Принципиальные и функциональные схемы системы

Введение

 

Мы рассматриваем вопрос о регенеративном подогреве питательной воды в одной ступени. Можно подогрев разбить на несколько последовательных ступеней, подогревая воду в каждой из ступеней паром из отбора, имеющего давление, отвечающее температуре подогрева в данной ступени.

Максимальная экономия достигается, как видно из фиг. 18, при подогреве питательной воды до температуры около 120°. Расход тепла в паре при конденсационном режиме без отбора 3100 ккал/квтч, при отборе пара 2 ата для подогрева воды до 120° расход тепла падает до 2920 ккал ]квтч, или на 5,5%. Это снижение расхода тепла связано с тем, что только 80% пара расширяется до конечного давления 0,04 ата, а 20 % отбираются при 2 ana и вырабатывают энергию на внутреннем тепловом потреблении станции.

Даже при высоком подогреве воздуха и сильно развитом регенеративном подогреве питательной воды на котельных агрегатах устанавливаются водяные экономайзеры, позволяющие повысить к. п. д. котлоагрегата за счет снижения температуры уходящих газов.

Для определения теоретического расхода пара на выработку 1 кдж электроэнергии при регенеративном подогреве питательной воды служит" формула (в случае двух отборов пара)

Более глубокое охлаждение продуктов горения в водяном экономайзере не представляется возможным, так как при развитом в настоящее время регенеративном подогреве питательной воды ее температура при входе в котел составляет 200° С и больше. При этой температуре продукты горения в водяном экономайзере нельзя охлаждать ниже чем до 250° С. Следовательно, воздух для горения является единственно возможной средой, которая 'позволяет охладить продукты горения до низкой температуры. Процессы горения и предварительной подготовки ряда топлив существенно интенсифицируются при предварительном подогреве используемого в этих процессах воздуха. Кроме того, при развитом в современных паросиловых станциях регенеративном подогреве питательной воды (паром из промежуточных отборов турбин) последняя приходит в котельную с относительно высокой температурой. Ввиду этого, а также в связи с переносом (в крупных котельных агрегатах значительной части кипятильных труб в топку, экономайзер даже при предельном бго развитии не всегда может осуществить нужную степень охлаждения уходящих из агрегата газов. Весь этот комплекс обстоятельств вьщвал необходимость включения в номенклатуру поверхностей нагрева современных котлоагрегатов еще одной поверхности, воздухоподогревателями, фиг. 4), в котором за счет дополнительного охлаждения продуктов сгорания подогревается подаваемый в топку воздух.

При отборе пара на подогрев конденсата, с одной стороны, уменьшается расход удельной теплоты qt на получение пара, но с другой, одновременно и уменьшается удельная работа пара /0 в турбине. Несмотря на противоположный характер этих влияний, отбор всегда повышает т),. Это объясняется тем, что при подогреве питательной воды за счет теплоты конденсации отобранного пара устраняется подвод теплоты от внешнего источника на участке 4-4' и таким образом средняя температура подвода теплоты от внешнего источника в регенеративном цикле увеличивается (подвод внешней теплоты осуществляется только на участке 4'-5-6-1).

Возможный прирост мощности за счет отключения ПВД значителен и характеризуется достаточно высокими экономическими показателями для покрытия пиков графика нагрузки. Задача эффективного участия блока в выработке пиковой и полупиковой нагрузки в будущем может полностью решаться при отключении ПВД и подогреве питательной воды до нормальной температуры за счет теплоты отходящих газов из ГТУ, введенной в состав блока для этой цели. При этом мощность ГТУ получается такой же или больше, чемДЛ^ за счет отключения ПВД, а удельный расход теплоты на выработку дополнительной мощности становится даже меньше на несколько процентов, чем при номинальном расчетном режиме работы блока.

Однако, каждый добавочный отбор пара как при постоянном конечном подогреве, так и при возрастающем наивыгоднейшем конечном подогреве все в меньшей степени повышает тепловую экономичность установки, так как с увеличением числа ступеней подогрев в каждой ступени и влияние каждой из ступеней на тепловую экономичность установки падают. Чем больше число отборов, тем выше к. п. д. регенеративного цикла при неизменном или наивыгоднейшем конечном подогреве питательной воды. Однако, с увеличением числа отборов при неправильном выборе конечного подогрева, например, при необоснованно резком его снижении, к. п. д. может упасть.

