Электроэнергетика. Производство, преобразование, передача, распределение и регулирование электроэнергии. Электроизмерительная техника. Техническое применение магнетизма и статического электричества

Учебное пособие подготовлено в соответствии с государственным образовательным стандартом Министерства образования РФ по специальности 140101 Тепловые электрические станции и ФГОС высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров 140100 Теплоэнергетика и теплотехника.

В методических указаниях содержатся теоретические сведения, излагается порядок выполнения лабораторной работы в лаборатории «Электричество». Работа выполнена при финансовой поддержке гранта НЗ-1063.

В данных методических указаниях рассматриваются теоретические основы электрической проводимости в терморезисторах, даётся классификация материалов по величине и механизму проводимости, сравниваются особенности классической и современной теории проводимости. Описаны устройство и применение терморезисторов с различными типами проводимости. Подробно излагается порядок выполнения лабораторной работы общего физического практикума «Изучение терморезистора». Издание осуществлено при финансовой поддержке Программы АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект № 2.1.1/13083).

В монографии в рамках аналитического асимптотического подхода исследуются общефизические закономерности линейного волнового движения на поверхности струй идеальной и вязкой жидкости и условия дробления струй на отдельные капли. Рассмотрены особенности спонтанного электростатического полидиспергирования жидкости, имеющего место при распаде на капли струй жидкости, выбрасываемых при реализации неустойчивости заряженной как плоской, так и криволинейной свободной поверхностью жидкости. Проведено теоретическое обоснование предлагаемой классификации экспериментально наблюдающихся режимов электростатического полидиспергирования жидкости.

В настоящее время отмечена тенденция роста производственной деятельности металлургической, химической и других отраслей промышленности. Вместе с этим, как следствие, отмечен рост потребления электрической энергии с низкими показателями качества, т. е. наблюдается потребление неактивной мощности, в том числе мощности искажений. В этой связи становится актуальной задача разработки статических компенсаторов неактивной мощности – СТАТКОМ. Разработка любой системы преобразования энергии требует детального анализа электромагнитных процессов, что, в свою очередь, влечет за собой разработку математического описания этих процессов и создание математических моделей. В данной работе предлагается к рассмотрению анализ электромагнитных процессов в СТАТКОМе на базе многоуровневых преобразователей, соединенных в параллель. Представлена математическая модель для анализа электромагнитных процессов в полупроводниковом преобразователе на базе параллельного соединения многоуровневых модулей посредством уравнительных реакторов и общего звена постоянного тока. Проведен краткий анализ качества выходного напряжения и уравнительных токов в преобразователях. Анализ проведен для несимметричного способа ШИМ с фазовым сдвигом опорных сигналов. Показано влияние количества преобразователей на качество преобразования электрической энергии в статическом компенсаторе. Результаты анализа подтверждены компьютерным моделированием.

Рассмотрены основные методы измерений, конструкции приборов первичных измерений, устройств для усиления сигналов, исполнительные и регистрирующие устройства, необходимые для управления динамическим процессом испытаний. Ускоренное определение физико-механических свойств материалов производится современными приборами неразрушающего контроля. Дано описание пределов погрешностей при измерении техническими средствами. Для проведения экспериментов и получения математической зависимости исследуемого процесса управления приведены различные методы планирования и обработки результатов в зависимости от поставленных задач измерений.

Учебник содержит в соответствии с программой особенности физиче- ских процессов и общие вопросы теории синхронных машин и машин по- стоянного тока, их конструктивное исполнение, основные характеристи- ки, а также эксплуатационные особенности применения в различных от- раслях промышленности.

Книга является второй частью учебника по дисциплине «Электриче- ские машины» и содержит в соответствии с программой общие вопросы теории асинхронных машин, их конструктивные исполнения, основные характеристики, а также особенности применения в различных отраслях промышленности, на транспорте, в жилищном и капитальном строитель- стве и т.д.

