CC BY
42
Конкретная система контроля указанных параметров в рассмотренных информативных точках определяется наличием соответствующих датчиков и конструкцией механизмов комбайна.
К оперативным параметрам контроля относятся также наполнение бункера зерном и камеры по-лово-соломокопнителя.
Рассмотрим теперь, какие из полученных параметров необходимы для управления в режимах перед началом уборки и в процессе уборки урожая. Для этого необходимо, зная конструкцию комбайна, определить, что настраивают перед началом работы и чем управляют при работе.
Настройке (выбору) подлежат ширина захвата, высота среза, скорость вращения мотовила, молотильного барабана, решет и т. д. Для настройки необходимо знать состояние хлебного поля, погодные условия, параметры комбайна. Кроме параметров потоков в систему контроля входят параметры механизмов и агрегатов комбайна, которые требуют настройки, регулирования и подвержены изнашиванию (технические параметры).
Аналогично анализируя работу любой технической системы, можно определить точки и параметры контроля, а при рассмотрении систем управления отобрать информативные параметры, необходимые для управления.
Рассмотренный пример демонстрирует реализацию аналитического подхода к нахождению параметров и объемов контроля технологических процессов производства. Следует отметить, что указанный подход интуитивно используется при выполнении опытов.
Список литературы
1. Жалнин Э.В. Расчет основных параметров зерноуборочных комбайнов. — М.: ВИМ, 2001. — 105 с.
2. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. — М.: Колос, 1980. — 671 с.
3. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Г.Е. Листопад, Г.К. Демидов, Б.Д. Зотов и др. Под общ. ред. Г.Е. Листопада. — М.: Агропромиздат, 1996. — 688 с.
4. Сергованцев В.Т. Системный подход к автоматизации производственных объектов // Вестник МГАУ «Электротехнологии, электрификация и автоматизация сельского хозяйства». — 2005. — № 3(13). — С. 10-14.
УДК 631.3.004.5; 631.171:658.62.018.012
А.В. Кравцов, канд. техн. наук, профессор О.С. Симохин, аспирант
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина»
комплексное влияние показателей качества напряжения на энергию, поставляемую сельским потребителям
В сложившихся на сегодняшний день социальных и экономических условиях в России увеличение эффективности сельскохозяйственного производства нужно связывать с применением качественно новых подходов как на уровне управления деятельностью, так и при выполнении конкретных задач. При этом должны быть использованы существующие инструменты и средства: автоматизированные системы управления процессами, разработанные технические средства и системы, современные информационные возможности. Также необходимо обеспечивать соответствующий уровень комфорта для работы и быта кадров сельскохозяйственной отрасли.
Условия ограничения потребления товливно-энергетических ресурсов в пределах страны подразумевают экономное, а главное, эффективное использование энергии, и, в первую очередь, электроэнергии. В то же время для повышения эффективности электропотребления [4] и с учетом требо-
22
ваний электромагнитной совместимости различных технических средств и предполагаемого использования высокотехнологичного оборудования необходимо обеспечение соответствующего качества электроэнергии.
Качество электроэнергии на территории России и союзных государств определено ГОСТ 13109-97 [2]. В стандарте искажения питающего напряжения рассмотрены по отношению к перечню показателей качества электроэнергии (ПКЭ) (табл.).
Существующая сегодня ситуация в сельском хозяйстве характеризуется недопустимыми параметрами качества электроэнергии. Так, у 35 % сельскохозяйственных потребителей не обеспечивается напряжение, падающее вечерами до 190...200 В, а несимметрия по фазам в сетях 0,4 кВ достигает 50 % [7]. Кроме того, надежность электроснабжения сельскохозяйственных потребителей составляет 70.100 ч отключений в год (для сравнения: в странах Европы — 7.10 ч/год).
№ п/п Характер искажения Показатель качества электроэнергии (ПКЭ) Нормы отклонений (сети 0,38 кВ)
1 Отклонение напряжения Установившееся отклонение напряжения 8иу, % ±5 (±10)
2 Колебания напряжения Размах изменения напряжения 8Ц, % Графическая зависимость
3 Доза фликера Р, относит. ед. 1,38 (1,0)-кратк. 1,0 (0,74)-длит.
4 Несинусоидальность напряжения Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения к№ % 8,0 (12,0)
5 Коэффициент и-й гармонической составляющей напряжения KU(n), % Табличная зависимость
6 Несимметрия трехфазной системы напряжений Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности к2и, % 2,0 (4,0)
7 Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности К0и, % 2,0 (4,0)
8 Отклонение частоты Отклонение частоты А/ Гц ±0,2 (±0,4)
9 Провал напряжения Длительность провала напряжения А?п -
10 Импульс напряжения Импульсное напряжение и •' * имп -
11 Временное перенапряжение Коэффициент временного перенапряжения Кпери -
Подобные искажения питающего напряжения неблагоприятно воздействуют на используемое электрооборудование, вызывая частые поломки, преждевременную порчу, а нередко и аварии. Негативное влияние оказывается и на растения и животных, вызывает дискомфорт персонала отрасли. Вместе с тем, за использование такой некачественной электроэнергии, наносящей прямой урон, потребитель вынужден платить больше. Это объясняется, с одной стороны, влиянием параметров качества напряжения на потребляемую энергию, а с другой — существующей системой расчета за электроэнергию.
