CC BY
42
ниям, предприятие, эксплуатирующее ВЛ, может получать готовый аналитический материал по результатам аэродиагностики, выполняемой внешней организацией.
Список литературы
1. Арбузов Р. С., Овсянников А. Г. Современные методы диагностики воздушных линий электропередачи. Новосибирск: Наука, 2009. 135 с.
2. Байков И., Голубев П., Сизых Ю. Применение дистанционных методов при обследовании воздушных линий электропередачи // Электроэнергия. Передача и распределение. 2016. № 1. C. 56-59.
3. Imad J., Nader M., Jameela Al-J., Dharma A., Sheng Z. Communication and Networking of UAV-Based Systems: Classification and Associated Architectures // Journal of Network and Computer Applications. 2018. Vol. 3. P. 52-55.
4. Kurz J. Das virtuelle Bauwerk - Kombinierte skalenübergreifende Visualisierung von ZfPBau Ergebnissen // Fachtagung Bauwerksdiagnose - Praktische Anwendungen Zerstörungsfreier Prüfungen und Zukunftsaufgabe. 2012. Р. 45-50.
5. Eschmann C., Kuo C.-M., Kuo C.-Н., Boller C. Unmanned Aircraft Systems for Remote Building Inspection and Monitoring // 6th European Workshop on Structural Health Monitoring. 2019. Th.2. B. 1. Р. 213-217.
6. Валиев А. В. Опыт применения БЛА «Птеро-Е» для поиска мест аварии на ЛЭП // Кабель-news. 2009. № 11. C. 20-22.
7. Грядунов Д. А., Барков Р. Р. О выборе беспилотных авиационных систем для аэродиагностики воздушных ЛЭП // Вести в электроэнергетике. 2017. № 5 (91). С. 64-73.
8. Беляев П. В., Головский А. П. Контроль и осмотр высоковольтных линий электропередач с применением беспилотных летательных аппаратов в условиях крайнего севера // Проблемы машиноведения: материалы III Междунар. науч.-техн. конф., 23-24 апр. 2019 г. В 2 ч.Ч. 1. Омск, 2019. С. 234-238.
9. Косова А. Е., Кориков А. М. Применение видеокамер на борту беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для задач автоматического определения координат БПЛА // Электронные средства и системы управления: материалы XII Междунар. науч. практ. конф. Томск, 2016. С. 32-34.
10. Deng C., Wang S., Huang Z., Tan Z., Liu J. Unmanned Aerial Vehicles for Power Line Inspection: A Cooperative Way in Platforms and Communications // Journal of Communications. 2014. Vol. 9, no. 9. P. 687-692.
11. Энергоиформ-альтернативная энергетики. М., 2018. URL: http://www.energoinform.org (дата обращения: 15.04.2019).
12. Популярная механика. М., 2019. URL: https://www.popmech.ru (дата обращения: 17.04.2019).
УДК 629.064.5
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАРТЕРНОЙ СИСТЕМЫ ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ НА ЕЕ РАБОТУ ПРЕДПУСКОВОГО РАЗРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ
SIMULATION OF THE ELECTRIC STARTER SYSTEM OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE START-UP TO STUDY THE IMPACT ON ITS OPERATION OF THE PRE-START BATTERY DISCHARGE
Б. В. Журавский1, А. В. Занин2, И. Н. Квасов2
'Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет, г. Омск, Россия 2Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
B. V. Zhuravsky11, A. V. Zanin2, I. N. Kvasov2 'Siberian State Automobile and Highway University, Omsk, Russia
2Omsk State Technical University, Omsk, Russia
Аннотация. Статья посвящена актуальной проблеме пуска автомобильного двигателя в условиях низких температур. Для повышения вероятности пуска двигателя в случае применения автономных средств предпусковой тепловой подготовки необходимо оптимальным образом распределять энергию аккумуляторной батареи на предпусковой и пусковой разряды. В рамках создания системы, автоматизированной предпусковой тепловой подготовки автомобильного двигателя, возникает необходимость проведения исследований влияния предпусковых разрядов аккумуляторной батареи на параметры, характеризующие функционирование электростартерной системы пуска. Методы исследования. Представлена математическая модель электростартерной системы пуска двигателя внутреннего сгорания. Модель реализована с помощью программного продукта Mathcad 15. Результаты. В результате моделирования ра-
боты системы пуска получены зависимости частоты вращения коленчатого вала от времени при различных значениях разряженности аккумуляторной батареи и температуры. Также получены зависимости частоты вращения коленчатого вала и коэффициента динамичности от разряженности батареи и температуры электролита. Выводы. В результате анализа данных, полученных при математическом моделировании, определено, что с уменьшением температуры электролита, влияние предпускового разряда аккумуляторной батареи на частоту вращения коленчатого вала значительно возрастает. Отношение максимальной частоты вращения к частоте вращения коленчатого вала в конце попытки пуска практически не зависит от степени разряженности аккумуляторной батареи.
