Статья поступила в редакцию 22.05.14. Ред. рег. № 2016
The article has entered in publishing office 22.05.14. Ed. reg. No. 2016
УДК 62-111.2
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ДВОЙНОГО ВРАЩЕНИЯ
Ю.В. Дронова, П.Ю. Ендовицкая Р.А. Толкацкий
НГТУ, проспект Карла Маркса, 20, г. Новосибирск, Россия, 630073, телефон: (383) 346-08-43, факс: (383) 346-02-09; 346-03-01,email: rector@nstu.ru
Заключение совета рецензентов 28.05.14 Заключение совета экспертов 05.06.14 Принято к публикации 11.06.14
Технико-экономическое обоснование использования электрической машины двойного вращения, Дронова Ю.В., Ендовицкая П.Ю., Толкацкий Р.А., НГТУ. В статье описаны результаты технико-экономического расчета и выгодности применения электрической машины двойного вращения, созданной на кафедре АЭЭС факультета энергетики НГТУ, по сравнению с электрическими машинами с другими способами регулирования частоты.
Ключевые слова: автономная энергосистема, регулирование частоты и напряжения, электрическая машина двойного вращения, технико-экономическое обоснование.
FEASIBILITY STUDY OF THE USE OF ELECTRICAL MACHINE DOUBLE
ROTATION
Yu. V. Dronova, R.A.Tolkatsky, P.Yu.Endovitskaya
NGTU, Carl Marks,20, Novosibirsk, Russia, 630073 Tel.: (383) 346-08-43, fax: (383) 346-02-09; 346-03-01,email: rector@nstu.ru
Referred 28.05.14 Expertise 05.06.14 Accepted 11.06.14
Feasibility study of the use of electrical machine double rotation, Dronova JV, Endovitskaya PJ, Tolkatsky RA, NSTU. The paper describes the results of feasibility study and profitability of the use of electrical machine double rotation created in the department of automated power systems Faculty of Power Engineering NSTU compared to the other machines with different ways of frequency regulation.
Keywords: аuxiliary power system, frequency and voltage regulation, electrical machine double rotation, feasibility study.
Юлия Владимировна Дронова
Сведения об авторе: кандидат экономических наук. Место работы - ФГБОУ ВПО Новосибирский государственный технический университет, факультет энергетики, кафедра Систем управления и экономики энергетики (СУЭЭ). Должность - доцент кафедры СУЭЭ. Образование - Новосибирский государственный технический университет, факультет энергетики, магистр менеджмента, 1996 - 2001.
Основной круг интересов: экономическая оценка рисков в электроэнергетике.
Публикации: более 20 научных работ и 2 монографии (серия «Монографии НГТУ»).
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 10 (150) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014
Ю.В. Дронова, ПЮ.Ендовицкая, Р.А. Толкацкий ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.
Сведения об авторе: аспирант кафедры АЭЭС, факультета энергетики НГТУ. Образование - Новосибирский государственный технический университет, факультет энергетики кафедра АЭЭС, 2005 - 2011 гг.
Основной круг интересов: электромашины переменного тока с вращающимся статором.
Публикации: участвовал в различных научных студенческих конференциях с докладами, которые впоследствии были опубликованы.
Роман Александрович Толкацкий
Полина Юрьевна Ендовицкая
Сведения об авторе: магистрант кафедры АЭЭС, факультета энергетики НГТУ. Образование - Новосибирский государственный технический университет, факультет энергетики кафедра АЭЭС, 2008 - 2014 гг.
Основной круг интересов: электромашины переменного тока с вращающимся статором.
Публикации: участвовала в различных научных студенческих конференциях с докладами, которые впоследствии были опубликованы. При ее участии зарегистрирован патент на полезную модель электрической машины двойного вращения с механическим приводом.
Введение
В ветроэнергетике в настоящее время остро стоит вопрос о регулировании частоты в системе, так как скорость и направление ветра постоянно меняются, и, следовательно, частота все время отклоняется от номинального значения. В автономных энергосистемах, где энергоресурсом является ветер, существует множество различных способов регулирования частоты. Решением этой задачи является установка к генераторам дополнительного оборудования, такого как преобразователи частоты, балластные сопротивления и т.д. [1]. Существуют также и генераторы, которые имеют конструкцию, отличающуюся от других обычно используемых генераторов на электрических станциях, например, асинхронизированные синхронные генераторы, где, кроме обмотки возбуждения в продольной оси, есть обмотка возбуждения в поперечной оси, за счет чего и осуществляется регулирование частоты [2].