Несмотря на огромное число исследований, посвященных проблеме качества электроэнергии в целом и задаче определения влияния показателей качества на потребляемую энергию в частности, на сегодняшний день единичны исследования, охватывающие все ПКЭ при решении каких-либо задач.
Проведенный авторами анализ литературных источников показывает отсутствие законченных разработок, полностью охватывающих различные аспекты тематики энергетических процессов на границе раздела приемника электроэнергии и подводящих линий. В том числе не освещена проблема зависимости получаемой потребителем электроэнергии от ее качества при одновременном совместном воздействии всех ПКЭ на электрооборудование.
Полученные ранее данные [5, 6] свидетельствуют о необходимости совокупного анализа. Однако подобная комплексная задача не может быть решена суперпозицией отдельных результатов работ
в силу сложной структуры взаимосвязи искажении и потребляемой электроэнергии, а также в виду методических и принципиальных сложностей в построении общей теории мощности [1].
Авторами статьи предпринята попытка построения аналитико-математической и компьютерной моделей комплексного влияния ПКЭ. Построенные модели отражают воздействие всех нормируемых стандартом показателей качества (1.8 в таблице) на потребляемую мощность.
В частности, учитывая искажения в соответствии с ГОСТ 13109-97, для мгновенного напряжения одной фазы можно записать:
u = {Uном ( + {у ) sin[2п(/ном + Л/)t + «1 ]} Х
г \
1 + X gk,1 sin [[Ft + Yk ]
v k y
40
+ \ X un sin[2п«(/ном +Л/)t + « n 1 X
X
V
Г N=40
n=2
f
X
1 + X gk,n sin [kFt + Yk ]
k
где Uном = 220^ В — номинальное напряжение; SUy — установившееся отклонение напряжения, В; /ном = = 50 Гц — номинальная частота; А/ — отклонение час-
N=40
тоты; X un — высшие гармоники от 2-й до 40-й;
n=2
1 + X gk sin [kFt + Yk] — модулирующий сигнал для
k
отделения колебаний и размахов напряжения от номинального сигнала.
Рассматривая потребителя в виде двухполюсника с комплексными характеристиками К, Хь(/), Хс(/), зависящими от частоты, можно записать выражение для тока в следующем виде:
і =
и
г (Л™ + а/)
/
(1 + 8иу )п[2гс(/ном +А/ )і + Р! |х
1 + Х £к,18Іп + у к]
М=40
V к ип
X г [«С /ноМ + а/ )]5іп[2”“( Лном + а/ }'+ в" Г
1 + ! £к,ш 8ш[2яШ + У к]
Тогда мгновенная мощность фазного тока
Р =
иН
■(1 +8и у )2
I г (. /ном + А/ )
X 8ш[2п(/ном + А/> + а1 ]^п [2п(/ном + А/}і + Рі ]Х
1 +
\2
X £кД8Іп [2ПР + У кд]
к
2Х ЯкдйІп [2ПР + ткд]
к >
М„М„=п 8Іп[2п„^^/ном + а/}і + ап ]х
=2 г[«=п(/ном + А/)]
хвЧ2пт= п(/ном + А/> + Рш=п ]х
п
ш=п
1 +
\2
X ^к,п 8Іп [2пкРі + Тк,п ]
к
+ 2Х £к,п 8Іп [2пкРі + Тк,п ]
/[=40
X ином^ш (1 + §иу)
ш=2
[8іп[2п(/ном + А/) + а1 [2п«(^/Ном + А/}і + Рш ] +
Х[ г [«/ + а/)] +
+ 5Ч2п«(/ном + А/ }і + аш ]5Іп[2п(/ном + А/) + в1 ] 1
2(/н*м +А/ ) |
I1 + X £к,1 ^[2пР + Тк,1 ]}Х
Х і 1 + X ^к,ш ®Ш [2пР + Ук,ш ] !
N=40 М=40
X X
п=2 ш: ш Ф п
=2 НС/ном +А/)]
X
X 8ІП [2пи(/ном + а/ )і + а п ]х
Х [2п«(/ном + А/)і + Рш ]Х
^ + X £к,п «Іп [2ПР + Ук,п ]| 1 + X ^к,ш 8Іп [2п*Р + У к,ш ] [
Полученное уравнение состоит из четырех частей. Каждый элемент разбиения представляет компоненту, отвечающую различным гармоникам несущего сигнала. Первая составляющая описывает мощность основной гармоники по напряжению и по току с наложенным возмущением в виде амплитудной модуляции. Вторая часть является аналогом первой, но в применении к высшим гармоникам. Третья и четвертая части отражают мощности в результате перекрестного взаимодействия разноименных гармоник тока и напряжения.
