиппова, Т.И. Шелухина, C.B. Шульженко. -М.: Изд-во МЭИ, 1998;

96. Расчеты на ПЭВМ переходных режимов сложных регулируемых электроэнергетических систем: Лабораторный практикум по курсу «Применение ЭВМ для решения задач электроэнергетики» / В.А. Строев, Н.Г. Филиппова, Т.И. Шелухина. - М.: Изд-во МЭИ, 1998;

97. Электрическая часть электростанций и подстанций / Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. - 4-е издание, переработанное и дополненное -М.: Энергоатомиздат, 1989;

98. Режимы и устойчивость электроэнергетических систем. Переходные электромеханические процессы в электроэнергетических системах: учебное пособие / В.К. Шабад. - М.: МГОУ, 2009;

99. Вопросы устойчивости электрических систем / П.С. Жданов. -М.: Энергия, 1979;

100. «Методические указания по устойчивости энергосистем». Утверждены приказом Минэнерго России от 30.06.2003 №277;

101. Правила оперативно - диспетчерского управления в электроэнергетике. Утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 27.12.2004 №854.