Многоступенчатый подогрев. Подогрев питательной воды до заданной конечной температуры можно осуществить, используя пар из одного отбора соответствующего возможно низкого давления. Если распределить заданный подогрев воды между несколькими подогревателями, используя также отборы более низкого давления, то уменьшится подогрев в первом подогревателе высокого давления и расход пара на этот подогреватель из первого отбора. Суммарное количество отбираемого пара при заданном подогреве питательной воды почти не зависит от числа отборов (тепло, выделяемое при конденсации 1 кг греющего пара любого отбора, почти постоянно). Однако, выработка электроэнергии отбираемым паром при включении отборов более низкого давления существенно повышается благодаря увеличению теплопадения пара, отбираемого при более низком давлении. Соответственно уменьшаются общий расход пара на турбину заданной мощности, пропуск пара в конденсатор и потеря тепла в нем

 

Модальное управление

 

Модальное управление – это управление посредством динамической обратной связи с матрицей коэффициентов  модами (собственными числами, корнями характеристического полинома) для достижения желаемых целей.

Необходимо обеспечить следующий желаемый спектр:

 

,

 

где ,  для обеспечения заданных показателей качества. Тогда:

 

 

Исходная система имеет вид:

 

,

,

,

.

 

Произведем следующую последовательность действий:

1. Трансформация исходной системы к канонически управляемому базису с вычислением матрицы перехода.

a. Матрица управляемости  исходной системы (она была определена выше при определении устойчивости системы).

 

Как было определено ранее, система управляема.

b. Определяем характеристические полиномы  и .

 

Спектр исходной системы:

 

,

.

 

Коэффициенты характеристического полинома:

 

,

,

.

 

Для желаемого спектра

 

:

 

Коэффициенты характеристического полинома:

 

,

,

.

 

c. Составляем сопровождающую матрицу полинома.

,

.

 

d. Вычисляем матрицу управляемости преобразованной системы.

 

 

e. Определяем матрицу перехода.

 

 

2. Расчёт параметров модального регулятора преобразованной системы.

 

,

,

,

 

3. Переход к исходному базису и расчёт коэффициентов модального регулятора.

 

,

 

4. Определение спектра синтезированной системы.

В исходном базисе:

 

 

В каноническом базисе:

 

Коэффициенты характеристических полиномов синтезированной системы в исходном и в канонически управляемом базисе совпадают, что свидетельствует о правильности приведенных преобразований.

В Приложении 3 построены временные и частотные характеристики синтезированной системы.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В результате проделанной работы, получены характеристики и параметры, позволяющие судить о параметрах синтезированной системы.

Можно сказать, что синтез проведен удачно. Об этом позволяют судить полученные при моделировании временные и частотные характеристики. Заданные показатели качества достигнуты, а именно:

- перерегулирование %;

- время регулирования с.;

- порядок астатизма 1.

Так же надо заметить, что чем меньше время регулировании, тем выше энергетические затраты на разгон двигателя. Очевидно, эта энергия не может быть бесконечной. При определенном значении входного напряжения и тока якорной обмотки может произойти аварийная ситуация. Поэтому при выборе времени регулирования необходимо учитывать и энергетическую сторону процесса.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Прошин И.А. Управление в вентильно-электромеханических системах. В 3-х кн. Кн. 2. Математическое моделирование вентильно-электромеханических систем. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. технолог. акад., 2004. – 307 с.

2. Прошин И.А. Управление в вентильно-электромеханических системах. В 3-х кн. Кн. 1. Непосредственные преобразователи электрической энергии. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. технолог. акад., 2004. – 333 с.

3. Прошин И.А. Управление в вентильно-электромеханических системах. В 3-х кн. Кн. 3. Синтез управляемых вентильно-электромеханических систем. – Пенза: ПТИ, 2003. – 350с.

4. Математическое моделирование и обработка информации в исследованиях на ЭВМ./И.А. Прошин, Усманов В.В.; Под ред. И.А. Прошина. – Пенза: ПТИ, 2000. – 422с.

5. Теория систем автоматического управления/В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. – Изд. 4-е, перераб. и доп. – СПб, Изд-во «Профессия», 2003. – 752 с.

Введение

 

Мы рассматриваем вопрос о регенеративном подогреве питательной воды в одной ступени. Можно подогрев разбить на несколько последовательных ступеней, подогревая воду в каждой из ступеней паром из отбора, имеющего давление, отвечающее температуре подогрева в данной ступени.

