CC BY
38
Literatura
1. Sokolov A.I., V.A. Haritonov, T.I. Krivenko. Mekhanizaciya obrabotki pochvy na neraskorchevannyh vyrubkah v usloviyah Karelii. - Petrozavodsk: Karel'skij nauchnyj centr RAN, 2008. - 100 s.
2. Sineokov G.N., Panov I.M. Teoriya i raschet pochvoobrabatyvayushchih mashin. - M.: Mashinostroenie, 1977. - 328 s.
3. Galeev S.H., Murtazin R.SH. Sozdanie mineralizovannyh protivopozharnyh polos universal'nymi pochvoobrabatyvayushchimi mashinami // EHnergoehffektivnye i resursosberegayushchie tekhnologii i sistemy: mezhdunarodnyj sb. nauch. tr. - Saransk: Izd-vo Mordov. un-t, 2014. - S. 574-580.
4. Galeev S.H., Murtazin R.SH. Vzaimodejstvie rabochego organa s pochvennoj sredoj // Aktual'nye problemy gumanitarnyh i estestvennyh nauk. - 2013. - № 12-1. - S. 136-138.
5. Posmet'ev V.I. Obosnovanie perspektivnyh konstrukcij predohranitelej dlya rabochih organov lesnyh pochvoobrabatyvayushchih orudij. - Voronezh: VGLTA, 2000. - 248 s.
УДК 621.316;621.3.064
Канд. техн. наук Д.Е. ДУЛЕПОВ (ГБОУ ВО НГИЭУ, dulepov.86@mail.ru) Исследователь Ю.М. ДУЛЕПОВА (ГБОУ ВО НГИЭУ, makjul92@mail.ru) Исследователь Т.Е. КОНДРАНЕНКОВА (ГБОУ ВО НГИЭУ, tat2192@mail.ru)
СИЛОВОЙ КЛЮЧ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫМ СИММЕТРИРУЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ
Нормы и качество электрической энергии регламентирует ГОСТ 32144-2013, который устанавливает нормально и предельно допустимые значения показателей качества электрической энергии (ПКЭ) в распределительных сетях 0,38 кВ, в том числе показатели несимметрии напряжений. Несимметрия напряжений - состояние системы энергоснабжения трехфазного переменного тока, в которой среднеквадратические значения основных составляющих междуфазных напряжений или углы сдвига фаз между основными составляющими междуфазных напряжений не равны между собой [1].
Несимметрия напряжения негативно сказывается на работе электрооборудования и системы электроснабжения в целом. Например, около 4% всей потребляемой сельским хозяйством электрической энергии дополнительно теряется в асинхронных электродвигателях при их работе в сетях с постоянно несимметричной системой напряжений, возникающей вследствие несимметрии токов. Так, увеличение напряжения на 10% ведет к возрастанию светового потока и освещенности рабочей поверхности до 40%, уменьшается срок службы ламп накаливания втрое; к увеличению потребления реактивной мощности сети, что снижает коэффициент мощности. Уменьшение напряжения сети на 10% приводит к уменьшению светового потока ламп накаливания до 40%; уменьшению момента вращения электродвигателя на 20% [7]. Несимметрия токов и напряжений в распределительных сетях 0,38 кВ носит случайный характер, особенно при наличии коммунально-бытовой нагрузки, именно этим обусловлена необходимость применения регулируемых симметрирующих устройств, которые должны не только снижать уровень несимметрии и потерь в сети, но и отвечать требованиям надежности и быстродействия.
Цель исследования - разработка быстродействующего силового ключа для автоматического управления симметрирующим устройством, который обеспечит надежные переключения при коммутациях СУ.
Материалы, методы и объекты исследования. Для снижения уровня несимметрии токов и напряжений в распределительных сетях 0,38 кВ разработаны различные способы и технические средства. Применение симметрирующих устройств является одним из действенных способов снижения потерь электрической энергии в электрических сетях сельскохозяйственного назначения [2, 3]. Емкостно-индуктивные симметрирующие устройства (СУ), обладающие минимальным сопротивлением токам нулевой последовательности, подключаются параллельно нагрузке и работают в режиме резонанса напряжений на основной гармонике, за счет чего снижают несимметрию токов и напряжений у потребителей и повышают ПКЭ.
Существующие симметрирующие устройства обладают рядом недостатков: обеспечивают значительное потребление электроэнергии; количество переключений ступеней СУ ограничено ресурсом катушки магнитного пускателя и ее контактов; кроме этого в конструкцию некоторых устройств входят нелинейные элементы, которые вносят существенное искажение в форму кривой тока [9, 10].
Регулируемое симметрирующее устройство, предложенное авторами (рис. 1) [4, 5], позволяет на 20% снизить потери, обусловленные несимметричными режимами работы электрический сети 0,38 кВ.
Преимуществом данного СУ является то, что мощность устройства саморегулируется в функции уровня несимметрии фазных напряжений.
