387

Угол сдвига фаз α определяется из соотношения

Векторы линейного напряжения U AB и напряжения на конденсаторе С2 определяются в виде

U AB =U A1X 1 +UC 2 , UC 2 =U AB +U A1X 1 .

В заключение следует отметить, что включение емкости в одну из линейных цепей питания обмотки статора двигателя, соединенных в треугольник, позволяет реверсировать асинхронный двигатель наравне с традиционными методами. Включение емкости непосредственно в фазную обмотку статора не обеспечивает реверсирования электродвигателя.

Библиографический список

1.Фотиев М.М. Электропривод и электрооборудование металлургических и литейных цехов: учебник для вузов / М.М. Фотиев. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1983. – 288 с.

2.Ключев В.И. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов / В.И. Ключев, В.М. Терехов. – М.: Энергия, 1980. – 360 с.

3.Казанцев В.П., С.В. Каменских, А.М. Костыгов, М.И. Кузнецов. Информационные и управляющие системы: сб. науч. трудов / Перм. гос. техн. ун-т.; Пермский ЦНТИ. – Пермь, 2006. – С. 94–100.

Получено 25.01.2007

131

УДК 519.876.3

А.М. Костыгов, А.Б. Петроченков, А.В. Ромодин, И.С. Калинин, О.Г. Паршиков, А.В. Кухарчук, А.А. Пеунов

Пермский государственный технический университет

РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Рассматриваются вопросы построения лабораторной установки, предназначенной для изучения и исследования показателей качества электроэнергии, а также принципов эффективного управления режимами работы систем энергоснабжения.

Современное промышленное производство характеризуется значительными расходами электрической энергии на единицу выпускаемой продукции. Это особенно ощутимо в Российской Федерации, где удельные расходы электроэнергии значительно (в 2–3 раза) превышают соответствующие показатели промышленно развитых стран Европейского Союза. Данное обстоятельство связано с тем, что снижение количества выпускаемой производственной продукции по целому ряду причин не влечет за собой адекватного снижения количества потребляемой электрической энергии. Даже в случае оживления деловой активности предприятий их продукция не является конкурентоспособной, поскольку доля электроэнергии в себестоимости продукции остаётся высокой. В качестве примера можно привести удельные затраты электроэнергии в себестоимости продукции для магниевой отрасли промышленности, в которой доля электроэнергии достигает 50 %. Необходимо также отметить, что электрическая энергия – это самый дорогой энергоноситель.

Снижение потребления электроэнергии является частью общей задачи энергоресурсосбережения. Повышение энергетической эффективности потребителей может быть достигнуто за счёт внедрения экономически эффективных мероприятий по снижению электропотребления, позволяющих не только экономить электроэнергию, но и повысить эффективность работы систем электроснабжения.

132

Одним из условий решения данной задачи является улучшение качества электрической энергии, которое существенно влияет на расход электроэнергии, надёжность систем электроснабжения и технологический процесс производства в целом.

Решение задачи повышения качества электроэнергии предполагает рассмотрение следующих вопросов:

−экономические вопросы, включающие в себя методы расчёта убытков от некачественной электроэнергии в системах промышленного электроснабжения;

−математические аспекты, представляющие собой обоснование тех или иных методов расчёта показателей качества электроэнергии;

−технические аспекты, включающие в себя разработку технических средств и мероприятий, улучшающих качество электроэнергии, а также организацию системы контроля и управления качеством.

Всоответствии с ГОСТ 13109-97 основными показателями качества электроэнергии для приёмников являются:

1.При питании от электрических сетей однофазного тока: отклонение частоты; отклонение напряжения; размах колебаний частоты; размах изменения напряжения; коэффициент несинусоидальности напряжения.

2.При питании от электрических сетей трёхфазного тока: отклонение частоты; отклонение напряжения; размах колебаний частоты; размах изменения напряжения; коэффициент несинусоидальности напряжения; коэффициент несимметрии напряжении.

3.При питании от электрических сетей постоянного тока: отклонение напряжения; размах изменения напряжения; коэффициент пульсации напряжения.

Допустимые пределы отклонения показателей качества электроэнергии в ГОСТ 13109-97 определены из условия обеспечения экономичности работы приёмников электроэнергии.

Несоблюдение нормированных значений отклонения напряжения на зажимах электроприёмников наносит ущерб, который выражается

вуменьшении количества и снижении качества выпускной продукции; расстройстве технологических процессов; повреждении оборудования и сокращении срока его службы. Кроме того, увеличение потребления электроэнергии потребителями приводит к повышенным потерям в питающих сетях засчёт уменьшения её пропускнойспособности.