Максимальная экономия достигается, как видно из фиг. 18, при подогреве питательной воды до температуры около 120°. Расход тепла в паре при конденсационном режиме без отбора 3100 ккал/квтч, при отборе пара 2 ата для подогрева воды до 120° расход тепла падает до 2920 ккал ]квтч, или на 5,5%. Это снижение расхода тепла связано с тем, что только 80% пара расширяется до конечного давления 0,04 ата, а 20 % отбираются при 2 ana и вырабатывают энергию на внутреннем тепловом потреблении станции.

Даже при высоком подогреве воздуха и сильно развитом регенеративном подогреве питательной воды на котельных агрегатах устанавливаются водяные экономайзеры, позволяющие повысить к. п. д. котлоагрегата за счет снижения температуры уходящих газов.

Для определения теоретического расхода пара на выработку 1 кдж электроэнергии при регенеративном подогреве питательной воды служит" формула (в случае двух отборов пара)

Более глубокое охлаждение продуктов горения в водяном экономайзере не представляется возможным, так как при развитом в настоящее время регенеративном подогреве питательной воды ее температура при входе в котел составляет 200° С и больше. При этой температуре продукты горения в водяном экономайзере нельзя охлаждать ниже чем до 250° С. Следовательно, воздух для горения является единственно возможной средой, которая 'позволяет охладить продукты горения до низкой температуры. Процессы горения и предварительной подготовки ряда топлив существенно интенсифицируются при предварительном подогреве используемого в этих процессах воздуха. Кроме того, при развитом в современных паросиловых станциях регенеративном подогреве питательной воды (паром из промежуточных отборов турбин) последняя приходит в котельную с относительно высокой температурой. Ввиду этого, а также в связи с переносом (в крупных котельных агрегатах значительной части кипятильных труб в топку, экономайзер даже при предельном бго развитии не всегда может осуществить нужную степень охлаждения уходящих из агрегата газов. Весь этот комплекс обстоятельств вьщвал необходимость включения в номенклатуру поверхностей нагрева современных котлоагрегатов еще одной поверхности, воздухоподогревателями, фиг. 4), в котором за счет дополнительного охлаждения продуктов сгорания подогревается подаваемый в топку воздух.

При отборе пара на подогрев конденсата, с одной стороны, уменьшается расход удельной теплоты qt на получение пара, но с другой, одновременно и уменьшается удельная работа пара /0 в турбине. Несмотря на противоположный характер этих влияний, отбор всегда повышает т),. Это объясняется тем, что при подогреве питательной воды за счет теплоты конденсации отобранного пара устраняется подвод теплоты от внешнего источника на участке 4-4' и таким образом средняя температура подвода теплоты от внешнего источника в регенеративном цикле увеличивается (подвод внешней теплоты осуществляется только на участке 4'-5-6-1).

Возможный прирост мощности за счет отключения ПВД значителен и характеризуется достаточно высокими экономическими показателями для покрытия пиков графика нагрузки. Задача эффективного участия блока в выработке пиковой и полупиковой нагрузки в будущем может полностью решаться при отключении ПВД и подогреве питательной воды до нормальной температуры за счет теплоты отходящих газов из ГТУ, введенной в состав блока для этой цели. При этом мощность ГТУ получается такой же или больше, чемДЛ^ за счет отключения ПВД, а удельный расход теплоты на выработку дополнительной мощности становится даже меньше на несколько процентов, чем при номинальном расчетном режиме работы блока.

Однако, каждый добавочный отбор пара как при постоянном конечном подогреве, так и при возрастающем наивыгоднейшем конечном подогреве все в меньшей степени повышает тепловую экономичность установки, так как с увеличением числа ступеней подогрев в каждой ступени и влияние каждой из ступеней на тепловую экономичность установки падают. Чем больше число отборов, тем выше к. п. д. регенеративного цикла при неизменном или наивыгоднейшем конечном подогреве питательной воды. Однако, с увеличением числа отборов при неправильном выборе конечного подогрева, например, при необоснованно резком его снижении, к. п. д. может упасть.