Ключевые слова: стартерная аккумуляторная батарея, пуск автомобильного двигателя, электро-стартерная система пуска, предпусковой разряд аккумуляторной батареи, вольт-амперная характеристика
DOI: 10.25206/2310-9793-7-2-24-32
I. Введение
В зимнее время в условиях холодного климата эксплуатация автомобильного транспорта существенно затрудняется, одной из основных проблем, возникающих при этом, является пуск холодного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) [1, 2].
Вопросами, связанными с особенностями эксплуатации автомобилей в условиях низких отрицательных температур, а именно проблеме пуска автомобильного ДВС, посвящено большое число публикаций отечественных и зарубежных исследователей A. Roberts, R. Brooks, P. Shipway, D. Lou, Z. Kan, Z. Hu, Z. Cao [3, 4]. Это свидетельствует об актуальности рассматриваемой проблемы.
Подобная тема рассматривалась A. S. Ramadhas, H. Xu в научном журнале International Mobility Conference, SIIMC в статье "Influence of Coolant Temperature on Cold Start Performance of Diesel Passenger Car in Cold Environment", в которой авторы рассматривают основные факторы, влияющие на успешность пуска дизельного ДВС [5], также в научном журнале Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering авторами Alvaro Canto Michelotti, Jonny Carlos da Silva хорошо раскрыта тема моделирования элек-тростартерной системы пуска автомобильного ДВС в динамике, с использованием моделей с сосредоточенными параметрами [6].
Результаты исследование влияния низких температур, теплового состояния ДВС и состояния аккумуляторной батареи (АКБ) на работу электростартерной системы пуска в частности приводятся в работах Z. Hu, Y. Xie, Z. Kan, D. Lou, Y. Deng, H. Liu, X. Zhao, E. Jiaqiang, J. Chen [7, 8].
В связи с повышенными требованиями к минимальным температурам пуска ДВС автомобилей, эксплуатируемых в районах с холодным климатом, эти автомобили зачастую оборудуются автономными или неавтономными средствами облегчения пуска холодного двигателя [9, 10]. Средства облегчения пуска оказывают воздействие на различные системы двигателя и, как правило, изменяют их температурное состояние [11, 12]. В зависимости от применяемых методов и средств, проведение предпусковой тепловой подготовки позволяет снижать моменты сопротивления движению деталей ДВС при пуске, повышать энергетические возможности пусковой системы, улучшать условия образования и воспламенения топливовоздушных смесей [13].
Широкое применение при эксплуатации автомобилей получили автономные жидкостные предпусковые подогреватели. С их помощью осуществляется предпусковой разогрев ДВС, что способствует уменьшению момента сопротивления прокручиванию коленчатого вала и приводит к увеличению частоты его прокручивания при пуске. Однако данные устройства для предпусковой тепловой подготовки двигателя за период своей работы потребляют электроэнергию АКБ, при этом происходит ее предпусковой разряд, что оказывает влияние на энергетические возможности системы пуска [13].
Возможен вариант, когда после предпускового прогрева ДВС энергетические возможности АКБ будут ниже требуемых для вращения коленчатого вала с частотой выше минимальной пусковой частоты в данных условиях. Многократные неудачные попытки пуска ДВС могут привести к глубокому разряду АКБ.
В настоящее время широкое распространение получили необслуживаемые АКБ, с применением свинцово-кальциевых сплавов. Наряду с преимуществами [14, 15] таким АКБ присущ серьезный недостаток. После нескольких глубоких разрядов энергетические характеристики таких батарей резко и необратимо ухудшаются [13].