133

Основными потребителями электроэнергии в промышленных предприятиях являются асинхронные электродвигатели.

Отклонение напряжения от допустимых норм влияет на частоту их вращения, на потери активной и реактивной мощности (снижение напряжения на 19 % от номинального вызывает увеличение потерь активной мощности на 3 %; повышение напряжения на 1 % приводит к росту потребления реактивной мощности на 3 %). В вентильных преобразователях отклонение напряжения приводит к повышенному потреблению реактивной мощности. При повышении напряжения на 5 % коэффициент мощности cos ϕ предприятия снижается на 5–7 %.

При несимметрии напряжения в трёхфазных сетях возникает ущерб от дополнительных потерь энергии в элементах электросетей

иэлектродвигателях, сокращения срока службы электрооборудования

иснижения экономических показателей его работы. При работе электродвигателя с номинальной нагрузкой и коэффициентом несимметрии напряжения 4 % срок службы изоляции сокращается примерно в 2 раза только за счёт дополнительного нагрева.

Высшие гармоники напряжения и тока неблагоприятно влияют на электрооборудование, системы автоматики, релейную защиту, телемеханику и связь. Появляются дополнительные потери в электрических машинах, трасформаторах и сетях, затрудняется компенсация реактивной мощности с помощью батарей конденсаторов, сокращается срок службы изоляции электрических машин.

Внастоящее время на кафедре микропроцессорных средств автоматизации разработана лабораторная установка (ЛУ), предназна-

ченная для изучения показателей качества электрической энергии

ипринципов эффективного управления режимами работы систем энергоснабжения студентами специальностей «Электроснабжение»

и«Автоматизация технологических процессов и производств». Лабораторная установка представляет собой трёхуровневую

автоматизированную систему контроля, сбора, обработки, передачи и управления режимами электропотребления.

Первый уровень ЛУ – физическая модель силового участка электроснабжения потребителей, которая включает в себя:

−преобразователь частоты;

−силовой трансформатор;

134

Второй уровень ЛУ представляет собой систему сбора, обработки и передачи информации о параметрах моделируемой сети на ПЭВМ. Данный уровень реализован на программируемом логическом контроллере (ПЛК) фирмы Siemens S7-200. Управление исследуемой схемой электроснабжения осуществляется через симисторные коммутирующие ключи. Лабораторная установка позволяет осуществить подключение ПЛК других фирм-производителей (например, ПЛК

«ДЕП» DeCont).

1

ОА

Рис. 2. Подключение стенда к SCADA-системе

136

Третий уровень ЛУ. Управление режимами работы моделируемой схемы электроснабжения осуществляется через ПЭВМ посредством SCADA-системы. В результате обзора SCADA-систем различных производителей предпочтение отдано отечественной разработке «Adastra» Trace Mode. Подключение стенда к SCADA-системе представлено на рис. 2.

В заключение хотелось бы отметить, что разработанная лабораторная установка благодаря заложенной в ней гибкости использования различных видов программно-аппаратных средств, возможности реализации практически любого вида режима электропотребления, позволит реализовать не только учебные функции, в том числе курсы повышения квалификации, но и использовать установку в научноисследовательской лаборатории «Проблемы управления качеством электроэнергии».

Получено 25.01.2007

137

УДК 681.3

Л.Ф. Викентьев, А.А. Клюкин

НОУ ВПО «Пермский гуманитарно-технологический институт»

ДЕКОМПОЗИЦИЯ СИСТЕМЫ ЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Предлагается метод декомпозиции системы логического управления, заданной в виде обобщенной таблицы состояний, на фиксированный объект управления и искомый управляющий автомат. Метод основан на построении обратносопряженного по входам описания объекта управления. Разработанный метод позволяет сохранить все множество допустимых решений декомпозиции до последнего этапа процесса получения описания управляющего автомата для выбора оптимального варианта. Для реализации метода используется оригинальный математический аппарат преобразования обобщенных таблиц состояний.

За основу взяты неопубликованные ранее материалы исследований Л.Ф. Викентьева и А.А. Клюкина, выполненных в начале 90-х годов ХХ века. Автор систематизировал, обобщил и обработал имеющиеся результаты.

Создание систем логического управления (СЛУ) в общем случае можно представить в виде решения задачи декомпозиции заданного описания функционирования всей системы на описания искомого управляющего автомата (УА) и известного объекта управ-ления (ОУ), как это показано на рис. 1. Традиционно такая задача решается неформальными методами человеком-проектировщиком, который оперирует своими представлениями о СЛУ и ОУ [1].