Описание физической модели
Для регулирования частоты, уровня напряжения, в автономных электроэнергетических системах Чебаном Владимиром Матвеевичем была предложена и создана электрическая машина двойного вращения, которая осуществляет регулирование за счет вращения статора (рис.1) [3, 5]. При вращении статора происходит дополнительное смещение поля статора относительно обмотки ротора, что изменяет величину синхронной скорости и частоты напряжения. Представляется, что таким образом путем некоторого усложнения механической
конструкции электрической машины можно существенно повысить качество вырабатываемой энергии - стабилизировать частоту и величину напряжения, сохраняя его синусоидальную форму, без привлечения частотных преобразователей и специальных фильтров.
Впоследствии был получен патент на полезную модель [6], в котором предлагалось использовать вращение статора для повышения надежности ветроэнергетических установок при порывах ветра. При ударных механических нагрузках при порывах ветра повышенная надежность обеспечивается за счет расхода части энергии ветра на разгон статора и перехода в кинетическую энергию вращения статора генератора.
Электрические машины двойного вращения также можно использовать в регулируемом электроприводе переменного тока с использованием асинхронных или синхронных электродвигателей [7]. Одним из достоинств данного способа регулирования является отсутствия частотного преобразователя, мощность которого обычно выбирают равной номинальной мощности двигателя. Регулируемый электропривод переменного тока может быть использован в системах электрооборудования для более эффективного и экономичного регулирования скорости вращения двигателей переменного тока различных типов (асинхронный двигатель с короткозамкнутым или фазным ротором, синхронный двигатель).
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (150) 2014
© Scientific Technical Centre «TATA», 2014
3
Рис.1 - Конструкция электрической машины двойного вращения
1 - серводвигатель, 2 - датчик скорости ветра, 3- лопатки ветроколеса, 4- статор электрической машины, 5- ротор электрической машины, 6 - станина.
Fig.1 - The design of the electrical machine double rotation """/¡n^ 1 - servo motor, 2 - wind speed sensor, 3- blades of wind wheel, 4- stator of electrical machine, 5- rotor of electrical machine, 6 - base frame.
'3
<D
с
Статор вращается при помощи серводвигателя, присоединенного к нему через механическую червячную передачу. В зависимости от величины и знака отклонения частоты переменного напряжения электрической машины двойного вращения от номинального значения, серводвигатель начинает вращать статор в ту или иную сторону, сохраняя скорость электромагнитного поля статора
•о
относительно электромагнитного поля ротора, а, следовательно, и частоту и напряжение генератора. Сигнал об отклонении частоты снимается датчиком частоты и подается на систему управления серводвигателем.
■а
Технико-экономическое обоснование
Любое техническое решение нуждается в экономическом обосновании, целью которого является сопоставление полученных результатов в денежных единицах по отношению к произведенным затратам. На практике очень часто именно экономическое обоснование является решающим фактором при выборе одного из нескольких технических вариантов. Обычно при сравнении вариантов используют расчет абсолютных или относительных затрат на создание оборудования, в данном случае электрической машины, представленный в виде калькуляции (сметы) затрат.
Одним из наиболее сложных моментов при определении конечной стоимости оборудования является выбор методики калькулирования затрат, т.к. в настоящее время каждый производитель имеет право самостоятельно определять нормативы и стоимости по статьям смет для получения конкурентноспособных цен на свои изделия. Методика расчета сметы затрат на создание машин была выполнена в соответствии с правилами и
нормами, принятыми в нашей стране для регулирования деятельности электроэнергетического сектора государством, а именно на основе калькуляции затрат в соответствии с «Методическими указаниями по формированию смет и калькуляций на ремонт энергооборудования», СО 34.20.607-2005 разработанных ОАО "Центральное конструкторское бюро Энергоремонт". Эта методика предусматривает предельный уровень цен и нормативов, выше которого предприятия не могут формировать свои затраты. В соответствии с этой методикой при выполнении расчетов смета затрат должна составляться по двум базовым разделам: стоимость работ и стоимость материалов и запчастей, далее каждый раздел может быть разделен еще на несколько подразделов.
Калькуляции на изготовление электрической машин формировались в следующем порядке:
- на основе технически обоснованных цен (прайс-листов производителей комплектующих), определяется материальная составляющая себестоимости, которая оформляется в виде раздела «Затраты на материалы (основные и вспомогательные)». Использование фактических цен является наиболее целесообразным, т.к. в нашей стране в зависимости от региона цены на комплектующие могут значительно разнится.
- на основе технологических процессов по монтажу и пуско-наладке оборудования с учетом задействованного персонала определялись разделы «Затраты по этапам работы», а именно «Монтаж генератора» и «Пуско-наладочные работы». При расчете стоимости работ использовался базисно-индексный метод по номенклатуре работ по ремонту и реконструкции энергетического оборудования различного назначения. В соответствии
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.