В связи с этим возникает необходимость в автоматизированной системе управления предпусковой тепловой подготовкой ДВС в автономном режиме. Основными задачами предлагаемой системы управления предпусковой тепловой подготовки ДВС будут оптимальное распределение энергии АКБ между средствами предпусковой тепловой подготовки и системой пуска для обеспечения максимальной вероятности запуска ДВС в условиях низких отрицательных температур и предотвращение глубокого разряда АКБ. Оптимизация распределения энергии должна производиться учетом того что, с увеличением затрат энергии на предпусковую тепловую подготовку двигателя уменьшаются затраты энергии на последующий пуск, однако также уменьшается и запас энергии АКБ, который может быть использован для вращения коленчатого вала.
Поиск оптимального варианта распределения энергии АКБ в заданных условиях должен осуществляться с учетом информации о энергозапасе батареи, вязкостно -температурных характеристиках моторного масла, а также о характеристиках пар трения конкретного ДВС. В качестве целевой функции при оптимизации целесообразно выбрать разность между расчетной частотой вращения коленчатого вала и минимальной пусковой частотой вращения коленчатого вала в данных условиях.
Если в определенных условиях в результате поиска рационального сочетания распределения энергии АКБ при всех сочетаниях варьируемых параметров целевая функция остается отрицательной, то это свидетельствует о низкой вероятности пуска ДВС в этих условиях и необходимости применения дополнительных внешних источников энергии для осуществления предпусковой тепловой подготовки двигателя и АКБ.
II. Постановка задачи
Для создания предлагаемой автоматизированной системы управления предпусковой тепловой подготовки ДВС необходимо проведение исследований влияния предпусковых разрядов стартерной АКБ различной интенсивности в различных условиях на параметры, характеризующие работу электростартерной системы пуска автомобильного ДВС. Для проведения подобных исследований нужно разработать математическую модель электростартерной системы пуска, пригодную для достижения поставленной цели. Уровень сложности модели должен обеспечивать возможность исследования процесса прокручивания коленчатого вала при пуске двигателя в динамике и учет динамических свойства АКБ.
III. Теория
Электростартерная система пуска обеспечивает принудительное вращение коленчатого вала ДВС с необходимой скоростью. Основными элементами данной системы пуска являются химический источник тока -АКБ, электростартер и редуктор приводного механизма [16].
Автономным источником энергии в системах электростартерного пуска ДВС является стартер ная свин-цово-кислотная АКБ. Структурная схема АКБ в режиме разряда как объекта исследования показана на рисунке 1. Входными параметрами х являются: сопротивление нагрузки - Ян; продолжительность подключения нагрузки - Внутренними параметрами объекта исследования z являются: омическое сопротивление - Яа; сопротивление поляризации - Яп; равновесная ЭДС - Е; разрядная емкость - Ср; энергозапас - Шр; плотность электролита - р; Тэл - температура электролита; степень разряженности - ДСр; постоянная времени ЭДС поляризации - т. Параметром воздействия внешних факторов w является температура окружающей среды - Тв. Выходными параметрами у являются: напряжение разряда - Пр; ток разряда - 1Р; мощность, развиваемая аккумуляторной батареей во внешней цепи - Рб.
Рис. 1. Структурная схема аккумуляторной батареи (АКБ) как объекта исследования
Для режима стартерного разряда АКБ характеристикой, связывающей АКБ батарею с рабочими характеристиками электростартерного электродвигателя, является вольт-амперная характеристика [16]. Также на процесс электростартерного пуска значительное влияние оказывает временная характеристика.
Вольт-амперная характеристика аккумуляторной батареи зависит от большого числа факторов и может быть получена экспериментально или представлена в виде аналитической зависимости. Как правило, при расчете электростартерной системы пуска вольт-амперную характеристику представляют в виде прямой линии, отсекающей на осях координат отрезки, пропорциональные начальному разрядному напряжению - инр, току короткого замыкания - 1+, приходящегося на одну положительную пластину. Это позволяет анализировать вольт-амперные характеристики батарей различной емкости. Вольт-амперная характеристика в этом случае представляется в виде уравнений [17]:
и = т (2.02 + 0.00136 ТЭ - 0.001 ДСР)(1--
I+п+
где т - число аккумуляторов в батарее;
п+ число положительных электродов в аккумуляторе.
1+ = а + ЪТЭ - С ДСр - й(-1) - в«„ —10)(-1).
(2)
где а, Ь, С, d, е, - коэффициенты;
2п - число попыток пуска;
tп - продолжительность попытки пуска, с.