Лабораторные работы специального практикума носят учебно-исследовательский характер и предполагают индивидуальное выполнение студентом всех экспериментальных заданий. Он построен таким образом, что по мере его выполнения студенты подробно знакомятся с классической литературой по теории вопросов, решаемых в каждой работе. Часть приведенных в пособии заданий имеет научно-исследовательский характер (НИ). Во всех работах приведены контрольные теоретические вопросы для проверки знаний по каждому из соответствующих этапов.

В пособии рассмотрены вопросы метрологического обеспечения экспериментальных исследований преобразователей информации различной физической природы. Особое внимание уделено метрологическому обеспечению вычислительного эксперимента, направленного на прогнозирование метрологических характеристик цифровых преобразователей информации. Рассмотрены принципы построения, методы анализа и примеры практического применения обобщенных математических моделей, позволяющих на ранних стадиях проектирования новых конструкций цифровых преобразователей информации с высокой степенью достоверности оценивать их технические возможности, не прибегая к дорогостоящему физическому эксперименту. Рассмотрены также методы и аппаратура для механических и климатических испытаний разрабатываемых преобразователей информации. Электронное учебное пособие разработано на кафедре электротехники.

Приведена краткая концепция и методология управления рационализацией энергопотребления на основе имеющихся к настоящему времени нормативно-законодательных, экономических и организационных подходов. Рассматриваются вопросы системного подхода к управлению энергопотреблением состав и характеристики систем энергоснабжения предприятий промышленности и их отраслевые особенности. Обсуждаются методы решения несложных практических задач организации, планирования и управления энергохозяйством предприятий.

В учебном пособии подробно рассмотрены вопросы теории и практики производства, распределения и применения электрической энергии на предприятиях, эксплуатация электроустановок и требования к их безопасности. Оно может быть востребовано при профессиональной (технической) подготовке персонала электротехнических служб предприятий.

Текст лекций по дисциплине «Общезаводское хозяйство предприятий» знакомит студентов с тем, что осуществляет обеспечение производства электроэнергией, теплом, водой, паром, холодом, какие службы отвечают за функционирование цехов и производства в целом, и позволяет студентам подготовиться к прохождению первой производственной практики. Текст лекций, предлагаемый вниманию студентов, переиздан и дополнен новыми сведениями.

Учебное пособие содержит теоретический и практический материал для изучения электропривода и электрических машин, которые используются в полиграфии, а также методы их компьютерного моделирования.

Методические указания содержат рекомендации по выполнению курсовой работы по электроснабжению населенного пункта, основные теоретические сведения, требования к ее структуре и оформлению.

В учебном пособии освещаются методы расчета стационарных и нестационарных электромагнитных процессов в асинхронных самовозбуждающихся генераторах (АСГ). Рассмотрены вопросы синтеза АСГ по потребной величине генерируемого напряжения при использовании серийных машин. Приведены примеры расчета различных характеристик АСГ. Отмечены особенности конструирования. Указаны многочисленные области возможного применения АСГ, в т.ч. в нефтяной, лесной и сельскохозяйственной отраслях.

Заключительный том трёхтомного словаря-справочника содержит свыше 1500 понятий и терминов, связанных с применениями и перспективными исследованиями сверхпроводников и сверхпроводимости. Все представленные в словаре термины расположены по алфавиту. Каждому термину посвящена отдельная статья, раскрывающая его смысловое научно-техническое и/или математическое содержание, область применения и связь с другими терминами, при этом все термины снабжены английскими эквивалентами. Кроме того, целый ряд статей посвящён родственным для сверхпроводимости вопросам из смежных тематик, в частности наноструктурам и нанотехнологиям.

Рассмотрены различные аспекты управления качеством электроснабжения (УКЭС) в условиях неопределённости на основе развития методов многоцелевой оптимизации. Рассматриваются различные методы принятия решения, разработка адаптивных моделей УКЭС в составе технологических АСУ электроэнергетических систем, проблемы создания эффективных алгоритмов УКЭС с учетом кибернетических свойств ЭЭС и обеспечения устойчивости приближенных решений гибридных моделей УКЭС.

