CC BY
52
v rulonah s ispol'zovaniem imitacionnogo modelirovaniya: mo-nografiya [Substantiation of rational parameters of the process of harvesting hay in rolls with the use of simulation: monograph], Stavropol', AGRUS, 2018,176 p. (In Russian)
2. Doroxin N.S., Sviridov V.I., Orlyanskij A.V., Orlyans-kaya I.A. Rezervy sovershenstvovaniya tehnologii zagotovki senazha v upakovke v Stavropol'skom krae [Reserves of improvement of technology of preparation of haylage in packing in Stavropol region], Povyshenie effektivnosti ispoizovaniya seiskohozyajstvennoj tehniki: materialy 68-j nauchno-prakti-cheskoj konferencii, Stavropol', 2004, pp. 101-105. (In Russian)
3. Miroshnikova V.V. Regulirovanie otechestvennogo proizvodstva i rynka sei skohozyajstvennoj tehniki [Regulation of domestic production and market of agricultural machinery], Me-hanizaciya i elektrifikaciya seiskogo hozyajstva, 2010, No 7, pp. 16-18. (In Russian)
4. Sovetov B.E., Yakovlev S.A. Modelirovanie system [System modeling], M., Vysshaya shkola, 2001, 343 p. (In Russian)
5. Orlyanskij A.V. Podxody k modelirovaniyu tehnologi-cheskih operacij kormouborochnogo processa [Approaches to modeling of technological operations of forage harvesting process], Vestnik APK Stavropol'ya, 2016, No 2 (22), pp. 24-27.
6. Orlyanskij A.V. Osnovnye principy postroeniya imita-cionnoj modeli uborochno-transportnoj sistemy zagotovki kormov [Basic principles of construction of a simulation model of harvesting and transport system of fodder], Mehanizaciya i elektrifikaciya seiskogo hozyajstva, 2007, No 7, pp. 35-36. (In Russian)
7. Kapov S.N., Orlyansky A.V., Lebedev A.T., Mali-ev V.K., Orlyanskaya I.A. Interaction Model Between a Curvili-
Сведения об авторах
Орлянский Александр Викторович - кандидат технических наук, профессор кафедры «Механика и компьютерная графика», ФГБОУ ВО «Ставропольский ГАУ» (Российская Федерация). Тел.: +7-962-442-20-92. E-mail: avorl@mail.ru.
Орлянская Ирина Александровна - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Механика и компьютерная графика», ФГБОУ ВО «Ставропольский ГАУ» (Российская Федерация). Тел.: +7-962-455-90-30. E-mail: IAOW@mail.ru.
Капов Султан Нануович - доктор технических наук, профессор кафедры «Механика и компьютерная графика», ФГБОУ ВО «Ставропольский ГАУ» (Российская Федерация). Тел.: +7-988-751-17-61. E-mail: Capov-sn57@mail.ru.
Петенев Александр Николаевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Механика и компьютерная графика», ФГБОУ ВО «Ставропольский ГАУ» (Российская Федерация). Тел.: +7-905-417-91-32. E-mail: stav-vmc@mail.ru.
Information about the authors
Orlyanskiy Alexander Viktorovich - Candidate of Technical Sciences, professor of the Mechanics and computer graphics department, FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» (Russian Federation). Phone: +7-919-755-24-11. E-mail: avorl@mail.ru.
Orlyanskaya Irina Aleksandrovna - Candidate of Technical Sciences, senior lecturer of the Mechanics and computer graphics department, FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» (Russian Federation). Phone: +7-962-455-90-30. E-mail: IAOW@mail.ru.
Kapov Sultan Nanuovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of the Mechanics and computer graphics department, FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» (Russian Federation). Phone: +7-988-751-17-61. E-mail: Capov-sn57@mail.ru.
Petenev Alexander Nikolaevich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Mechanics and computer graphics department, FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» (Russian Federation). Phone: +7-905-417-91-32. E-mail: stav-vmc@mail.ru.
near Working Surface and Soil, Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, November-December 2017, RJPBCS 8(6), pp. 581-590.