Аналитические зависимости (1), (2), выражающие вольт-амперную характеристику, не учитывают наличие переходного процесса поляризации при разряде. При проектировании электростартерных систем пуска нашла применение методика расчетного определения разрядных вольтамперных характеристик, учитывающая особенности конструкции батареи, а также явление поляризации при разряде [18]. Основное уравнение для определения напряжения имеет вид:
ир = 0.125 [Е - Еп (1 - в) - 1рЯа ]
1п
(
15 -
250
1к
\ (
\
1 -V 1к )
+ 1
+ 6
1п
50
4 -
V ь
(3)
где Еп - потенциал поляризации, В;
t - продолжительность разряда, с
^ - допустимая продолжительность разряда током стартерного режима, с. Входящие в уравнение (3) переменные удобно рассмотреть в виде функционалов:
Е = / (р, ДСр).
Еп = / (Тэл, 1 р ).
К = / (Р,ТЭЛ, дСр).
1к = /(1р ,Тэл, ДСр ).
При этом
Е = К I
Еп Кп1 р •
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
Сопротивление поляризации нелинейно, его можно представить в виде функционала Кп = / (I р ,ТЭл).
Предпусковой разряд АКБ на устройства облегчения пуска, как правило, осуществляется сравнительно малыми токами - (0.03...0.2)С20. Степень разряженности АКБ после предпускового разряда с допустимой точностью можно рассчитать по формуле:
ДСр 2 = ДСр! +
( t \ 11 р (1)А
о
С
20
100%
(9)
где ДСр1 - начальная степень разряженности аккумуляторной батареи, %;
ДСр2 - степень разряженности аккумуляторной батареи после предпускового разряда током 1() за время С20 - номинальная емкость аккумуляторной батареи, А-ч.
В состав электростартера входят стартерный электродвигатель, тяговое реле и механизм привода. В качестве стартерных электродвигателей применяют двигатели постоянного тока с последовательным, смешанным либо независимым возбуждением от постоянных магнитов [16]. Структурная схема стартерного электродвигателя с последовательным возбуждением как объекта исследования показана на рис. 2. Входными параметрами х являются: напряжение - ир; ток якоря - 1а; подводимая мощность - Р]. Внутренними параметрами объекта исследования z являются: сопротивление обмотки якоря - Яа; сопротивление обмотки возбуждения - Яс; сопротивление стартерной сети - Япр; падение напряжения в контактах щетки-коллектор - Дищ; постоянные электрической машины - Се, Ст; температура обмоток - Тос; магнитный поток, проходящий через воздушный зазор и
якорь - Ф; противо-ЭДС якоря - Еа; КПД электродвигателя - пст; электромагнитный момент - Мэм; электромагнитная мощность - Рэм. Параметром воздействия внешних факторов w является температура окружающей среды - Тв. Выходными параметрами у являются: частота вращения якоря- па; полезный вращающий момент на валу электродвигателя - Мс; полезная мощность - Рс.
Рис. 2. Структурная схема стартерного электродвигателя (СЭ) как объекта исследования Противо-ЭДС якоря и электромагнитный момент рассчитываются по формулам [16]:
Еп = СепаФ,
Мэм = Ст1аФ,
(10) (11)
Напряжение, подводимое к электродвигателю от источника питания [16]:
ир = Еа + 1а Я + Япр + Яс ) + ,
(12)
В электродвигателях с последовательным возбуждением магнитный поток двигателя Ф является некоторой функцией тока якоря Ф = /(1а). Характер данной функции определяется нагрузкой на двигатель. Различают нелинейный и практически линейный участки функции [16], в случае экспериментального определения зависимости магнитного потока от тока якоря можно аппроксимировать эти участи отдельно. Нелинейный участок с приемлемой точностью апроксимируется полиномом третьего порядка, линейный участок соответственно -линейной апроксимацией:
Ф = ■
\(к1а + п), 1а > (0.8...0.9)1 н
1а/а + Ы2а + с1 а + й, 1а < (0.8...0.9)1 н
(13)
где а, Ь, с, й, к, V - коэффициенты;
1н - номинальный ток якоря.