Рис. 1. Обобщенная схема системы логического управления

Известны методы декомпозиции автомата В на фиксированный подавтомат А и искомый подавтомат Н, использующие графовое [2] или

138

матричное [3] описание автоматов. Однако одни из этих методов не позволяют использовать в качестве исходного материала частично определенные функции (автоматы), а другие применимы только для комбинационных автоматов. Методы, использующие понятие обратного автомата [4, 5], предполагают выбор из группы альтернативных автоматов на ранних этапах синтеза, что не позволяет в общем случае применить те илииные критерииоценкиоптимальности декомпозиции.

В настоящей работе предлагается формальный метод декомпозиции частично определенного автомата (СЛУ) (см. рис. 1) на искомый управляющий автомат (УА) и фиксированный подавтомат (ОУ) с некоторыми недоступными наблюдению выходами путем получения обратного описания с сохранением всего множества автоматов, определяемых этим описанием, до последнего этапа декомпозиции.

Для реализации метода удобно использовать оригинальный математический аппарат преобразования обобщенных таблиц состояний (ОТС).

Обобщенные таблицы состояний представляют собой один из способов задания конечного автомата в табличной форме [6], использующий для уменьшения объема описания запись некоторого множества кодовых наборов в виде обобщенных кодов [7], аналогами которых являются троичные векторы А.Д. Закревского [8], кубы и подкубы Дж. П. Рота [9] и т.п.

Пусть запись вида А:В обозначает автомат, заданный в виде ОТС, причем А – множество внутренних и внешних входов автомата, В – множество внешних и внутренних выходов автомата. Множества как входных, так и выходных сигналов в общем случае могут быть представлены и в виде совокупности некоторых непересекающихся подмножеств, результатом объединения которых являются рассматриваемые множества. Такие подмножества в обозначении ОТС объединяются в соответствующие множества входов (выходов) символом «.», например, А1.A2:В1.В2 и т.п. Тогда автомат, например, описывающий СЛУ (см. рис. 1), при задании с помощью ОТС можно представить в виде Х.Y*:Y, где X – множество внешних входов, Y* – множество внутренних входов, Y – множество выходов.

Условимся обозначать заглавными буквами A, B,..., Z множества входов и выходов ОТС, а строчными буквами a,b,..., z некоторые

конкретные обобщенные коды (ОК), разряды которых соответствуют одноименным множествам входов и выходов.

139

Под записью вида а[А] понимается некоторый обобщенный код 'а' при базе 'А', например 0-1-10 [X1X2Y1Y2P1P2], причем такая запись полностью описывает взаимное соответствие разрядов ОК 0-1-10 и имен переменных X1 X2 Y1 Y2 P1 P2.

В общем случае для выполнения любых операций с двумя ОТС необходимо произвести сначала соответствующие операции с базами, определяющими заголовки таблиц, а затем с соответствующими этим базам разрядами обобщенных кодов.

ОТС, обратносопряженная по внешним входам, соответствует математическому понятию обратной функции, устанавливающей функциональную зависимость входных параметров от выходных по заданной функциональной зависимости выхода от входа.

Обратносопряженной по внешним входам по отношению к исходной ОТС А.В:С, где А,В – внешние и внутренние входы соответственно, а С – выходы ОТС, называется ОТС вида B.С:А, получаемая циклической перестановкой подмножеств внешних входов и выходов таким образом, чтобы на месте входов исходной ОТС оказались множество внутренних входов и множества выходов автомата, а на месте выходов – множество внешних входов исходной ОТС. Операцию обратного сопряжения по внешним входам А будем обозначать следующим образом (А.В:С)оА=В.С:А.

Полученная обратносопряженная ОТС в общем случае является множественной, т.е. задающей некоторое множество автоматов. Для приведения к стандартному виду она преобразуется таким образом, чтобы среди множества входных обобщенных кодов не было пересекающихся, при этом каждому входному обобщенному коду в общем случае может соответствовать несколько выходных наборов.

Рассмотрим использование аппарата преобразования ОТС для синтеза управляющего автомата в структурной схеме СЛУ, представленной в общем виде на рис. 2.

Управляющий автомат можно рассматривать как композицию трех составных частей: собственно управляющей части, выходом которой являются управляющие воздействия на ОУ (В); части, моделирующей недоступные наблюдению выходы W ОУ, выходами которой являются сигналы Z, и третьей части, синтезирующей выходные сигналы Р, поступающие непосредственно на выходы СЛУ, минуя объект управления.

140