CC BY
37
Литература
1. Божко А.Н., Толпаров А.Ч. Структурный синтез на элементах с ограниченной сочетаемостью http://www.techno.edu.ru:16001/db/msg/13845.html.
2. Пролетарский А.В. Системный синтез интеллектуальных систем управления космических аппаратов и комплексов. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007.
3. Левин М.Ш. Комбинаторное проектирование систем. http://www.reklama.ru/cgi-bin/href/osp?0793479.
УДК 621.365:621.38 Л.А. Астраханцев, В.А. Тихомиров, И.А. Тихомиров
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ,
УПРАВЛЯЕМОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
В статье приведены сравнительные результаты моделирования в MATLAB одноразных электротермических установок, управляемых полупроводниковым преобразователем напряжения и полупроводниковым преобразователем входного электрического сопротивления. Результаты исследований представляют интерес для разработчиков преобразовательной техники, так как предлагаемый полупроводниковый преобразователь входного электрического сопротивления позволяет сэкономить до 40% электрической энергии от общего электропотребления нагревательных установок.
Ключевые слова: полупроводниковый преобразователь, электрическое сопротивление, технологическая установка, коэффициент мощности.
L.A. Astrakhantsev, V.A. Tikhomirov, I.A. Tikhomirov RESEARCH OF THE ELECTRO-HEATING INSTALLATION OPERATED BY THE SEMI-CONDUCTOR CONVERTERS
The comparative results of modeling in MATLAB of the one-different electro-thermal installations operated by the semi-conductor converter of pressure and the semi-conductor converter of entrance electric resistance are given in the article. The research results are of interest for the converting equipment designers as the offered semiconductor converter of entrance electric resistance allows to save up to 40 % of electric energy from the general power consumption of heating installations.
Key words: semi-conductor converter, electric resistance, technological installation, power factor.
Развитие сельскохозяйственного производства неразрывно связано с развитием теплоэнергетики. Для теплоснабжения животноводческих и других рассредоточенных объектов сельского хозяйства используют мелкие и неэкономичные огневые котельные, работающие на дизельном топливе, каменном и буром угле. Опыт эксплуатации огневых котельных показывает, что они не обеспечивают оптимальные параметры микроклимата в животноводстве [1]. Учитывая, что транспортирование и сжигание твердого топлива в мелких котельных неэкономично, электрическую энергию следует рассматривать как один из основных энергоносителей.
Электротеплоснабжением производственных и бытовых помещений с тепловой нагрузкой до 800 кВт обеспечивается повышение производительности труда в 1,5-2 раза, снижаются энергозатраты на 20-30 % [2], уменьшаются общие приведенные затраты на теплоснабжение объектов различного назначения в целом на 10-20 % [3]. Плавное управление мощностью электронагревательных установок позволяет снизить расход электроэнергии непосредственно на технологические процессы, но из-за ухудшения энергетических показателей электроустановок с полупроводниковыми преобразователями в режимах управления электрические
сети и источники энергии загружаются дополнительным током, который может превышать в 2 и более раз ток, достаточный для выполнения работы [3-4].
При моделировании однофазных электротермических установок, управляемых полупроводниковым преобразователем напряжения (рис.1) и полупроводниковым преобразователем входного электрического сопротивления (рис. 2), в системе компьютерной математики МДИДБ были рассчитаны основные энергетические характеристики для различных режимов работы и получены результаты (табл.). В номинальном режиме электронагреватели имеют Р = 2,7 Ом. Расчеты выполнялись с учетом нагрузочной характеристики электрической сети, питающей электроустановку.