8. Orlyanskij A.V. Proektirovanie resursosberegayushhih kormouborochnyh sistem s ispol'zovaniem imitacionnogo modelirovaniya [Design of resource-saving forage harvesting systems using simulation modeling], Modernizaciya seiskoho-zyajstvennogo proizvodstva na baze innovacionnyh mashinnyh tehnologij i avtomatizirovannyh sistem: sbornik dokladov XII Mezhdunarodnoj nauchn.-tehn. konf., VIM, Uglich, 2012, pp. 779-786. (In Russian)
9. Orlyanskij A.V., Orlyanskaya I.A. Obobshhennaya imitacionnaya model' tehnologicheskogo processa zagotovki senazha [Generalized simulation model of the technological process of haylage harvesting], Trudy Kubanskogo gosu-darstvennogo agrarnogo universiteta KubGAU, Krasnodar, 2008, No 8, pp. 75-79. (In Russian)
10. Orlyanskaya I.A. Obshhaya imitacionnaya model' processa zagotovki senazha v plenochnoj upakovke [A general simulation model of the harvesting of silage in plastic packaging], Mehanizaciya i elektrifikaciya seiskogo hozyajstva, 2010, No 1, pp. 16-18. (In Russian)
11. Orlyanskaya I.A., Orlyanskij A.V., Petenev A.N., Gal'kov V.Yu. Imitacionnaya model' processa podbora i presso-vaniya travyanoj massy v rulony [Simulation model of the process of selection and pressing of grass mass into rolls], Aktual'nye problemy nauchno-tehnicheskogo progressa v APK: sbornik nauchnyh statej XII Mezhdunarodnoj nauchno-prakti-cheskojkonferencii, Stavropol', 2016, pp. 236-239. (In Russian)
УДК 631.362
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ СТИМУЛИРОВАНИЯ РАСТЕНИЙ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ © 2018 г. В.А. Сыркин, С.И. Васильев, C.B. Машков, М.Р. Фатхутдинов
Предметом исследований являются параметры магнитного поля, при которых оно оказывает оптимальное стимулирующее воздействие на растения сельскохозяйственных (зеленых) культур. Цель исследований - повышение эффективности выращивания растений за счет воздействия магнитным полем. Разработана экспериментальная установка для стимуляции растений в постоянном магнитном поле. Установка выполнена на базе кассет с ячейками для выращивания рассады, в которые посажен редис. На ряд ячеек установлены катушки индуктивности, соединенные в батареи. Каждая из трех батарей соединена через реостат с блоком питания. Направление витков провода в катушках и направление электрического тока в них
определяют магнитное поле, направленное в центре катушки вверх. В эксперименте были заложены опыты с одним меняющимся фактором - напряженностью магнитного поля, составляющей 1000 А/м, 3000 А/м, 5000 А/м. Остальные факторы оставались постоянными. Ряд выделенных ячеек с растениями без катушек были использованы как контроль. В процессе проведения эксперимента в каждом опыте была подсчитана длина растений и определено среднее значение. Было выявлено, что средняя длина растений, стимулированных в магнитном поле, была больше, чем на контроле. Наибольшая средняя длина наблюдалась у растений, стимулированных магнитным полем напряженностью 3000 А/м, и составила 152 мм, тогда как средняя длина растений на контроле составляет 106 мм. Проведена оценка разницы длин растений и подсчитан коэффициент вариации. Наименьший коэффициент вариации наблюдался при напряженности магнитного поля 3000 А/м, и 5000 А/м и составил соответственно 12,6% и 11,3%. Таким образом, стимулирование растений в постоянном магнитном поле увеличивает интенсивность их роста и развития, а также способствует увеличению урожайности.
Ключевые слова: стимулирование, магнитное поле, растения, частота, напряженность поля, магнитная катушка, магнитная индукция.
Subject of researches are parameters of a magnetic field in case of which it makes the optimum stimulating impact on plants of agricultural (green) cultures. The purpose of researches - increase in efficiency of plants cultivation, due to influence by a magnetic field. The experimental installation is developed for stimulation of plants in a constant magnetic field. Installation is executed on the basis of holders with cells for cultivation of seedling in which the garden radish is planted. On a row of cells the inductor coils connected in batteries are set. Each of three batteries is connected through a rheostat to power supply unit. The direction of rounds of a wire in coils and the direction of an electric current in them, define the magnetic field directed at coil center up. In an experiment experiences, with one changing factor - magnetic field strength, component 1000 Cars, 3000 Cars, 5000 Cars were put. Remaining factors remained constants. A row of the selected cells with plants without coils were used as monitoring. In the course of carrying out an experiment, in each experience length of plants was counted and mean value is defined. It was revealed that the average length of plants, stimulated in a magnetic field, was more than on monitoring. The greatest average length was watched at plants, stimulated a magnetic field strength of 3000 Cars and made 152 mm whereas the average length of plants on monitoring is 106 mm. Assessment of a difference of lengths of plants is carried out and the variation coefficient is counted. The smallest coefficient of a variation was watched in case of magnetic field strength of 3000 Cars and 5000 Cars, and made according to 12,6% and 11,3%. Thus, stimulation of plants in a constant magnetic field increases intensity of their growth and development and also promotes increase in productivity.
Keywords: stimulation, magnetic field, plants, frequency, field gradient, magnetic coil, magnetic induction.
Введение. Применение электрофизических технологий в растениеводстве позволяет повысить интенсивность роста и развития растений, а также заменить традиционные технологии, способствующие ускорению роста и развития растений. Одним из перспективных способов стимулирования растений является воздействие на них магнитным полем. В результате ускоряется рост растений, что способствует скорейшему созреванию семян и овощей [1, 6, 7]. Для создания оптимальных условий для роста и развития ряд растений выращивают на рассаду. Стимулирование растений в магнитном поле в данный период роста будет способствовать их развитию, что повысит эффективность процессах [3, 4].
