CC BY
7
УДК 667.1.(072)
Тожибоев А.К. старший преподаватель Ферганский политехнический институт
Узбекистан, Фергана Боймирзаев А.Р. ассистент
Ферганский политехнический институт
Узбекистан, Фергана
ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ
ИНВЕРТОРОВ В КОМБИНИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКАХ
ЭНЕРГИИ
Аннотация: Главным преимуществом альтернативных источников энергии определяющим интерес к ним, являются: возобновляемость, неисчерпаемость; экологическая чистота; доступность, наличие того или иного источника. В данной статье автором представлены результаты исследования систем управления инверторами с высоким КПД при использовании альтернативных источников энергии с целью стабилизации выходного напряжения энергоустановки, основанные на анализе принципиальных схем инверторов.
Ключевые слова: альтернатива, источник энергии, микро-ГЭС, инвертор, стабилизация, выходное напряжение, преобразование, КПД
Tojiboev A.K. senior teacher Fergana Polytechnic Institute Uzbekistan, Fergana Boymirzaev A.R. assistant
Fergana Polytechnic Institute Uzbekistan, Fergana
RESEARCH ON THE USE OF ENERGY-SAVING INVERTERS IN COMBINED ENERGY SOURCES
Annotation: The main advantage of alternative energy sources determining interest in them are: renewability, inexhaustibility; ecological cleanliness; availability, availability of one or another source. In this article, the author presents the results of a study of inverter control systems with high efficiency when using alternative energy sources in order to stabilize the output voltage ofa power plant, based on the analysis of the inverter circuit diagrams..
Key words: alternative, energy source, micro-hydroelectric power station, inverter, stabilization, output voltage, conversion, efficiency
Альтернативные источники энергии - это постоянно существующие энергоресурсы природных процессов, а также продуктов жизнедеятельности биоценозов растительного и животного происхождения. Особенностью альтернативных источников энергии является их не истощаемость, а также способность восстанавливать свой потенциал за определённое время. Альтернативные источники энергии (АИЭ) включают в себя следующие виды: солнечная энергия, гидроэнергия, геотермальная, ветровая, энергия морских волн и течений, энергия биомассы и низко потенциальная тепловая энергия.
Главным преимуществом АИЭ определяющим интерес к ним, являются: возобновляемость, неисчерпаемость; экологическая чистота; доступность, наличие того или иного источника. Наряду с причисленными достоинствами, АИЭ обладают следующими недостатками: малая плотность потока энергии, влияющая на габариты энергоустановок, а следовательно и на их стоимость.
Одним из основных вопросов сегодня является создание энергосберегающих устройств, экономичных по технико-экономическим характеристикам, применяемых на практике. Это требует доработки существующих устройств, а также изучения современных вариантов различных конструктивных схем.
В данной статье автором представлены результаты исследования систем управления инверторами с высоким КПД при использовании альтернативных источников энергии с целью стабилизации выходного напряжения энергоустановки, основанные на анализе принципиальных схем инверторов.
Основные усилия при разработке МикроГЭС направлены на совершенствование систем стабилизации выходного напряжения энергоустановки, что позволяет использовать максимально простое и дещёвое гидротехническое оборудование. Для Микро-ГЭС работающих в свободном течении воды, необходимы системы стабилизации, контролирующие как минимум два параметра выходного напряжения: его величину и частоту.
При необходимости преобразования переменное или постоянное напряжение одного номинала в переменное или постоянное напряжение другого номинала, используются преобразователи.
Преобразователи делятся на два типа. Преобразователи, которые преобразуют энергию постоянного тока в энергию переменного тока, называются инверторами, и процесс преобразования состоит из инвертирования.
Если на выходе преобразователя требуется постоянное напряжение, то после преобразователя устанавливаются выпрямитель и фильтр. Преобразователь, который преобразует одно напряжение энергии переменного тока в другое напряжение энергии переменного тока, называется конвертором, и процесс преобразования состоит из конвертирования [2].
