CC BY
47
N. мг/кг
Рис. Изменение содержания азота в почве по годам:
1 — низкое содержание азота; 2 — очень низкое содержание азота
Выводы
1. Выбор технологии возделывания сельскохозяйственных культур должен производиться с учетом конкретных почвенно-климатических условий зоны возделывания, состояния почвенной структуры и воздействия технологии на почву.
2. Продолжительность весенне-полевых работ и энергетические затраты при технологии прямого посева значительно меньше, чем при традиционной технологии возделывания зерновых культур.
3. В степной зоне при возделывании зерновых культур прямым посевом семян в почву необходимо один раз в 3-4 года производить основную обработку почвы на глубину до 30 см.
Библиографический список
1. Черепанов Г.Г. Нулевая обработка почвы: Итоги исследований и опыт применения. - М.: НИИТЭИ Агропром, 1994.
2. Калинин А.Б., Сидыганов Ю.Н. Система обработки почвы в энергосберегающих технологиях // Аграрная наука. - 2004. - № 1.
3. Нугис Э.Ю. Оценка системы «маши-на-почва-растение» при различных сочетаниях механического воздействия на почву // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 1987. — № 3.
4. Козаченко А.П. Обоснование приемов рационального использования, обработки и мелиорации земель сельскохозяйственного назначения Челябинской области. — Челябинск, 1999.
5. Ганс Иени. Факторы почвообразования. — М.: Гос. изд. иност. лит-ры, 1948.
УДК 62-83 Т.М. Халина,
М.И. Стальная,
С.Ю. Еремочкин
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ ПРИ ВЕКТОРНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОМ УПРАВЛЕНИИ
Ключевые слова: векторно- хозяйства, конденсаторный запуск, рас-
алгоритмическое управление, электро- чет мощности, расчет момента, вектор-
двигатель, электропривод, эффектив- но-алгоритмический метод расчета.
ность, однофазная сеть, фермерские
Введение
Огромная роль в покрытии дефицита продуктов питания в настоящее время отводится фермерским и индивидуальным хозяйствам [1]. Число фермерских хозяйств в стране быстро росло в первой половине 1990-х, а в настоящее время держится на уровне 260 тыс. Более половины продовольствия современной России, согласно статистике, производят индивидуальные хозяйства населения [2].
При проектировании систем электрификации фермерских хозяйств, расположенных в отдаленной местности, применяются более простые и экономичные решения по распределению электроэнергии. По этой причине для отдельных отдаленных фермерских хозяйств, зачастую экономически более оправдано применение однофазной системы электроснабжения.
Цель исследования — разработка векторно-алгоритмического метода расчета мощности и электромагнитного момента трехфазного асинхронного электродвигателя при питании от однофазного источника электроснабжения. Методика расчета рассмотрена на примере однофазнотрехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью. Доказана эффективность векторно-алгоритмического метода управления трехфазным асинхронным электродвигателем.
Выбор типа электропривода для отдаленных фермерских хозяйств
Был проведен анализ [3], в результате которого установлено, что для электропривода сельскохозяйственных электрифицированных машин наиболее рационально применение трехфазного асинхронного электродвигателя.
Зачастую для включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть используется конденсаторный метод [4]. Один из главных минусов данного метода заключается в низком значении момента и развиваемой электродвигателем мощности (порядка 41%). Используя однофазнотрехфазный транзисторный реверсивный коммутатор, ведомый однофазной сетью, совместно с векторно-алгоритмическим методом коммутации обмоток электродвигателя, вышеупомянутые недостатки могут быть устранены [5].
На рисунке 1 представлен один из возможных способов осуществления векторно-алгоритмического управления асин-
хронным электродвигателем при питании от однофазной сети при помощи однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью.
Рис. 1. Однофазно-трехфазный транзисторный реверсивный коммутатор, ведомый однофазной сетью
Рис. 2. Пофазное изменение напряжения направления тока в обмотках статора двигателя
Векторно-алгоритмическое управление однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью, осуществляется подачей в статорные обмотки трехфазного асинхронного двигателя однофазного переменного напряжения (рис. 2) посредством коммутации соответствующих полупроводниковых ключей, обеспечивающих получение вращающегося магнитного поля статора, состоящего из 6 фиксированных положений (рис. 3). Кроме того, используется свойство транзисторов про-
104
Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 12 (86), 2011
пускать ток в ключевом режиме в от однофазной сети при помощи однофазнотрехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью в прямом и обратном направлениях вследствие симметричной структуры.