Цель исследований - повышение эффективности выращивания растений за счет воздействия магнитным полем.
Задачи исследований:
- разработать экспериментальную установку стимулирования растений в магнитном поле;
- провести экспериментальные исследования по стимулированию растений в магнитном поле;
- провести анализ результатов исследования по стимулированию растений в магнитном поле.
Методика исследований. Для проведения исследований по воздействию на растения постоянного магнитного поля была разработана экспериментальная установка на базе кассет с ячейками для рассады (рисунок 1 а). Установка состоит из двух кассет для рассады с ячейками, заполненными грунтом. Также установлено электрооборудование, которое включает блок питания постоянного тока и (рисунок 1 б), три реостата Р1-Р3, двадцать четыре катушки индуктив-
ности М-1-24 и электрические соединительные провода. Катушки индуктивности установлены на внешней стороне ячеек с грунтом. Направление витков медного провода в катушке, а также направление электрического тока в проводах подобрано таким образом, что линии магнитной индукции в центре катушек направлены вверх. Таким образом, каждая катушка создает магнитное поле, магнитный поток которого проходит вверх через ячейки с посаженными в грунте растениями. Далее магнитный поток рассеивается и меняет свое направление вниз и затем сходится в нижней части ячейки с грунтом, меняя свое направление вверх. Катушки последовательно соединены проводами по восемь штук, образуя три батареи. Каждая батарея через реостат присоединена к блоку питания. Реостаты предназначены для установки заданного значения силы тока в проводниках батарей катушек (рисунок 1 б) [2, 5].
Катушки в батареях расположены в два ряда по ширине кассеты. Две батареи катушек установлены на первой кассете таким образом, что между батареями остались два ряда без катушек, а также один ряд с края кассеты. Третья батарея установлена с одного края второй кассеты, при этом остальные ячейки второй кассеты не оснащены катушками. При этом два ряда ячеек, расположенные на второй кассете с противоположной стороны от третьей батареи, являются контрольными [2, 5].
При проведении эксперимента было заложено четыре опыта, в которых изменялся один фактор -напряженность магнитного поля в катушках 1000 А/м, 3000 А/м, 5000 А/м и контроль (растения, не подверженные магнитной стимуляции).
±
Щ
_1
и
+
1 —
а б
а-общий вид; б-электрическая схема; и -блок питания; Ш-ИЗ - реостаты; 17-124- катушки индуктивности Рисунок 1 - Экспериментальная установка магнитной стимуляции растений
Стимуляция растений осуществлялась ежедневно в одно время с момента появления всходов. Время стимуляции составляло один час в сутки. Для обеспечения заданного времени обработки блок питания включался в сеть через таймер.
Нормы освещенности, температуры и полив поддерживались одинаковыми для всех опытов.
Исследования по воздействию магнитного поля на растения проводились на редисе скороспелого сорта.
По истечении срока проведения эксперимента проводились измерения длины зеленой и корневой
части растений. Измерения проводились при помощи линейки.
Результаты исследований и их обсуждение. В данной статье представлены результаты исследования изменения длины зеленой части редиса под воздействием магнитного поля катушек индуктивности.
По результатам проведенного анализа длины растений в каждом опыте была определена их средняя длина. Результаты измерений представлены в таблице.
Результаты исследования длины растений редиса после стимулирования и на контроле
Значение изменяемого фактора, А/м и контроль Длина зеленой части растений, мм Среднее значение, мм
1000 129 101 132 178 109 137 131 116 129
3000 145 165 127 185 143 151 117 152 152
5000 127 145 125 130 156 165 155 163 146
Контроль 115 91 115 109 85 105 121 109 106
Анализ результатов показал, что средняя длина растений, которые стимулировались магнитным полем, оказалась выше, чем на контроле. При этом наибольшая средняя длина наблюдается у растений, стимулированных магнитным полем напряженностью
3000 А/м. Она составила 152 мм, тогда как средняя длина растений на контроле составляет 106 мм. Зависимость средней длины растений от напряженности воздействующего магнитного поля представлена на графике (рисунок 2).
160,0 ■
| 140,0 ■ § 120,0 ■ | 100,0 ■ £ 80,0 ■ § 60,0 ■ 4 40,0 ■ 5 20,0 ■ X Л А
5 и Контроль 1000 3000 5000 Напряженность магнитного поля, А/м
Рисунок 2 - Зависимость длины зеленой части растения от действующего магнитного поля
Также была проведена оценка разницы длины растений в каждом опыте и был рассчитан коэффициент вариации по каждому значению изменяемого фактора. В результате расчетов было определено, что при напряженности магнитного поля в 1000 А/м коэффициент вариации составил 18,6%, при напряженности 3000 А/м - 12,6%, при напряженности 5000 А/м -11,3%, а на контроле - 13,2%.