Использование в составе Микро-ГЭС гидроагрегата со статическим преобразователем частоты полностью снимает проблемы с качеством выходного напряжения и позволяет повысить коэффициент использования его установленной мощности. Принцип действия генерирующей системы заключается в преобразовании нестабильного по величине и частоте напряжения гидрогенератора с нерегулируемой турбиной в постоянный ток с помощью выпрямителя, с последующим инвертированием инвертором в переменный ток стабильной частоты. Для оптимизации энергетического баланса системы возможно применение накопителей электрической энергии - чаще электрохимических аккумуляторов [3].
В Микро-ГЭС генераторная часть, которой состоит из асинхронного двигателя и механически связанного с ним генератора, инвертор предназначен для питания двигателя, Встроенный контроллер инвертора обеспечивает заданную скорость вращения двигателя за счёт изменения частоты выходного напряжения.
Достоинствами такой Микро-ГЭС являются высокое качество выходного напряжения, определяемое инвертором, и способность работы в условиях изменяющихся параметров рабочего потока воды Конструкция инвертора с высоким КПД
Основываясь на проведённые эксперименты, можно отметить, что общий КПД инверторов может быть увеличен за счет сокращения стадий процесса преобразования.
Следовательно, чтобы создать инвертор с высоким коэффициентом полезного действия, этап процесса модификации в инверторе должен быть сокращен.
Блок-схема аналогичного инвертора показана на следующем рисунке.
=12 в
и 220 В ПУН 220 В ФНЭ
Б=50кГц П=50кГц Й=5 0Гц
220 В 1=5 0Гц'
СУ1 СУ2
Рисунок 1. Блок-схема высокоэффективного инвертора
Здесь: И - входной инвертор; ПУН - переключатель, управляющий направлением токов; СУ1 - входная система управления инвертором; СУ2 -система управления переключателем контролирующая направление токов; ФНЭ - фильтр-накопитель энергии.
Как видно из блок-схемы высокоэффективного инвертора, процесс замены в инверторе состоит из двух этапов (рисунок 1).
В этом случае общий КПД инвертора определяется следующим образом.
Побщ= Пи х Ппун (1)
Где: пи-коэффициент полезного действия входного инвертора; пПУН-КПД переключателя, контролирующего направление токов.
Поскольку переключатели управления током работают в том же режиме насыщения импульсов, что и переключатели входного инвертора, их эффективность также может быть принята равной эффективности входного инвертора. То есть Ппун=0.9.
В этом случае КПД инверторов, состоящий из двух этапов процесса преобразования, выглядит следующим образом.
Побщ= 0.9 Х 0.9 = 0.81 (2)
Если сравнить КПД разработанного преобразователя ЯРА-1000, то выигрыш в преобразователя будет следующим.
Побщ= ПИ1- ПИ2 (3)
То есть,
Побщ= 0.81-0.729 = 0.081 (4)
Это означает, что одноступенчатое преобразования в инверторах увеличит эффективность инверторов до 0,081.
График зависимости коэффициента полезного действия к мощности приведён на рисунке 2.
инвертора с КПД КПД разработанного
сокращение процесса
90 80 70 60 50 40 30 20 10
0 200 400 600 800 1000 1200 р, вт
Рисунок 1. График зависимости коэффициента полезного действия к
мощности
Принцип работы высокоэффективного инвертора заключается в следующем.
Входной инвертор подключается к источнику постоянного тока с входным напряжением 12 вольт. В этом случае входной инвертор преобразует постоянный ток 12 вольт в переменный ток 50 кГц и напряжение 220 вольт. Переменный ток, генерируемый во входном инверторе, специальным образом преобразуется управляющим переключателем в направлении переменных токов в переменный ток с частотой 50 Гц, и каждый полупериод заполняется импульсом с частотой 50 кГц. Результирующий переменный ток заземляется в фильтре накопителя энергии ПУН и преобразуется в чистый переменный ток 50 Гц.
Таким образом, эффективность этих инверторов, которые могут использоваться в гидроэнергетических системах, была увеличена до побщ = 0,81.
Использованные источники:
1. Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для вузов. - 2-е изд. -М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 344 с.
2. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов и др.; Под ред. Г.С. Найвельта.-М.: Радио и связь, 2005. -576 с.
%
-- 1--
^ 1
3. Лукутин Б.В., Сарсикеев Е.Ж., Шандарова Е.Б., «МикроГЭС со статическим преобразователем частоты», Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 6