При расчете электростартерных систем пуска для расчета используют средний момент сопротивления и среднюю частоту вращения коленчатого вала ДВС. Существует большое число эмпирических выражений, связывающих момент сопротивления, вязкость моторного масла и частоту вращения коленчатого вала. В данные выражения, как правило, входят коэффициенты, зависящие от числа цилиндров двигателя. Средний момент сопротивления будет рассчитываться по эмпирической формуле [19]:
Мдв = 0.795 • ^ • | 0.24 + 0.033^ | • V037
(14)
где Vь - рабочий объем двигателя, л;
пде - частота вращения коленчатого вала двигателя, мин V - кинематическая вязкость моторного масла, сСт.
-1.
Зависимость кинематической вязкости моторного масла от температуры V = /(Т) в диапазоне температур Т = 233.. .293 К с достаточной точностью может быть аппроксимирована полиномом четвертого порядка [19]:
V = аТ4 + ЬТ3 + сТ2 + gT + к.
(15)
Структурная схема двигателя внутреннего сгорания совместно с редуктором в режиме принудительного вращения коленчатого вала как объекта исследования показана на рисунке 3. Входными параметрами x являются: полезный вращающий момент на валу электродвигателя - Мс; частота вращения якоря - na; полезная мощность стартерного электродвигателя - Рс; продолжительность проворачивания коленчатого вала - t. Внутренними параметрами объекта исследования z являются: передаточное число - i; КПД редуктора - nz; вязкость моторного масла - v; рабочий объем - Vh; момент инерции движущихся частей - JdB. Параметром воздействия внешних факторов w является температура окружающей среды - Тв. Выходными параметрами y являются: частота вращения коленчатого вала двигателя - пдв; момент сопротивления прокручиванию коленчатого вала -Мдв; мощность, поглощаемая двигателем при принудительном вращении коленчатого вала - Рде.
Рис. 3. Структурная схема двигателя внутреннего сгорания совместно с редуктором (Р+ДВС) в режиме принудительного вращения коленчатого вала как объекта исследования
Структурная схема системы электростартерного пуска ДВС показана на рисунке 4.
■Р[МС(Ф,
Рис. 4. Структурная схема системы электростартерного пуска ДВС Уравнение равновесия моментов при вращении коленчатого вала двигателя электростартером имеет вид [18]
м = м дв+j^ dt
(16)
где Ыдсв - момент стартера, приведенный к двигателю с учетом передаточного числа и КПД редуктора, н-м;
3 - момент инерции вращающихся и поступательно движущихся масс системы «электростартер-
2
двигатель», приведенный к коленчатому валу двигателя, кг м ;
юдв - угловая скорость вращения коленчатого вала, с-1.
Математическая модель электростартерной системы пуска ДВС была реализована при помощи программного продукта Ма^еай 15. В качестве примера для моделирования была взята электростартерная система пуска дизельного двигателя Д-245, в состав которой входят электростартер СТ142Б, малообслуживаемая АКБ номинальной емкостью С20 = 190 А-ч номинальным напряжением и = 24 В с токоотводами, выполненными из сплава с добавками кальция. Вязкостно-температурная характеристика моторного масла V = /(Т) была принята для масла SAE 5W30. Продолжительность попытки пуска для дизельного двигателя согласно нормативной литературе tп = 15 с.
В качестве параметров, характеризующих работу электростартерной системы пуска, были приняты частота вращения коленчатого в конце попытки пуска п15 и коэффициент динамичности пуска К, позволяющий оценить интенсивность снижения частоты вращения в процессе пуска двигателя.
г>- "max Kd =-
где птах - максимальная частота вращения коленчатого вала при пуске, мин .
IV. Результаты экспериментов
Результаты моделирования прокручивания коленчатого вала ДВС при пуске от электростартера показаны в виде графиков зависимостей частоты вращения коленчатого вала от времени при разной степени разря-женности АКБ и температуре электролита приведены на рисунке 5.
Рис. 5. Графики зависимости частоты вращения коленчатого вала от времени при разной степени разряженности аккумуляторной батареи а) ТэЛ = 263 К, б) ТэЛ = 253 К, в) Тэл = 243 К, г) Тэл = 233 К
Из представленных графических зависимостей видно, что в начале пуска происходит интенсивное увеличение частоты вращения коленчатого вала вплоть до птах, далее со временем происходит плавное уменьшение частоты вращения. Уменьшение частоты коленчатого вала вращения при пуске можно объяснить наличием переходного процесса поляризации, а также увеличением внутреннего сопротивления аккумуляторов из-за интенсивной пассивации электродов при стартерном разряде [18]. При температуре электролита Тэл = 233 К и степени разряженности ДСр = 40% при прокручивании коленчатого вала разрядное напряжение батареи падает ниже допустимого значения, поэтому зависимость пде = /(ДСр, $ при данной температуре не определялась.