Таким образом, наименьшие коэффициенты вариации наблюдаются при напряженности 5000 А/м и 3000 А/м, что незначительно ниже, чем на контроле.
Также, вне основной программы исследований, был произведен анализ длины растений, которые были посажены в ячейки кассет, расположенные в непосредственной близости от ячеек с катушками. На растения в данных ячейках также оказывалось воздействие магнитным полем со стороны расположенных рядом катушек индуктивности. При этом линии магнитной индукции в данном случае были направлены сверху вниз.
Анализ показал, что средний рост растений, посаженных в ячейки в непосредственной близости с батареями катушек индуктивности, оказался выше, чем на контроле, на 23%.
Выводы. Таким образом, на основании исследований и анализа было выявлено, что процесс стимулирования растений в постоянном магнитном поле имеет определенный положительный эффект, связанный с увеличением интенсивности и скорости роста растений. В результате применение постоянного магнитного поля для стимуляции рассады позволит повысить эффективность ее выращивания и урожайность.
Литература
1. Васильев, С.И. Электромагнитное стимулирование семян и растений / С.И. Васильев, C.B. Машков, М.Р. Фат-хутдинов II Сельский механизатор. - 2016. - № 7. - С. 8-9.
2. Ибрашев, Ю.С. Разработка экспериментальной установки магнитной стимуляции растений / Ю.С. Ибрашев, P.A. Рамазанов, В.А. Сыркин II Материалы 62-й студенческой научно-практической конференции инженерного факультета ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»: сб. науч. тр. - Кинель: РИО Самарской ГСХА, 2017. - С. 100-102.
3. Рамазанов, P.A. Воздействие магнитного поля на биологические объекты / P.A. Рамазанов, Д.Х. Сабиров,
B.А. Сыркин II Электрооборудование и электротехнологии в сельском хозяйстве: сб. науч. тр. - Кинель: РИО СГСХА, 2017.-С. 137-141.
4. Совершенствование электрофизических способов и технических средств для контроля и воздействия на сельскохозяйственные объекты: отчет о НИР (промежуточ.); рук.
C.С. Нугманов; исполн. Т.С. Гриднева, С.И. Васильев, П.В. Крючин, М.Р. Фатхутдинов, В.А. Сыркин, С.Н. Тарасов -Кинель, 2016. - 52 с. - № ГР 01201376403. - Инв. № АААА-Б17-217013020021-7.
5. Сыркин, В.А. Разработка устройства комплексной стимуляции семян и растений магнитным полем / В.А. Сыркин, Д.А. Яковлев, Д.Х. Сабиров II Вклад молодых ученых в
аграрную науку: материалы Международной научно-практи-ческой конференции. - Кинель: РИО СГСХА, 2017. - С. 202-204.
6. Предпосевная обработка семян: опыт Нижнего Поволжья / И.В. Юдаев, Е.В. Азаров, М.Н. Белицкая, И.Р. Гри-буст II Энергетика и автоматика. - 2013. - № 3. - С. 48-54.
7. Юдаев, И.В. Предпосевная электрофизическая обработка семян - перспективный агроприем ресурсосберегающей технологии возделывания озимой пшеницы / И.В. Юдаев, А.П. Тибирьков, Е.В. Азаров II Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. - № 3 (27). -С. 61-66.
References
1. Vasil'ev S.I., Mashkov S.V., Fatkhutdinov M.R. Elek-tromagnitnoe stimulirovanie semyan i rasteniy [Electromagnetic stimulation of seeds and plants], Sel'skiy mekhanizator, 2016, No 7, pp. 8-9. (In Russian)
2. Ibrashev Yu.S., Ramazanov R.A., Syrkin V.A. Razra-botka eksperimental'noy ustanovki magnitnoy stimulyatsii rasteniy [Development of experimental installation of magnetic stimulation of plants], Materialy 62-j studencheskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii inzhenernogo fakul'teta FGBOU VO «Samarskaya gosudarstvennaya seiskokhozyaystvennaya aka-demiya»: sb. nauch. tr., Kinel', PIO Samarskoy GSKHA, 2017, pp. 100-102. (In Russian)
3. Ramazanov R.A., Sabirov D.Kh., Syrkin V.A. Voz-deystvie magnitnogo polya na biologicheskie ob"ekty [Impact of magnetic field on biological objects], Elektrooborudovanie i elek-trotekhnologii v sel'skom khozyaystve: sb. nauch. tr., Kinel', PIO Samarskoy GSKHA, 2017, pp. 137-141. (In Russian)
4. Sovershenstvovanie elektrofizicheskikh sposobov i tekhnicheskikh sredstv dlya kontrolya i vozdeystviya na sel'skokhozyastvennye ob"ekty [Improvement of electrophysical ways and technical means for control and impact on agricultural objects: report on research work], head S.S. Nugmanov, performers T.S. Gridneva, S.I. Vasilev, P.V. Kryuchin, M.R. Fatkhutdinov, V.A. Syrkin, S.N. Tarasov, Kinel', 2016., pp. 1-52, No SR 01201376403, inventory No AAAA-B17-217013020021-7.