Рис. 1. Схема электронагревательной установки с полупроводниковым преобразователем напряжения
19 preobrazREZISTR32 * -1
File Edit View Simulation Format Tools Help
D Й 0 § X4l)® Q Q ► "1 Normal gjj Ф і | ы га її ®
Ready |100% | | |cds23tb
дЕіы r& & *'Ат- Н Qd- 1 ‘gJ4-' 1 ti*»- 1‘gJ4- 1 q*" H И 1 21:03
Рис. 2. Схема электронагревательной установки с полупроводниковым преобразователем входного
электрического сопротивления
Энергетические характеристики электронагревательной установки с тиристорным преобразователем (а - фазовый способ управления; б - модуляция на низкой частоте)
Показатель Ц В I, А ВА ВА Вт % Км, о.е.
Рн а 189,5 139,8 26490 1887 26490 2,2 1
б 189,5 139,8 26490 1887 26490 2,2 1
0,8Рн а 190,5 124,8 23770 10930 21180 27,07 0,89
б 198,4 112,8 22380 1594 21180 3,56 0,95
0,6Рн а 194,9 107,6 20980 13870 15800 32,13 0,75
б 207 76,36 15810 1126 15800 1,89 1,00
0,3Рн а 205,1 75,87 15560 13430 7911 31,73 0,51
б 215,5 54,03 11640 8563 7911 3,48 0,68
0,15Рн а 212,1 53,43 11330 10630 3961 27,1 0,35
б 219,6 38,23 8397 7410 3961 3,85 0,47
Из расчетов видно, что при одинаковой мощности электронагревателей Р в режимах управления в математической модели с полупроводниковыми преобразователями напряжения ток I больше, чем в модели с полупроводниковыми преобразователями входного электрического сопротивления (рис. 3). В результате снижения действующего тока уменьшаются потери электрической энергии в системе электроснабжения и повышается коэффициент использования трансформаторов электрических сетей.
Снижение коэффициента мощности электронагревательных элементов вызвано фазовым способом управления силовыми полупроводниковыми приборами преобразователя (рис. 4) из-за неэффективного использования напряжения питающей сети для получения тепловой энергии. Известно, что при данном способе управления кривые мгновенных значений напряжения и тока на выходе преобразователя содержат нечетные высшие гармонические составляющие. Чтобы коэффициент мощности Км установки не снижался при регулировании её преобразователем входного электрического сопротивления, необходимо, чтобы преобразователь догружал питающую сеть приборами, работающими по принужденному режиму работы.
Р/ Рн
Рис. 3. Зависимость потребляемого тока от активной мощности электронагревателей:
1 - управление мощностью преобразователя напряжения; 2 - управление мощностью преобразователя
входного электрического сопротивления
Р / Рн
Рис. 4. Зависимость коэффициента мощности Км от активной мощности электронагревателей:
1 - управление мощностью преобразователя напряжения; 2 - управление мощностью преобразователя
входного электрического сопротивления
На основании показаний блоков Powergui FFT Tools: Total Harmonic Distorsion можно сделать вывод о том, что с уменьшением загрузки электрических сетей действующим током решается важная задача по обеспечению электромагнитной совместимости полупроводниковых преобразователей с системой электроснабжения (рис. 6). Из осциллограмм (рис. 5) видно, что при управлении электронагревательной установкой полупроводниковыми преобразователями входного электирического сопротивления нелинейные искажения напряжения u и тока i в сетях значительно снижаются по сравнению с нелинейными искажениями напряжения u и тока i и при управлении электронагревательной установкой полупроводниковыми преобразователями напряжения.
Рис. 5. Осциллограммы напряжения тока в сети и напряжения установки при управлении электронагревательной установкой полупроводниковым преобразователем напряжения при Р = 0,6 • Рном
И Scope
File Edit View Insert Tools Window Help
Umm p p p йшш в a -<i
Окончание рис. 5
Р/ Рн
Рис. 6. Зависимость коэффициента искажения синусоидальной кривой напряжения сети Ки от активной мощности электронагревателей: 1 - управление мощностью преобразователя напряжения;
2 - управление мощностью преобразователя входного электрического сопротивления
Регулированием мощности электронагревательных установок за счет изменения их входного электрического сопротивления с помощью полупроводникового преобразователя достигается экономия электрической энергии до 20-40% от общего электропотребления нагревательных установок, коэффициент искажения синусоидальной кривой напряжения в сети 0,38 кВ не превышает 5%. Изменение входного электрического сопротивления электронагревательных установок целесообразно выполнять полупроводниковыми приборами преобразователя путем изменения способа соединения нагревательных элементов во времени в моменты, когда мгновенное значение переменного напряжения в сети равно нулю.