В монографии приведены результаты исследований по разработке органоминеральных составов на основе сухих строительных смесей для ремонта асфальтобетонного дорожного полотна с использованием органических и минеральных отходов различных отраслей промышленности. Показано, что ремонтные составы на основе гидролизного лигнина, шламов гидролизного производства, золы-уноса красноярских ТЭЦ и шлама футеровки электролизеров по совокупности свойств превосходят традиционные битумные составы и позволяют улучшать экологическую обстановку в регионе за счет комплексного использования отходов.

Рассмотрена системная оценка параметров разветвленных заземляющих сетей электроустановок северных промышленных комплексов. Исследуются теоретические и практические проблемы обеспечения защитных свойств заземляющих устройств, включенных в общепромышленную заземляющую сеть различными связями. При этом учитываются особенности выполнения фундаментов зданий, кабельных эстакад, трубопроводов в условиях Крайнего Севера с точки зрения электробезопасности и сложные геоэлектрические разрезы многолетнемерзлых грунтов.

Рассмотрены особенности импульсных стабилизаторов напряжения с оптимальным по быстродействию управлением в составе систем электроснабжения автономных объектов. Разработана универсальная амплитудно-импульсная модель силовых цепей импульсных стабилизаторов напряжения постоянного тока. На ее основе излагается методика синтеза оптимального по быстродействию закона управления модулями. Подробно представлена реализация синтезированных законов с использованием аналоговых и дискретных решений. Приведены результаты экспериментальных исследований с использованием программного схемотехнического моделирования.

В монографии рассмотрены вопросы применения теории техноценологических исследований в электротехнических системах и комплексах. Раскрыты особенности исследований для анализа электропотребления и состояния силовых маслонаполненных трансформаторов. Отдельное внимание уделено теории полезности и золотой пропорции в технических системах.

Рассмотрены технология, аппаратно-программное и методическое обеспечение автоматизированного лабораторного практикума по экспериментальному исследованию электрических цепей с удаленным многопользовательским доступом к объектам исследования и средствам измерения и моделированию их на ПЭВМ с помощью системы автоматизированного проектирования Altium Designer 6. Практикум включает 13 лабораторных работ по исследованию цепей первого и второго порядка, избирательных (резонансных) цепей и различных электрических фильтров.

В монографии описаны конструкции трансформаторов и выпрямителей с конденсаторным умножителем напряжения. Данные выпрямители простые, легче традиционных и имеют КПД и коэффициент мощности не ниже инверторных. Приведены сварочно-технологические свойства выпрямителей при сварке покрытыми электродами, в защитных газах плавящимся и неплавящимся электродом на малых токах.

В монографии представлены результаты исследования экосистемы водоема-охладителя Березовской ГРЭС-1 с периода его заполнения. Произведена обработка массива данных методами математической статистики с выделением факторов формирования качества воды, что, несомненно, является ценным материалом для исследователей, работающих в области прикладной экологии.

Изложены теоретические основы кристаллофизики и кристаллохимии. Рассмотрены физические явления и процессы, происходящие в диэлектриках при воздействии на них электрического поля: поляризация, электропроводность, диэлектрические потери и пробой.

Рассмотрены особенности конструкции, передаточные функции и частотные характеристики трансформаторов тока и дифференцирующих измерительных преобразователей тока: катушек Роговского и трансреакторов, применение которых в устройствах для измерения переменных токов, а также для защиты и управления электротехническими комплексами, обеспечивает значительное сокращение массы, повышение точности и быстродействия. Основное внимание уделено инженерным методам расчёта параметров как предлагаемых конструкций катушек Роговского и трансреакторов, так и разработанных авторами устройств для восстановления формы тока (аналоговых и цифровых интегрирующих фильтров), для дифференциальной защиты и защиты электрооборудования от работы в несимметричных режимах. Приводятся примеры таких расчётов и результаты моделирования устройств защиты с помощью программы Micro-Cap.

В монографии в рамках аналитического асимптотического подхода исследуются общефизические закономерности линейного и нелинейного волнового движения на поверхности заряженных струй как идеальной, так и вязкой жидкости и условия дробления струй на отдельные капли. Рассмотрены особенности спонтанного электростатического полидиспергирования жидкости, имеющего место при распаде на капли заряженных струй жидкости, выбрасываемых при реализации неустойчивости заряженной как плоской, так и криволинейной свободной поверхностью жидкости. Проведено теоретическое обоснование предлагаемой классификации экспериментально наблюдающихся режимов электростатического полидиспергирования жидкости. При написании книги авторы пользовались поддержкой грантов РФФИ № 05-08-01147-а и №06-01-00066-а.