(In Russian)
5. Syrkin V.A., Yakovlev D.Kh., Sabirov D.Kh. Razra-botka ustroystva kompleksnoy stimulyatsii semyan i rasteniy magnitnym polem [Development of the device of complex stimulation of seeds and plants magnetic field], Vklad molodykh uche-nych v agrarnuyu nauku: mat. Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, Kinel', PIO Samarskoy GSKHA, 2017, pp. 202-204. (In Russian)
6. Yudaev I.V., Azarov E.V., Belitskaya M.N., Gri-bust I.R. Predposevnaya obrabotka semyan: opyt Nizhnego Povolzhya [Preseeding processing of seeds: experience of Lower Volga area], Energetika i avtomatika, 2013, No 3, pp. 48-54. (In Russian)
7. Yudaev I.V., Tibir'kov A.P., Azarov E.V. Predposevnaya elektrofizicheskaya obrabotka semyan - perspektivnyy agropriem resursosberegayuschey tekhnologii vozdelyvaniya ozimoy pshenitsy [Preseedin gelectrophysical processing of seeds - perspective agroreception of resource-saving technology of cultivation of a winter wheat], Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professio-nal'noe obrazovanie, 2012, No 3(27), pp. 61-66. (In Russian)
Сведения об авторах
Сыркин Владимир Анатольевич - старший преподаватель кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Кинель, Российская Федерация). Тел.: 8 (846) 634-63-46. E-mail: sirkin_va@mail.ru.
Васильев Сергей Иванович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Кинель, Российская Федерация). Тел.: 8 (846) 634-63-46. E-mail: si_vasilev@mail.ru.
Машков Сергей Владимирович - кандидат экономических наук, декан инженерного факультета, ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Кинель, Российская Федерация). Тел.: 8 (846) 634-63-46. E-mail:mash_ser@mail.ru.
Фатхутдинов Марат Рафаилевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Кинель, Российская Федерация). Тел.: 8 (846) 634-63-46. E-mail: fathutdinov_mr@mail.ru.
Information about the authors Syrkin Vladimir Anatolievich - senior lecturer of the Electrification and automation of agroindustrial complex department, FSBEI HE «Samara State Agricultural Academy» (Kinel, Russian Federation). Phone: 8 (846) 634-63-46. E-mail: sirkin_va@mail.ru.
Vasilev Sergey Ivanovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of Electrification and automation of agroindustrial complex department, FSBEI HE «Samara State Agricultural Academy» (Kinel, Russian Federation). Phone: 8 (846) 634-63-46. E-mail: si_vasilev@mail.ru.
Mashkov Sergey Vladimirovich - Candidate of Economic Sciences, dean of engineering faculty, FSBEI HE «Samara State Agricultural Academy» (Kinel, Russian Federation). Phone: 8 (846) 634-63-46. E-mail: mash_ser@mail.ru.
Fatkhutdinov Marat Rafailevich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of Electrification and automation of agroindustrial complex department, FSBEI HE «Samara State Agricultural Academy» (Kinel, Russian Federation). Phone: 8 (846) 634-63-46. E-mail: fathutdinov_mr@mail.ru.
УДК 621.314.11:621.316.925.4
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВЫХ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ © 2018 г. И.В. Юдаее, С.В. Волобуее, А.С. Феклистое
Рассмотрены вопросы повышения эффективности защиты асинхронных двигателей, работающих в электроприводах сельскохозяйственных установок и машин. Несмотря на большое количество существующих и вновь разрабатываемых устройств защиты двигателей, аварийность последних в сельском хозяйстве остается высокой. При этом большинство новых аппаратов защиты проектируются с функционалом микропроцессорной техники, с трудом отвечая требованиям к аппаратам защиты: эффективность, простота конструкции и низкая стоимость. Наиболее подходящими под эти требования устройствами защиты являются тепловые реле, в основу работы и описания принципа действия которых положено физическое моделирование косвенного способа измерения температуры статарной обмотки двигателя. В силу присущих тепловым реле недостатков, они имеют невысокие измерительные и функциональные свойства. Поэтому для улучшения эксплуатационных свойств реле был проведен анализ дифференциальных уравнений, описывающих теплообмен между элементами в асинхронном двигателе и тепловом реле. Это позволило установить связь параметров реле с протекающим по нему току двигателя и выявить, что необходимо соответствующее изменение тока реле относительно тока двигателя. Для реализации этого способа повышения эффективности защиты асинхронного двигателя тепловым реле было спроектировано устройство защиты, содержащее цифровой нелинейный преобразователь тока с подключенным к нему тепловым реле. Был разработан алгоритм работы устройства и получена функция преобразования выходного тока цифрового нелинейного преобразователя тока, что дало возможность добиться практически полного совпадения время-токовых характеристик теплового реле и асинхронного двигателя, т.е. повысить измерительные и функциональные свойства реле.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, тепловое реле, дифференциальные уравнения, время-токовые характеристики, цифровой нелинейный преобразователь тока.