В Иркутском государственном университете путей сообщения разработана теория энергетических процессов в электрических цепях с полупроводниковыми приборами, на основе которой разрабатываются преобразователи входного электрического сопротивления. Названные нами полупроводниковые преобразо-
ватели входного электрического сопротивления в режимах управления технологическими процессами, кроме преобразования напряжения, частоты, одновременно изменяют входное электрическое сопротивление установок. Данные преобразователи обеспечивают минимально необходимый действующий ток, потребляемый из сети технологическими установками, то есть обеспечивают высокий коэффициент мощности и практически исключают нелинейные искажения потребляемого тока. Технологические установки с данными преобразователями, в отличие от отечественных и зарубежных аналогов, не требуется оснащать компенсирующими устройствами, входными и выходными фильтрами и применять экранированные кабели.
Литература
1. Расстригин В.Н. Основы электрификации тепловых процессов в сельскохозяйственном производстве. - М.: Агропромиздат, 1988. - 255 с.
2. Альтгаузен А.П. Применение электронагрева и повышение его эффективности. - М.: Энергоатомиз-дат, 1987. - 128 с.
3. Астраханцев Л.А. Тиристорные регуляторы для управления мощностью электронагревателей // Техника в сельском хозяйстве. - 1990. - № 6. - С. 59-60.
4. Демиденко В.И., Пивоваров Л.М. Отопительно-вентиляционные установки с устройствами управления «Электротерм» // Техника в сельском хозяйстве. - 1987. - № 6. - С. 32-36.
--------♦-----------
УДК 631.316 Д.С. Болотов
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ПОЛОСЕ ЗАХВАТА ЭЛЕКТРОДНОЙ СИСТЕМЫ
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КУЛЬТИВАТОРА В ВИДЕ КАТКОВ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ
В статье рассматриваются экспериментальная установка и методика исследования электрического поля электротехнологического культиватора в полевых условиях. Приводятся результаты исследований электрического поля в полосе захвата электродной системы электротехнологического культиватора в виде катков при разном расстоянии между электродами и напряжении, подаваемом на электроды.
Ключевые слова: электротехнологический культиватор, электрическое поле, электродная система, электрод, мобильная силовая установка.
D.S. Bolotov ELECTRIC FIELD RESEARCH IN THE ELECTRODE SYSTEM LOCKING BAND OF THE ELECTROTECHNOLOGICAL CULTIVATOR IN THE FORM OF ROLLERS IN THE FIELD CONDITIONS
Experimental installation and a technique of research of an electrotechnological cultivator electric field in the field conditions are considered in the article. The results of research of an electrode system locking band of an electrotechnological cultivator in the form of rollers with different distance between the electrodes and pressure given on the electrodes are presented.
Key words: electrotechnological cultivator, electric field, electrode system, electrode, mobile power-plant.
При работе электротехнологических культиваторов (ЭТК) возникает необходимость оценки локального распределения электрического поля (ЭП) с учётом сложной геометрии и нелинейных физических свойств материалов - растительных тканей, почвенной и воздушной сред, а также конструкционных сред, используемых в электродной системе (ЭС) ЭТК [1]. Источником получения информации в биологических, почвенных, воздушных и конструкционных средах является исследование ЭП ЭС ЭТК в полевых условиях.
На рис. 1 представлен комплекс для исследований ЭП ЭС ЭТК в полевых условиях. Он включает в себя пульт управления, мобильную силовую установку (МСУ), лебедку для перемещения установки.