Каждый из четырех элементов уравнения имеет множитель, соответствующий амплитудной модуляции. Получающиеся при отсутствии амплитудной модуляции третья и четвертая части известны в литературе под названием мощности искажения [3, 8]. Первый и второй элементы формулы состоят из активной мощности основной (первая составляющая) и высших гармоник (вторая составляющая).
Под потребляемой энергией понимается величина, численно равная интегралу от мгновенной мощности по времени за период основной гармоники (либо больший интервал усреднения, кратный периоду основной гармоники). После интегрирования мгновенной мощности из уравнения выпадают все перекрестные гармонические члены в силу их ортогональности на данных временных промежутках (третья и четвертая составляющие), т. е. мощность искажения не дает вклада в потребляемую мощность.
Мощность искажения вызвана полигармони-ческим составом напряжения. Она не совершает полезной работы, изначально накапливаясь в приемнике электроэнергии, затем изменяет направление потока и передается в систему электроснабжения. Подобно реактивной мощности эта составляющая является фиктивной и паразитной — она обусловливает дополнительные потери. Однако есть и принципиальное отличие от реактивной составляющей: во-первых, она является компонентой активной составляющей полной мощности, во-вторых, посредством этой составляющей мощности
+
+
к
к
+
+
к
потребитель передает в систему электроснабжения искажения.
Таким образом, для определения влияния качества напряжения на потребляемую мощность достаточно проанализировать первые два элемента формулы. Это несколько упрощает задачу, однако полученное уравнение все равно остается достаточно сложным для анализа.
Возникающие трудности отчасти определены существующим различием в подходах при определении показателей качества: каждый параметр из перечня ПКЭ (см. табл.) отражает требования разных потребителей, и определяется наиболее удобным в каждом конкретном случае образом. Примерами являются дозы фликера, получаемые в результате свертки сигнала питающего напряжения с кривой восприимчивости человеческого зрительного аппарата и измеряемые посредством фликерметра, либо коэффициенты несинусоидальности или коэффициенты несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательностям. Эти особенности обусловливают громоздкость аналитического исследования влияния ПКЭ на потребляемую мощность.
Многомерность анализа также представляет собой определенную проблему, не позволяющую в достаточной степени визуализировать зависимость электропотребления от качества напряжения.
Авторами статьи разработан подход, позволяющий проводить анализ зависимости потребляемой электроэнергии при непрерывных изменениях ПКЭ во всем диапазоне, задаваемом для каждого показателя, нормированного стандартом. Такое совокупное исследование влияния всех параметров позволяет выявить элементы, к изменению которых наиболее чувствительной оказывается получаемая потребителями электроэнергия.
Результаты проведенного аналитического исследования предполагается использовать при целевом расчете электропотребления в зависимости от качества напряжения в системе электроснабжения сельских потребителей. В качестве примеров выбраны теплицы, фермы крупного рогатого скота, строения бытового сектора и, возможно, другие типичные объекты АПК.
Список литературы
1. Баков Ю.В. Мощность переменного тока. — Иваново: Ивановский государственный энергетический университет, 1999.
2. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
3. Дрехслер Р. Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке. — М.: Энергоатомиздат, 1985.
4. Королевич Н.Г. Повышение экономической эффективности использования электроэнергии в сельскохозяйственном производстве Беларуси: Дисс. ... канд. экон. наук. — Минск, 2002.
5. Кравцов А.В. Виртуальный анализатор качества электрической энергии в среде Electronics Workbench // VII международная научно-методическая конференция «Традиции и педагогические новации в электротехническом образовании» НИТЭ-2006. — Астрахань, 2006.
6. Кравцов А.В. Моделирование количества и качества активной электрической энергии однофазного потребителя // Материалы конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности». — Астрахань: Астинтех, 2007.
7. Кудрин Б.И. Материалы Международного форума «Проекты будущего: междисциплинарный подход». — Звенигород, 2006.
8. Кучумов Л.А., Спиридонова Л.В. Потери мощности в электрических сетях и их связь с качеством электроэнергии. — Л.: ЛПИ, 1985.
УДК 631.3.004; 658.265:628.1
В.Г. Николаев, канд. техн. наук, доцент
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский институт коммунального хозяйства и строительства»
энергосберегающие методы выбора оптимального числа, параметров и способов управления группой лопастных насосов в системах водоснабжения АПК
Водопроводные насосные системы агропромышленного комплекса характеризуются значительными колебаниями нагрузки во времени. В наиболее сложных условиях находятся насосные установки, подающие воду непосредственно в водопроводную сеть (станции подкачки, полива и т. п.), причем нагрузка на эти установки может изменяться в широ-
ких пределах. Для покрытия достаточно широких диапазонов нагрузки, а также с целью регулирования подачи на практике часто организуют параллельную работу двух, трех и более насосных агрегатов.
Известно, что подключение к одиночно работающему агрегату второго однотипного насоса уве-
25