The questions of increase of efficiency of protection of the asynchronous motors working in electric drives of agricultural installations are considered. Despite the large number of existing and newly developed engine protection devices, their accident rate in agriculture remains high. At the same time, most of the new protection devices are based on microprocessor technology, which hardly meet the requirements for protection devices: efficiency, simplicity of design and low cost. The most suitable for these requirements are protection devices thermal relays, which are based on the physical simulation of indirect way of measuring the temperature of the stator winding of the engine. Due to inherent deficiencies, thermal relays have low measuring and functional properties. Therefore, to improve these properties of the relay, the differential equations describing the heat transfer between the elements in the asynchronous motor and the thermal relay were analyzed. This made it possible to establish a connection between the relay parameters and the motor current flowing through it and to identify that a corresponding change in the relay current relative to the motor current is necessary. To implement this method of improving the protection efficiency of the asynchronous motor thermal relay was developed a protection device containing a digital nonlinear current converter with a thermal relay connected to it. The algorithm of the device operation was developed and the function of converting the output current of a digital nonlinear current converter was obtained. This made it possible to achieve almost complete coincidence of the time-current characteristics of the thermal relay of the asynchronous and the motor, i.e. to increase the functional measurement and properties of the relay.
Keywords: asynchronous motor, thermal relay, differential equations, time-current characteristics, digital nonlinear current converter.
Введение. Сельскохозяйственное производство сегодня не может обойтись без электропривода, основным элементом которого, в большинстве случаев, являются асинхронные электродвигатели. Накопленный опыт эксплуатации последних показал, что ежегодно, вследствие возникновения различных аварийных и ненормальных режимов работы, из строя выходит значительное количество этих двигателей [1]. Поэтому необходимы разработка и принятие мер, направленных на сокращение выхода их из строя.
Одной из таких мер является подбор аппаратов защиты двигателей, которые должны быть максимально эффективными, простыми и дешевыми. Анализ существующих конструкций аппаратов для защиты двигателей показал, что в настоящее время нет универсального устройства защиты, несмотря на то, что самыми совершенными и наиболее перспективными являются микропроцессорные устройства защиты [2-5], но они сложно устроены и дорогие, а самими распространенными, из-за простоты конструкции и низкой стоимости, являются тепловые реле (ТР). Поэтому, именно ТР для защиты асинхронных двигателей в сельскохозяйственном производстве следует рассматривать в качестве технических средств, удовлетворяющих заявленным ранее требованиям.
Результаты исследований и их обсуждение. ТР будет эффективным в том случае, когда его
7 7 7 £ £ £
Р
J/
J?
J/
рабочие параметры правильно согласованы с параметрами двигателя. Такое согласование возможно только при максимальном совпадении времени достижения предельно допустимой температуры двигателя и температуры срабатывания ТР.
Асинхронный двигатель (АД), с точки зрения теории нагрева, представляет собой сложную термодинамическую систему, неоднородную по своим тепловым параметрам. Исследование такой системы возможно с помощью составления ее математической модели, которая описывается дифференциальными уравнениями [6].
В основу работы ТР положено физическое моделирование косвенного способа измерения температуры двигателя. Тепловые процессы, протекающие при этом в ТР, состоящем из нагревателя и биметаллической пластинки, также описываются соответствующими дифференциальными уравнениями [6].
Анализ систем дифференциальных уравнений показал, что наиболее подходящим способом согласования параметров АД и ТР является изменение тока реле относительно тока двигателя [7-9].
Для реализации этого способа было разработано «Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки по току» (патент РФ на ПМ № 183431 [10]), блок-схема которого показана на рисунке 1.
1
5ИГ
if
SJ
/ !
1 - цифровой нелинейный преобразователь тока; 2 - электротепловое реле; 3 - трансформаторы тока; 4 - блок управления; 5 - блок питания; 6 - силовой блок; 7 - входные зажимы; 8 - выходные зажимы; 9 - силовые шины Рисунок 1 - Блок-схема устройства для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки по току
Разработанное устройство дает возможность получить для конкретного ТР семейство время-токовых характеристик (ВТХ) и работает согласно следующему алгоритму: трансформаторами тока контролируется ток в каждой фазе, и если он попадает в заданный предел 1,05-1нд ^ 1п ^ 1,5-1Нд, то цифровой нелинейный преобразователь тока изменяет выходной ток устройства в соответствии с функцией преобразования выходного тока /р = Щ. Если ток находится за пределами выбранного интервала, то /р = 1$.
Для исследования были выбраны двигатель АИР71В4УЗ и реле РТЛ 100704, ВТХ которых приведены на рисунке 2.