На рисунке 6 показаны графики зависимостей частоты вращения коленчатого вала и коэффициента динамичности пуска от температуры электролита и степени разряженности.
300
дс„,%
Рис. 6. График зависимости частоты вращения коленчатого вала от степени разряженности (ДСр) аккумуляторной батареи и температуры электролита (Тэл)
1.9
1.8 1,7
1,6
т,, к
Рис. 7. График зависимости коэффициента динамичности пуска (Kd) от степени разряженности (ДСр) аккумуляторной батареи и температуры электролита (Тэл)
V. Обсуждение результатов
В результате анализа полученных данных было выявлено, что с уменьшением температуры электролита влияние предпускового разряда АКБ на частоту вращения коленчатого вала значительно возрастает. Коэффициент динамичности пуска увеличивается с уменьшением температуры электролита и практически не зависит от степени разряженности аккумуляторной батареи при температурах электролита Тэл > 243 К. При температуре электролита Тэл < 243 К коэффициент динамичности пуска увеличивается при возрастании степени раз-ряженности.
VI. Выводы и заключение
Для исследования влияния предпусковых разрядов стартерной АКБ на параметры, характеризующие работу электростартерной системы пуска ДВС, была разработана математическая модель, учитывающая динамику стартерного электропривода, а также переходные процессы поляризации при разряде АКБ. В результате математического моделирования получены зависимости частоты вращения коленчатого вала ДВС от времени при разной степени разряженности АКБ и температуре электролита; зависимости частоты вращения коленчатого вала и коэффициента динамичности пуска от температуры электролита и степени разряженности. Полученные результаты могут быть использованы при создании автоматизированной системы управления предпусковой тепловой подготовкой ДВС.
Список литературы
1. Маркин А.Г., Журавский Б.В., Жигадло А.П. Энергообеспечение пуска двигателя внутреннего сгорания автомобиля // Вестник СибАДИ. 2015. № 5 (45). С. 26-30.
2. Vivegananth M., Ramesh. A. A novel method to improve the cold starting ability of a low compression ratio diesel engine through recompression of the charge // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2018. DOI: 10.1177/0954407018785009.
3. Roberts A., Brooks R., Shipway P. Internal combustion engine cold-start efficiency: A review of the problem, causes and potential solutions // Energy Conversion and Management. 2014. Vol. 82. P. 327-350. DOI: 10.1016/j.enconman.2014.03.002.
4. Lou D., Kan Z., Hu Z., Cao Z. Effects of the Fuel Injection Strategy on Low Compression Ratio Diesel Engine During Cold Start at Different Altitudes // Tongji Daxue Xuebao/Journal of Tongji University. 2017. 45 (4). P. 582-588. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.04.017.
5. Ramadhas A. S., Xu H. Influence of Coolant Temperature on Cold Start Performance of Diesel Passenger Car in Cold Environment // International Mobility Conference, SIIMC. 2016. P. 8. DOI: 10.4271/2016-28-0142.
6. Alvaro Canto Michelotti, Jonny Carlos da Silva. Design innovation in dynamic coupling of starting system for internal combustion engines // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2016. Vol. 38. P. 177-188.
7. Hu Z., Xie Y., Kan Z., Lou D. Effects of Auxiliary Heating Strategy on Cold Start Performance of Diesel Engine During Cold Start at // Tongji Daxue Xuebao/Journal of Tongji University. 2018. 46 (6). Р. 828-833. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2018.06.016.
8. Deng Y., Liu H., Zhao X., Jiaqiang E., Chen J. Effects of cold start control strategy on cold start performance of the diesel enginebased on a comprehensive preheat diesel engine model //Applied Energy. 2018. Vol. 210. P. 279-287. DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.10.093.
9. Rath M. K., Acharya S. K., Patnaik P. P. CI engine performance during cold weather condition using preheated air and engine by waste energy// International Journal of Ambient Energy. 2017. Vol. 38. P. 534-540. DOI: 10.1080/01430750.2016.1155485.
