CC BY
15
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 519.6
Каунг Мьят Хту, аспирант Кафедра ПОиАИС, «КГУ», г.Курск, РФ
E-mail: kaungmhtoo 16267@gmail.com Довгаль В.М, профессор д.т.н Профессор кафедры, Кафедра ПОиАИС, «КГУ», г.Курск, РФ E-mail: dovgalvm.prof@yandex.ru
РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ РЕЖИМОВ ВИБРАЦИОННОГО МИКРОГЕНЕРАТОРА АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Аннотация
В статье описана специально разработанная экспериментальная установка для исследования выходных характеристик вибрационного микрогенератора, функционирующего в составе автономной системы электроснабжения маломощных потребителей. Описаны конструктивные параметры микрогенератора, а также методика проведения его экспериментальных исследований.
Ключевые слова:
Источник энергии, автономная система электроснабжения, микрогенератор, экспериментальная установка, выходное напряжение
Разнообразие различного рода маломощных потребителей, работающих в автономных условиях без связи со стационарными энергосистемами вызывает постоянный рост спроса на компактные мобильные и экономичные системы электроснабжения. Системы электроснабжения обычно представляют собой совокупность элементов, обуславливающих генерирование, преобразование, передачу и распределение электрической энергии потребителям [1, 2].
К источникам электрической энергии, предъявляется ряд противоречивых требований: минимальные массогабаритные показатели при обеспечении требуемых выходных характеристик, высокой надежности и низкой стоимости; способность работать при значительных механических и тепловых воздействиях внешней среды; возможность изменения и регулирования технических характеристик, отсутствие вредного влияния на человека и др.
При создании автономной системы электроснабжения маломощных потребителей, до 2-5 Вт, наиболее перспективным выглядит использование энергии механического колебательного движения. Например, автономная система электроснабжения маломощных потребителей на основе вибрационного генератора, преобразующего механическую энергию движения человека в электричество, совместно с электронным блоком позволяет получить напряжение питания 5 В при выходном токе до 200 мА [3]. Широкое применение находят подобные системы при отсутствии стационарных источников энергии для питания и подзарядки аккумуляторов различных маломощных мобильных устройств (сотовых телефонов, ноутбуков, датчиков и т.п.) [4].
На основании теоретических исследований был разработан опытный образец вибрационного микрогенератора (ВМГ) для автономного электроснабжения маломощных потребителей, и проведены экспериментальные исследования, позволившие определить их основные технические характеристики (см. рис. 1).
Рисунок 1 - ВМГ для автономного электроснабжения маломощных потребителей
Поскольку магнитная цепь данного ВМГ имеет достаточно большой (не менее 1 мм) воздушный зазор, который имеет эквивалентное магнитное сопротивление около 106 Ом, то предполагается, что использование энергетически значительно более мощных постоянных магнитов платиновой группы значительного выигрыша не дает, а лишь повышает стоимость магнитной системы в целом. В связи с этим при изготовлении опытного образца ВМГ использовалась сравнительно дешевые постоянные магниты ЮНДК24. Размеры постоянного магнита следующие:
- длина магнита с полюсными наконечниками Lмl = 28,5-Ш"3 м;
- диаметр магнита Dм = 20-10"3 м;
- ширина полюсных наконечников - 5 мм.
Исследование установившихся режимов работы ВМГ, проведение обработки данных измерений, запись результатов и выдача информации на индикаторное устройство или экран ЭВМ требует разработки специальной экспериментальной установки согласно представленной на рис. 2 структурной схемы.
Рисунок 2 - Блок-схема экспериментальной установки СМЭГ ВПД: 1 - испытуемый образец ВМГ; 2 -вибрационный электродинамический стенд; 3 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 4 - ЭВМ
Разрабатываемая экспериментальная установка включает в себя специализированный электродинамический вибрационный стенд ВЭДС-10, на подвижной плите которого закрепляется исследуемый образец ВМГ. Частота колебаний подвижной плиты изменяется в диапазоне от 2 до 7 Гц. . Минимальная частота соответствует физиологически удобному для человеческого организма значению двигательной активности, которая может производиться неопределенно долго. Частота 7 Гц соответствует максимальной частоте, которую способен реализовать человеческий организм кратковременно (обычно не более 20 с) [5].
Выводы обмоток ВМГ с наружной поверхности магнитопровода подключены к 8 -разрядному АЦП «Handyprobe 5», который является двухканальным устройством оцифровки аналогового сигнала и ввода данных в ЭВМ. Установленная частота дискретизации 5 кГц должна обеспечивать диапазон частот входных сигналов от 0 до 250 Гц, что является достаточнымо для детального восстановления входного сигнала. Восемь разрядов преобразования обеспечивают основную погрешность на уровне шага квантования системы, то есть, не более 0,5 %.