Дано краткое описание работ по исследованию электрических и эксплуатационных свойств электроматериалов. Для каждой работы приведены краткие теоретические сведения об основных физических процессах, происходящих в исследуемых материалах, дано описание лабораторной установки, изложены методы испытаний и обработки экспериментальных данных, указаны требования к отчету. В конце описания каждой работы приведены контрольные вопросы для самоподготовки студентов.

В пособии рассмотрены классификация проводниковых материалов и теоретические основы их электрических свойств. Описаны конструкции и работа лабораторного стенда для исследования электропроводности и температурного коэффициента электросопротивления.

Энергетические балансы мощности и выработки электроэнергии играют большую роль в управлении режимами ЭЭС. В пособии кратко излагаются только оперативные планы. Для более полного усвоения темы студенты выполняют курсовой проект.

Рассматриваются векторно-матричные математические модели трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, получившего широкое распространение в большинстве промышленных установок и технологических комплексов. На основании линейных преобразований с соответствующими матрицами, которые можно интерпретировать как математические операции над вектором или координатной системой, получены дифференциальные и алгебраические уравнения асинхронной машины в различных базисах трехмерного пространства, с помощью которых описывается процесс электромеханического преобразования энергии при симметрии электромагнитных переменных, а также в случае наличия токов нулевой составляющей. Содержание работы иллюстрируется большим количеством рисунков, а также рядом практических приложений, которые облегчают изучение излагаемого материала.

В третьей части учебного пособия «Управление затратами на энергетическом предприятии» рассмотрены вопросы топливообеспечения тепловых электростанций, краткосрочного планирования расходов топлива и сбалансированного определения тарифов на электроэнергию и тепло при их комбинированном производстве на ТЭЦ.

В учебном пособии изложены методологические основы моделирования объектов и процессов при решении задач электроэнергетики. Рассматриваются три уровня представления математических моделей: микро- макро- и метауровень. Приводятся примеры моделирования основных объектов электроэнергетических систем в задачах, связанных с анализом установившихся режимов электрических сетей. Дано описание подходов к прогнозированию электропотребления и нагрузки энергосистем с использованием различных моделей. Приводятся методы построения математических моделей, выбора их структуры и вычисления параметров моделей. Примеры использования и исследования математических моделей даны в системе Mathcad.

Приведены функциональные схемы лабораторных стендов, описаны способы регулирования скорости и режимы работы систем электроприводов, подлежащих исследованию на стендах. Составлены программы лабораторных работ и даны методические указания по порядку выполнения пунктов программ. Изложены теоретические сведения, необходимые для расчета характеристик электроприводов, предусмотренных в расчетной части программ лабораторных работ.

Содержится информация по современным решениям в области защиты блоков генератор-трансформатор электрических станций. Рассматривается техника, разработанная научно-производственным объединением «ЭКРА» (г. Чебоксары) и поставляемая в виде шкафов защиты ШЭ1110, ШЭ1111, ШЭ1112 и ШЭ1113.

Приведены основные положения теории аэродинамики и теплопередачи, принципы составления эквивалентных схем вентиляционной цепи, процессов теплопередачи, соотношения для расчетов коэффициентов аэродинамических сопротивлений теплопроводности и теплопередачи и другие справочные данные, не используемые в расчетах систем охлаждения.

Рассмотрены виды и методы измерения, статические и динамические погрешности измерения. Приводятся типовые характеристики и параметры измерительных устройств. Описываются физические эффекты и принципы преобразования физических величин в выходные сигналы различного типа. Рассматриваются активные и пассивные преобразователи с электрическим выходным сигналом. Отмечаются достоинства, недостатки и область применения датчиков различного типа, применяемых в автоматизированном технологическом оборудовании.