Рис. 3. Векторная диаграмма кругового вращающегося поля статора электродвигателя
Векторно-алгоритмический метод расчета мощности и электромагнитного момента
Для расчета мощности и электромагнитного момента, развиваемого электродвигателем при векторно-алгоритмическом управлении, разработан векторноалгоритмический метод расчета. Суть расчета мощности и электромагнитного момента, развиваемого электродвигателем при векторно-алгоритмическом управлении, заключается в следующем.
Как известно, отличие скоростей вращения магнитного поля статора и скорости ротора характеризуется величиной, называемой скольжением [6]:
s =
П1 - П 2
п,
(1)
где п1 — число оборотов вращающегося магнитного поля статора двигателя; п2 — число оборотов ротора.
Из принципа работы трехфазного асинхронного двигателя известно, что при подведении трехфазного напряжения к трехфазной обмотке статора в двигателе образуется магнитное поле, вращающееся с числом оборотов:
60£
сек = ■
п1 = — • ^об/
Р Р
где р — число пар полюсов; ^ — частота.
об /
мин
(2)
Ротор двигателя вращается в направлении вращения поля со скоростью п2 (1) и (2), равной:
60 • £
= п—(1 - б) = ■
Р
(1 - s) . (3)
Неподвижный асинхронный двигатель с включенным в каждую фазу добавочным
1 - s
сопротивлением г2------ в энергетическом
s
отношении эквивалентен тому же двигателю [6] в режиме нагрузки, вращающемуся со скольжением s и развивающему на валу момент М.
Полная мощность, подведенная к ротору при неподвижном состоянии:
р = т • I2 • 11.
12 2 2 '
(4)
В реальном трехфазном асинхронном двигателе электромагнитная мощность Р12 равна мощности Р1, потребляемой двигателем из сети, за вычетом мощности электрических потерь Рэ1 в обмотке статора и потерь в стали статора Рс1, то есть Р = Р - Р - Р (5)
12 Х1 Хэ1 хс1'
Вследствие тождественности электромагнитного состояния реального (вращающегося) и эквивалентного (неподвижного) двигателей значения электромагнитной мощности Р12, передаваемой посредством магнитного поля со статора на ротор, в обоих режимах одинаковы. Одинаковы также электрические потери Рэ2 во
вторичной обмотке (обмотка ротора), имеющей в обоих случаях активное сопротивление г2.
В режиме работы двигателя при вращающемся роторе разность мощностей Р12 и Рэ2 превращается в механическую
мощность Р2 (полная механическая мощность), развиваемую ротором:
Р2 = Р12 - Рэ2 . (6)
Потерями в стали ротора можно пренебречь, так как в режиме работы двигателя скольжение s невелико, частота пе-ремагничивания стали ротора вращающимся полем Г2 = Б • £ также весьма мала, а потери в стали в этом случае незначительны.
п
2
Б
С учетом уравнения (4) выражение (6) может быть записано следующим обра-
зом:
r
P2 = P12 — ^2 = m 2 ' I2 m 212r2 =
= m 212 r2
s
1 — s s
(7)
Деля выражение полной механической мощности двигателя на угловую скорость
ротора 02 = П 2 (рад/сек.), получаем
60
выражение электромагнитного момента:
Р'
М = -^ = М2 + М0, (8)
02
где М2 — момент нагрузки;
М0 — момент потерь.
Используя уравнения (7), (3) и (4), выражение (8) можно представить в виде:
M=
m2 ' I2r2 (1 — s) _ P]
12
sq,(1 — s) ш,
(9)
где ш, =■
2nn,
60
угловая частота вра-
щающегося поля статора.