Многоступенчатый подогрев. Подогрев питательной воды до заданной конечной температуры можно осуществить, используя пар из одного отбора соответствующего возможно низкого давления. Если распределить заданный подогрев воды между несколькими подогревателями, используя также отборы более низкого давления, то уменьшится подогрев в первом подогревателе высокого давления и расход пара на этот подогреватель из первого отбора. Суммарное количество отбираемого пара при заданном подогреве питательной воды почти не зависит от числа отборов (тепло, выделяемое при конденсации 1 кг греющего пара любого отбора, почти постоянно). Однако, выработка электроэнергии отбираемым паром при включении отборов более низкого давления существенно повышается благодаря увеличению теплопадения пара, отбираемого при более низком давлении. Соответственно уменьшаются общий расход пара на турбину заданной мощности, пропуск пара в конденсатор и потеря тепла в нем

 

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ СИСТЕМЫ

ДПТ в настоящее время основной тип двигателя, используемый в автоматизированных системах управления. Обмотки этой машины, образующие цепь якоря и возбуждения, получают питание от источника постоянного тока. Необходимым условием непрерывного процесса электромеханического преобразования является протекание по части обмотки машины переменного тока. Выполнение этого условия в МПТ обеспечивается работой коллектора, коммутирующего постоянный ток, поступающего в якорную цепь со стороны источника питания, равной частоте вращения ротора.

Принципиальная схема МПТ имеет следующий вид:

 

Рисунок 1

 

Двигатель постоянного тока состоит из двух частей: неподвижной – статора, на котором размещается индуктор с обмоткой возбуждения, и якоря с якорной обмоткой, напряжение на которую подводится через контроллер. Якорь ДПТ имеет момент инерции J_Д. Присоединяемые к якорю рабочие органы машины с моментом инерции J_Р увеличивают суммарный момент

Механическая часть схемы:

Рисунок 2

 

Тогда эквивалентная схема выглядит так:

 

Рисунок 3

 

инерции на валу якоря ДПТ: J= J_Д+ J_Р. Со стороны рабочей машины на якорь действует момент сопротивления М_С.

Подаваемое на обмотку возбуждения постоянное напряжение обеспечивает создание магнитного потока Ф. В результате взаимодействия тока якоря, возникающего в результате подключения к цепи якоря источника постоянного напряжения, и этого магнитного потока на валу двигателя образуется двигательный момент М. Под разностью моментов М-М_С якорь ДПТ вращается с угловой скоростью щ. При вращении якоря в магнитном поле, создаваемом обмоткой возбуждения, в цепи якоря наводится электродвижущая сила, уравновешивающая прикладываемое к нему напряжение.

Обмотки якоря и возбуждения намотаны медным проводом и обладают активными сопротивлениями и индуктивностями.

Энергетическая диаграмма ДПТ:

 

Рисунок 4

 

Электрическая машина постоянного тока, работающая в двигательном режиме, преобразует электрическую энергию Р₁, потребляемую от источника постоянного напряжения, в механическую на валу двигателя Р₂. При этом часть мощности Р₁ идет на возбуждение, а часть теряется в виде электрических потерь в цепи якоря. Оставшаяся мощность составляет электромагнитную мощность якоря, которая преобразуется в механическую мощность. Потери магнитные, добавочные и механические покрываются за счет механической мощности. Оставшаяся часть мощности представляет полезную механическую мощность, которая обычно указывается в справочниках.

Непосредственный преобразователь электрической энергии - статическая система с полупроводниковыми переключающими устройствами, преобразующая параметры электрической энергии (количество фаз, частоту, амплитудное и действующее значение напряжения, фазовый сдвиг) путем формирования выходного напряжения каждой фазы непосредственно из отдельных участков входного напряжения без промежуточного преобразования параметров электрической энергии.

Непосредственный преобразователь электрической энергии как объект управления в соответствии с предлагаемым подходом представляет собой дискретную нелинейную систему, выходными координатами которой являются величина, фаза, частота и форма выходного напряжения, входного и выходного тока, возмущающие воздействия - изменения параметров входного напряжения, управляющие воздействия - системы двух переключающих функций: амплитуды и фазы.

Все функции по управлению в ВЭМС можно разделить на две группы:

· управление по отработке НПЭ внешних управляющих воздействий;

· управление преобразованием электрической энергии.

Вентильный преобразователь независимо от принципа управления и выполняемых функций обеспечивает управление ТО путем воздействия на процесс преобразования параметром электрической энергии. Для удовлетворения всех требований при организации управления процессом преобразования энергии в электромеханических системах вентильные преобразователи должны обеспечивать с помощью управляющих воздействий управление формой, амплитудой, частотой и фазой напряжений на выходе силового блока преобразователя электрической энергии.

Такие воздействия в соответствии с предлагаемым подходом и ММ НПЭ могут быть обеспечены по двум каналам путем задания переключающих функций.

В основе рассмотренного ВП положена тиристорная шестипуьсная мостовая схема.

Принципиальная схема системы ВП-МПТ имеет следующий вид:

Рисунок 5

 

Здесь СУ – система управления, Р – регулятор, ЗУ – задающее устройство.