Анализ поведения кривых на рисунке 2 показывает, что при протекании одинакового тока по обмоткам АД и ТР наблюдается значительное расхождение их время-токовых характеристик. Поэтому необходимо изменение тока РТ относительно тока АД. Например, при 5%-й перегрузке по току двигатель достигает предельно допустимой температуры нагрева за 700 с, а
ТР сработает за это же время, но при кратности тока 1,15. Для 10%-й перегрузки время составляет 475 с, при этом кратность тока реле должна составлять 1,187. Анализ для остальных токов перегрузки аналогичен. Зависимость тока реле от тока двигателя приведена на рисунке 3.
Выходная характеристика цифрового нелинейного преобразователя тока была аппроксимирована полиномом третьей степени и получена функция преобразования выходного тока, протекающего по ТР: 1Р(1д)=0,488-(1д)3 - 2,5252-(1д)2 + 4,67131д~ 1,5398. (1)
1,С
800
600
400
200
Рисунок 2 - Время-токовые характеристики двигателя АИР71В4УЗ и теплового реле PTJ1100704
1.5 1,4 1,3 1,2 1,1
1р,о.е.
у =0.488 х3 - 2,5252 К: = x2 + 4,ó7i: ) 996? (х - 1,5398
1,1
1,2
1,3
1,4
1.5
1д,о.е.
Рисунок 3 - Выходная характеристика цифрового нелинейного преобразователя тока в диапазоне ¡а = 1.05 - 1,5
Данная функция преобразования имеет коэффициент детерминации Н2=0,9%2. Затем была проведена компиляция в программе «MPI.ABXIDEv5.05»
с функцией преобразования тока и последующим программированием микроконтроллера (рисунок 4).
221 222
223
224
225
226 227 223
у/***************************************************************************
void Polinom {void) // функция преобразования выходного тока (НПТ)
? Í
Poli = 0.488+pow(Id,3>-2.5252*pow¡Idp2>+4.6713*Id-1.5338;
// где Id - текущеее значение тока двигателя
} // конец функции
//***********************+*+*■**■************+************+*+*■**+**************
Рисунок 4 - Код программы с функцией преобразования тока, записанный на языке программирования «С»
Полученная время-токовая характеристика устройства для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки по току показана на рисунке 5.
Характер поведения кривых на рисунке 5 показывает, что совместное использование теплового реле
РТЛ100704 и цифрового нелинейного преобразователя тока с выходной характеристикой, соответствующей выражению (1), позволяет добиться практически полного совпадения время-токовых характеристик реле и двигателя.
800 600 400 200 о
с
m ■BTX АД
F .TX TP .TX устр
_ _ _
1,1 1,2 1.3 1.4 1,5 ,
1д,о.е.
Рисунок 5 - Время-токовые характеристики
Выводы. Из всего сказанного следует, что современное сельское хозяйство еще не готово полностью переходить на микропроцессорные устройства защиты из-за их высокой стоимости и нехватки квалифицированного персонала для их обслуживания, поэтому требуется постепенное внедрение цифровых устройств, одним из которых вполне может стать спроектированное устройство для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки по току, которое объединило в себе всем хорошо известное и проверенное годами эксплуатации тепловое реле и несложные цифровые компоненты, позволяющие в комплексе существенно повысить эффективность защиты двигателя.
Литература
1. Киреева, Э.А. Возможные неисправности асинхронных электродвигателей и их ремонт / Э.А. Киреева // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - 2008. -№6. -С. 37-41.
2. Heising, C.R. Digital Relay Software Quality / C.R. Heising, R.C. Patterson, E.Y. Weintraub. - General Electric, GER_3660. - Edinburgh, UK, 1989. -14 p.
3. Heising, C.R. Reliability Expectations for Protective Relays. Developments in Power Protection / C.R. Heising, R.C. Patterson II Fourth International Conference in Power Protection, 11-13 Apr., 1989.-Edinburgh, UK, 1989.-P. 23-26.
4. Ward, S. Improving Reliability for Power System Protection I S. Ward, T. Dahlin II 58th Annual Protective Relay Conference, Atlanta, GA, April 28-30, 2004.
5. Gurevich, V. Reliability of microprocessor - based protective devices - revisited / V. Gurevich II Journal of Electrical Engineering. - 2009. - Vol. 60. - № 5. - P. 295-300.
6. Волобуев, С. В. Эффективность зашиты асинхронных электродвигателей тепловыми реле / С.В. Волобуев II Механизация и электрификация с.х. —2011. — № 6. — С. 24-25.
7. Волобуев, С.В. Согласование кривых нагрева и время-токовых характеристик асинхронных двигателей и тепловых реле второго порядка / С.В. Волобуев II Промышленная энергетика. - 2012. - № 6. - С. 30-33.
8. Волобуев, С.В. Дифференциальные уравнения и характеристики нагрева электродвигателей и тепловых реле / С.В. Волобуев, И.Я. Сомов, В В. Мусцевой II Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. - № 2 (26). -С. 215-219.