10. Gao X., Liu Z., Dong S. Effects and countermeasures of low atmospheric pression and temperature emvi-ronment on starting performance of diesel engine // Internal Combustion Engine & Parts. 2016. Р. 1.
11. Ramadhas A. S., Xu H. Improving Cold Start and Transient Performance of Automotive Diesel Engine at Low Ambient Temperatures // SAE Technical Papers. 2016. Vol. 2016-April. DOI: 10.4271/2016-01-0826.
12. Ren J., Dong X., Zhang P., Wang H., Mao H., Li S. Performance Analysis of a Diesel Fuel Heating System Based on Heat Pipe Technology // Chinese Society for Internal Combustion Engines. 2018. Vol. 39. P. 56-62. D0I:10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.01.009.
13. Тышкевич Л. Н., Журавский Б. В. Повышение эффективности эксплуатации транспортных машин в условиях низких отрицательных температур // Вестник СибАДИ. 2016. № 3 (49). С. 36-41.
14. Yoshimura T., Yasuda H. Development of maintenance-free dry calcium (MFDC) lead acid battery for automotive use // Journal of Power Sources. 2006. Vol. 158. P. 1091-1095. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2006.01.094.
15. Cristopher D. Rahn, Rahn abd Chao-Yang Wang. Battery systems engineering. The Pennsylvania State University, USA: John Wiley & Sons, Ltd. 2013. P. 237.
16. Bosch Robert GmbH (Ed.) Bosch Automotive Electrics and Automotive Electronics Systems and Components, Networking and Hybrid Drive // 5th Edition. Springer Fachmedien Wiesbaden, 2014. 530 p.
17. Боровских Ю. И. Анализ процесса прокручивания коленчатого вала двигателя при пуске от электрического стартера. М.: НИИавтопром, 1968. 77 с.
18. Дасоян М. А., Курзуков Н. И., Тутрюмов О. С., Ягнятинский В. М. Стартерные аккумуляторные батареи: Устройство, эксплуатация и ремонт. М.: Транспорт, 1991. 225 с.
19. Казаков Ю. Б., Лазарев А. А., Баранов М. Е. Моделирование усовершенствованной электростартер-ной системы пуска двигателей внутреннего сгорания // Вестник ИГЭУ. 2009. № 3. C. 8-11.
УДК 621.31
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ ДОБЫЧИ НЕФТИ С ВНУТРИСКВАЖИННЫМ КОМПЕНСАТОРОМ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
INVESTIGATION OF RESONANCE EFFECT IN THE OIL PRODUCTION ELECTROTECHNICAL COMPLEX WITH THE DOWNHOLE REACTIVE POWER COMPENSATOR
В. А. Копырин1, А. Л. Портнягин1, А. В. Логунов1, Р. Н. Хамитов1'2, М. В. Денеко1
1Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, Россия 2Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
V. A. Kopyrin1, A. L. Portnyagin1, A. V. Logunov1, R. N. Khamitov1'2, M. V. Deneko1
1Industrial University of Tyumen, Omsk, Russia 2Omsk State Technical University, Omsk, Russia
Аннотация. В настоящее время не осталось ни одного сложного технологического объекта, на котором бы не был внедрен частотно-регулируемый электропривод. Тем не менее, использование преобразователей частоты в нефтедобыче для привода электроцентробежных насосов приводит к ухудшению качества электрической энергии: форма кривой токов и напряжения искажается, появляются высшие гармонический составляющие, которые могут привести к резонансным явлениям в электротехническом комплексе установки электроцентробежного насоса и, как следствие, выходу из строя электрооборудования. Целью публикации является исследование резонансных явлений в электротехническом комплексе установки электроцентробежного насоса, оснащенной частотно-регулируемым электроприводом. Разработана схема замещения электротехнического комплекса добычи нефти с внутрискважинным компенсатором реактивной мощности и на ее основе математическая модель для исследования резонансных явлений. Приведены амплитудно-частотные характеристики напряжений на входах элементов комплекса и фазо-частотная характеристика цепи «КЛ-ВКРМ-ПЭД». Установлено, что на частотах 324 Гц и 328 Гц имеет место превышение входного гармонического сигнала на 1,7 и 1,8 единиц соответственно в исследуемом электротехническом комплексе установки электроцентробежного насоса.
Ключевые слова: внутрискважинный компенсатор, высшие гармоники, преобразователь частоты.
DOI: 10.25206/2310-9793-7-2-32-37