Из выражения (9) можно написать:
т212г2 = Рэ2 = Р^ . (10)
Выражение для приведенного значения тока ротора:
I'=—- Ui
2
Z, + C,Z2
(11)
Z,
Комплекс С1 = 1 +-----— в обычных слу-
^12
чаях можно заменять его модулем сх и,
' Г '
учитывая, что Z1 = г + jx1 и Z2s = — + ]х2,
s
можно написать согласно выражению (11) формулу для модуля тока:
I2 =
U,
(ri + С1—) + (xi + C1x 2 )
. (12)
Вращающий момент асинхронного дви-Р
гателя М = —12 или с учетом уравнения
01
(10), вводя приведенные величины цепи ротора, получаем:
Л;Г m,I2 r2
M = 122
so,
(1З)
Подставляя в уравнение (1З) выражение тока I2, получаем:
mil —
M=
ш,
+ (xi + cix2)2
(14)
или
m = k . u2
(15)
r2
m, —
где K =
o,
r, + Ci^ s
+(xi + cix2)2
Тогда при постоянных значениях (K = const) активного сопротивления обмотки статора, реактивного сопротивления рассеяния, скольжения, числе работающих фаз и оборотов можно считать, что момент пропорционален квадрату приложенного напряжения:
M = U2 . (16)
С учетом вышесказанного векторно-алгоритмический метод расчета
момента и мощности электродвигателя производится следующим образом. По формуле синусоидального напряжения u = Um s1n(ot + уu ) и, учитывая величину
напряжения на каждой из статорных обмотках электродвигателя UL1, UL2, ^З (рис. 2) во времени в соответствии с алгоритмом работы, обеспечивающим векторно-алгоритмическое управление, однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью, на всем периоде регулирования Трег, через равные промежутки времени t, рассчитываются мгновенные значения напряжения на статорных обмотках электродвигателя. Далее производится в каждый из выбранных моментов времени векторное сложение скалярных значений напряжений на обмотках UL1, UL2, UL3 по теореме косинусов (рис. 4):
JJ-I-V
Рис. 4. Сложение двух векторов по теореме косинусов
где u + V = U1;
2
r
2
r
1O6
Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 12 (86), 2011
и + V = Vи2 + V2 + 2 • и • V • соб а . (17)
При сложении векторов также следует учитывать их знак в соответствии с направлением тока в обмотках (рис. 5).
Сі сі
C5 Cl
^
С1 С5 С1 С5
Рис. 5. Направления магнитного потока и протекающего тока по обмоткам статора электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на рисунке 3
Далее находится среднее значение напряжения на всем периоде регулирования иср по формуле:
и,. = Ц + Ц2 +■■■ + Ц , (18)
еР
n
где Ц1,Ц2 . Цп — суммарное значение напряжения на каждом из промежутков времени I;
п — количество промежутков времени в периоде регулирования.
Используя формулу (16), находится отношение моментов, а также значение
развиваемой мощности электродвигателя
в процентах по отношению к номинальному значению:
М Ц2
~ 1 -100%. (19)
Мн U
2
Выводы
В результате произведенных расчетных исследований при помощи векторноалгоритмического метода было установлено, что средняя мощность, развиваемая электродвигателем, питание которого осуществляется по схеме, представленной на рисунке 3, составляет около 62% от номинальной.
Таким образом, с помощью предлагаемого векторно-алгоритмического метода расчета возможно определять мощность и электромагнитный момент трехфазного асинхронного электродвигателя, питание которого осуществляется от однофазной сети путем векторноалгоритмической коммутации статорных обмоток.
Библиографический список
1. Стальная М.И., Злочевский В.Л., Головачев А.М., Борисов А.П. Методика расчета и выбора электродвигателя для привода маятниковой мельницы / / Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2009. — № 7. — С. 54-57.
2. Васин Ф.И., Степаненко Е.И. Крестьянские (фермерские) хозяйства: правовой статус и учет // Электронный ресурс. 2011. URL: http://www.cnshb.ru/cnshb/ aris/fermer/dig/d_94.htm (дата обращения 15.06.2011).
3. Khalina T.M., Stalnaya M.I., Eremoch-kin S.Y. THE RATIONAL USE OF THE THREE PHASE ASYNCHRONOUS SHORT CIRCUITED ELECTRIC MOTORS IN A SINGLE PHASE NETWORK. ICTPE-2011 Number 22 Code 02EPE10 Pages 105-107.
4. Бастанов В.Г. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок. — М.: Моск. рабочий, 1986. — 352 с.
5. Патент на полезную модель МПК
Н02Р 27/16 (2006.01). Однофазно-
трехфазный транзисторный реверсивный коммутатор, ведомый однофазной сетью / М.И. Стальная, С.Ю. Еремочкин, Т.А. Халтобина; Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова. — № 2011120730/07(030632); Дата подачи заявки 23.05.2011.
1Н
+ + +