Для исследования параметров выходного напряжения ВМГ в установившемся режиме проводилась серия измерений на различных частотах и при различных нагрузочных сопротивлениях. Из опробованных вариантов по критерию практической значимости и достаточной информативности выбран диапазон частот- 2-7 Гц при сопротивлении нагрузки - 100 Ом, 160 Ом, 510 Ом, 1 к0м,10 кОм, 100 кОм. Выбор значений сопротивлений нагрузки соответствует минимальному значению входного сопротивления электронных блоков автономной системы электроснабжения (100 Ом), значению внутреннего
~ 21 ~
сопротивления обмоток ВМГ (160 Ом) и диапазону изменения входного сопротивления электронного блока (импульсного стабилизатора) от номинальных режимов до полного запирания ключевого транзистора (510 Ом, 1 кОм, 10 кОм, 100 кОм).
С целью исключения случайных погрешностей полученные результаты измерений накапливались в ЭВМ и обрабатывались статистически с доверительной вероятностью Р=0,98. Каждая серия измерений содержала не менее 30 значений, что обеспечивает приближение закона распределения к нормальному (Гаусса) с погрешностью не более 2 % [6].
Результаты эксперимента представлены на рис.3. 1.00
oso 0.00 a) oso -1.00
•ISO 2.00
9.00m* 76.S6ms 144.12ms 21168ms 279 24ms 34680ms 414 36ms 481.92ms S49 46ms
OSO 000
б) oso
100 ------i-1--
•1.50 ---------
2.00 -1----1-!-!--
SB 00ms 14.84ms 26.32ms 87 46ms 10664ms 149 80ms 190.96ms 232.12ms 273.26ms
too
B)
ю__
|№ |ОЬ 1» III» 1!Ь 1114 11* Ч1\ |П>
Рисунок 3 - Зависимость амплитуды выходного напряжения ВМГ от времени при сопротивлении нагрузки 510 Ом и частоте перемещения: а) 3 Гц; б) 5 Гц; в) 7 Гц
Как видно из графиков форма выходного напряжения ВМГ при равномерной скорости перемещения приближается к синусоиде. При этом отличие от синусоиды особого значения не имеет, поскольку при наличии дальнейшего выпрямления важно именно значение амплитуды выходного напряжения.
Наиболее существенно на значение амплитуды выходных импульсов влияет частота рабочих циклов и значение сопротивления нагрузки. При изменении этой частоты с 2 до 7 Гц при Rнагр>1кОм виброгенератор позволяет получить в различных режимах работы выходное напряжение более 1 В. Этого значения вполне достаточно для надежного выпрямления, заряда накопительного конденсатора и использования для питания маломощных потребителей даже без использования специального преобразователя напряжения.
Список использованной литературы:
1. Электротехнический справочник в 4-х т. / Под ред. В.Г.Герасимова. Т. 3: Производство, передача и распределение электрической энергии. М.: МЭИ, 2004. - 964 с.
2.Электротехнический справочник в 4-х т. / Под ред. В. Г. Герасимова. Т. 4: Использование электрической энергии. М.: МЭИ, 2004. -696 с.
3. Компактный персональный генератор энергии nPower PEG // Информационно-аналитическая газета «ЕВРОСМИ». URL: http://www.eurosmi.ru/power_peg_kompaktnyiy_generator_energii.html (дата обращения 31.10.2018).
4. Design and experimental verification of a linear permanent magnet generation for a free-piston energy converter / Wang J., West M., Howe D. // IEEE Transactions and Energy Conversion. Vol. 22, № 2, 2007, P. 299-305.
5. Дубровский В.И. Биомеханика: учебник для студентов сред. и высш. заведений по физической культуре. М.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2008. - 669 с.
6. Денисенко В.В. Возможности повышения точности путем многократных измерений //Датчики и системы. № 6. 2009. - С. 35-38.
©Каунг Мьят Хту, Довгаль В.М, 2018
УДК 621.315.177
Н.В.Кочкин
студент УГАТУ, г. Уфа, РФ E-mail: kochkin-1998@mail.ru
СТРОИТЕЛЬСТВО ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
В РАЗЛИЧНОЙ МЕСТНОСТИ
Аннотация
В данной работе, рассмотрены методы и способы сооружения высоковольтных линий электропередач. В процессе написания статьи были изучены этапы строительства ЛЭП, а также особенности строительства линий электропередач в различных условиях местности. Горные районы требуют индивидуального подхода к строительству высоковольтных линий. Условия рельефа выдвигают свои требования к оборудованию, технике и рабочему персоналу, а также к материалу сооружений. В статье изложены материалы по способу установки опор высоковольтных линий передач, используемых в настоящее время.
Ключевые слова
Опора, ЛЭП, высоковольтные линии, строительство, монтаж, установка.