Рассматриваются основные вопросы экономики и управления энергетическими предприятиями в современных условиях. Отражена специфика технологического процесса энергетического производства и проблемы рыночных отношений отрасли. Слайд-конспект ориентирован на изучение лекционного материала по курсу «Экономика энергетики и управление энергопредприятием». Он представляет опорный конспект, в тезисной форме включает основные разделы дисциплины, существо рассматриваемых вопросов и выводов. Материал слайд-конспекта поможет студентам в изучении имеющейся литературы.

Рассмотрены различные подходы к анализу процессов электромеханического преобразования энергии. Пособие построено на фундаментальных положениях электродинамики, снабжено обширным практическим материалом. Предназначено для студентов и аспирантов электромеханических специальностей.

Излагаются элементы теории тиристорных преобразователей частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией, касающиеся изучения их динамических свойств и оптимизации алгоритмов управления ими. Рассмотрены вопросы реализации системы управления преобразователей частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией при работе в режиме источника тока на примере трехфазной мостовой схемы с использованием дискретных аналоговых и цифровых микросхем. Анализируются энергетические характеристики преобразователя частоты и способы их улучшения. Представлены примеры применения тиристорных преобразователей частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией в электроприводах переменного тока, в системах генерирования электрической энергии для летательных аппаратов и ветроэнергетических установок.

Рассмотрены основные понятия, определения и количественные показатели надежности. Приведены отказы и повреждения в работе энергооборудования ТЭС. Подробно даны методические подходы к расчету надежностных показателей энергоблоков, к выбору резервов на ТЭС и в энергосистеме, к учету режимной надежности энергоблоков. Рассмотрены вопросы обеспечения надежности энергооборудования. Материал иллюстрирован большим количеством примеров расчета надежностных показателей.

В учебном пособии в краткой форме даны основные понятия электротехнического материаловедения, приведены определения тепловых, электрических и механических параметров материалов, дается оценка основных классов материалов, применяемых в электроэнергетике и электротехнике. В пособии также приводятся числовые характеристики различных материалов, рассматриваются вопросы их долговечности. Форма изложения позволяет продуктивно готовиться к зачету по курсу и вспомнить основные понятия, изученные ранее в курсах физики и химии.

Рассмотрены вопросы параллельной работы электрических систем. Приведено описание некоторых крупных системных аварий. Отражены особенности протекания электромеханического переходного процесса в электроэнергетической системе. Разобраны угловые характеристики мощности генераторов, статические характеристики асинхронных двигателей и комплексной нагрузки. Изложены основные методы анализа устойчивости электроэнергетических систем. Рассмотрен асинхронный режим. Даны сведения по противоаварийной автоматике, применяемой в современных условиях. Материал сопровождается достаточно объемными примерами.

Во второй части настоящего учебного пособия излагаются принципы построения микропроцессорных систем управления вентильными преобразователями с искусственной коммутацией (на примере автономных инверторов напряжения), способы микропроцессорной реализации алгоритмов управления указанными преобразователями, а также основы реализации цифровых регуляторов.

Приведены теоретические основы магнитных свойств, классификация и маркировка магнитомягких материалов. Описаны конструкция и работа лабораторного стенда для исследования кривой намагничивания и петли гистерезиса магнитомягких материалов.

Приведены положения теории, необходимые для расчета электромагнитных процессов и выбора параметров электрических машин, предназначенных для преобразования энергии на основе электромагнитной индукции и взаимодействия магнитного поля с электрическим током.

Рассматриваются физические закономерности, имеющие место в генераторах, трансформаторах и двигателях системы собственных нужд электростанций в различных режимах, содержатся характеристики вспомогательных систем, таких, как системы возбуждения и гашения поля генераторов.

В пособии рассматриваются вопросы появления носителей зарядов, электропроводности, электрического пробоя жидких диэлектриков на основе исследований автора. Показаны механизмы явлений, рассмотрены методы влияния на них.

В учебном пособии изложены вопросы расчета систем автоматизированного электропривода. Рассмотрены тиристорный и транзисторный электропривод постоянного тока, а также транзисторный асинхронный электропривод переменного тока. Даны методики выбора параметров регуляторов. Рассмотрены вопросы моделирования систем электропривода.