9. Волобуев, С.В. Поиск совокупности параметров теплового реле, дающей требуемую кривую нагрева / С.В. Волобуев II Научные основы стратегии развития АПК и сельских территорий в условиях ВТО: материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию образования ВолГАУ, 28-30 января 2014 г., г. Волгоград. - Волгоград, 2014. - Т. 3. - С. 419-426.
10. Пат. 183431 РФ, МПК Н02Н 5/04. Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки по току / Волобуев С.В., Феклистов А.С., Юдаев И.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ. -№ 2018124407: заявл. 03.07.2018; опубл. 27.09.2018. Бюл. №27.
References
1. Kireeva Je.A. Vozmozhnye neispravnosti asinhron-nyh elektrodvigatelej i ih remont [Possible faults of induction motors and their repair], Elektrooborudovanie: espluatacija i remont, 2008, No 6, pp. 37-41. (In Russian)
2. Heising C.R. Patterson R.C., Weintraub E.Y. Digital Relay Software Quality, General Electric, GER-3660, - Edinburgh, UK, 1989. 14 p.
3. Heising C.R. Patterson R.C. Reliability Expectations for Protective Relays, Developments in Power Protection, Fourth International Conference in Power Protection, 11-13 Apr., 1989, Edinburgh, UK, 1989, pp. 23-26.
4. Ward S., Dahlin T. Improving Reliability for Power System Protection, 58th Annual Protective Relay Conference, Atlanta, GA, April 28-30, 2004.
5. Gurevich V. Reliability of microprocessor - based protective devices - revisited, Jounal of Electrical Engineering, 2009, Vol. 60, No 5, pp. 295-300.
6. Volobuev S.V. Effektivnost' zashhity asinhronnyh elektrodvigatelej teplovymi rele [Efficiency of protection of asynchronous electric motors by thermal relays], Mehanizacija i elek-trifikacija s.h., 2011, No 6, pp. 24-25. (In Russian)
7. Volobuev S.V. Soglasovanie krivyh nagreva i vremja tokovyh harakteristik asinhronnyh dvigatelej i teplovyh rele vtorogo porjadka [Coordination of heating curves and time-current characteristics of asynchronous motors and second-order thermal relays], Promyshlennaja jenergetika, 2012, No 6, pp. 30-33. (In Russian)
8. Volobuev S.V., Somov I.Ja., Muscevoj V.V. Differen-cial'nye uravnenija i harakteristiki nagreva elektrodvigatelej i teplovyh rele [Differential equations and heating characteristics of electric motors and thermal relays], Izvestija Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie, 2012, No 2 (26), pp. 215-219. (In Russian)
9. Volobuev S.V. Poisk sovokupnosti parametrov tep-lovogo rele, dajushhej trebuemuju krivuju nagreva [Search for a set of parameters of the thermal relay, which gives the required heating curve], Nauchnye osnovy strategii razvitija APK / seiskih territorij v uslovijah VTO: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konfeencii, posvjashhennoj 70-letiju obrazovanija VolGAU, 28-30 janvarja 2014 g, Volgograd, 2014, T. 3, pp. 419-426. (In Russian)
10. Volobuev S.V., Feklistov A.S., Judaev I.V. Ustrojstvo dlja zashhity trehfaznogo elektrodvigatelja ot peregruzki po toku [Device for protection of three-phase electric motor against over-current], pat. 183431 RF, MPK N02N 5/04, zajavitel' i patentoob-ladatel' FGBOU VO Volgogradskij GAU, No 2018124407; zajavl. 03.07.2018; opubl. 27.09.2018, Bjul. No 27. (In Russian)
Сведения об авторах
Юдаев Игорь Викторович - доктор технических наук, профессор кафедры «Теплоэнергетика и информационно-управляющие системы», заместитель директора по научной работе, Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: 8-902-381-83-39. E-mail:etsh1965@mail.ru.
Волобуев Сергей Васильевич - старший преподаватель кафедры «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий АПК», ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (Российская Федерация). Тел.: 8-927-506-40-43. E-mail:sergey-aspir14@yandex.ru.
Феклистов Андрей Сергеевич - ассистент кафедры «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий АПК» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (Российская Федерация). Тел.: (8442) 41-16-04. E-mail: feklistov_as@mail.ru.
Information about the authors Yudaev Igor Viktorovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Heat power engineering and information control systems department, Deputy Director for scientific work, Azov-Black Sea Engineering Institute - a branch of the FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: 8-902-381-83-39. E-mail: etsh1965@mail.ru.
Volobuev Sergey Vasilievich - senior lecturer of the Electrotechnology and electrical equipment in the agriculture department, FSBEI HE «Volgograd State Agrarian University» (Russian Federation). Phone: 8-927-506-40-43. E-mail: sergey-aspir14@yandex.ru.
Feklistov Andrey Sergeevich - assistant of the Electrotechnology and electrical equipment in the agriculture department, FSBEI HE «Volgograd State Agrarian University» (Russian Federation). Phone: (8442) 41-16-04. E-mail: feklistov_as@mail.ru.