Регулируемое симметрирующее устройство содержит в каждой фазе параллельно подключаемые ступени мощности, включающие в себя емкостные элементы, соединенные в звезду, реактор, включенный между нейтральным проводом и нулевой точкой конденсаторов, систему автоматического управления, отличающегося тем, что реактор имеет рабочие выводы по числу ступеней мощности, причем каждый рабочий вывод реактора подключается к нейтральному проводу питающей сети через последовательно включенные замыкающийся контакт соответствующей ступени и размыкающийся контакт последующей ступени.
abc
Блок управления
15
I
I
-•- ti-•- ti-•-
=U1 =L= 2 =м 2 =L
Л
i
A
0
14
N
13
12
10
11
Рис. 1. Регулируемое симметрирующее устройство для трехфазной сети с нейтральным проводом: 1-3 - емкостные элементы; 4-6 - реакторы; 7-10, 12, 14 - замыкающие контакты; 11, 13 - размыкающие
контакты; 15 - блок управления устройством
Результаты исследования. Для автоматического управления устройством предназначен блок управления, который осуществляет подключение соответствующей ступени СУ в зависимости от уровня несимметрии фазных напряжений. Каждая ступень СУ представляет собой колебательный ЬС контур, настроенный на резонансную частоту 50 Гц. При резко переменной нагрузке число коммутаций существенно возрастает - именно это условие диктует необходимость создания быстродействующего силового ключа, который обеспечит надежные переключения при коммутациях СУ.
В качестве коммутационных аппаратов предлагается использовать двунаправленный тиристорный ключ по следующим соображениям [6]:
1) включение тиристора происходит только при совпадении сетевого напряжения и напряжения на конденсаторе, т.е. при нулевом токе через конденсатор;
2) полное отсутствие искрения и дугообразования при коммутации;
3) неограниченный ресурс по числу коммутаций;
4) высокое быстродействие.
Управление силовыми ключами осуществляется логическими элементами по следующей схеме (рис. 2).
Блок управления состоит из трех дифференциальных дискриминаторов ДД1-ДД3, построенных на схеме 2ИЛИ-НЕ, которые вырабатывают на выходе логическую единицу в том случае, когда входное напряжение заключено между двумя порогами и равно логическому нулю во всех остальных случаях.
В исходном состоянии с выводов дифференциальных дискриминаторов ДД1-ДД3 на логические элементы ИЛИ1-ИЛИ3 подаются логические нули, на выходах этих элементов также нули, таким образом ЯБ-триггеры 19, 20, 21 находятся в нулевом (сброшенном) состоянии: напряжение на их прямых выходах имеет низкий потенциал, т.е. на всех прямых выходах КБ-триггеров сигнал равен логическому нулю.
ДД1
ш
ДД2
Ш
ДЦЗ
Блок управления
м шг
23 !
11
и I
Рис.2. Схема управления регулируемым симметрирующим устройством
Тиристорные двунаправленные ключи 7-9, 10, 12, 14 находятся в закрытом состоянии, ключи 11 и 13 открыты через инвертирующие элементы НЕ 22 и 23, таким образом, СУ отключено от сети. При отклонении фазного напряжения от величины, регламентируемой ГОСТ [1] на величину - 5-10% от £/ыом, с выхода ДД1 на один или несколько входов элементов ИЛИ1 (16) поступает логическая единица, на выходе элемента также получаем единицу. При поступлении единичного сигнала на вход ЯБ-триггера 19 на его прямом выходе получим высокий потенциал, при этом двунаправленные тиристорные ключи 7 и 10 перейдут в проводящее состояние, и включится первая ступень регулируемого СУ.
Включение второй и третьей степеней СУ возможно при большем отклонении значений одного из фазных напряжений. При большем отклонении одного из фазных напряжений на вход ЯБ-триггера 20 поступает единичный сигнал, и таким образом тот же сигнал поступает на тиристорные ключи 8, 12 и 11 через инвертирующий элемент НЕ 23. В схеме СУ происходит следующее: при замыкании ключей 8 и 12 подключается дополнительные емкостной (2) и индуктивные элементы (4 и 5), при этом отключается 11, выводя из цепи СУ индуктивность 6. Единичный сигнал с триггера 20 инвертируется через элемент НЕ 23, при этом мощность регулируемого СУ «форсируется» за счет увеличения значений параметров реактивных элементов. Включается вторая ступень СУ.
При большем отклонении одного из фазных напряжений (иа, ив, ис) подключается третья ступень регулируемого СУ. С ДД3 приходит логическая единица, сигнализирующая о большем отклонении напряжения по одной, двум или трем фазам. Мощность СУ возрастает. На вход 21 поступает хотя бы один положительный логический сигнал, при этом на выходе указанного ЯБ-триггера (21) генерируется логическая единица - подключается третья ступень СУ, замыкается ключ 14 и через инвертирующий элемент НЕ 22 размыкается ключ 13, - таким образом, на второй и третьей ступени мощности СУ сохраняется условие резонанса напряжений, так как это является одним из основополагающих для снижения несимметрии и потерь, обусловленных несимметричными режимами.
Программирование интервалов работы ДД1-ДД3 позволяет управлять моментами включения-отключения ступеней регулируемого СУ. В табл. 1 приводятся значения сигналов, управляющих силовыми ключами при подключении соответствующей ступени мощности СУ.
Таблица 1. Значения управляющих сигналов на силовых ключах
Ключ Ступень ^^^^^ 7 8 9 10 11 12 13 14
Откл. 0 0 0 0 1 0 1 0
1 1 0 0 1 1 0 1 0
2 1 1 0 1 0 1 1 0
3 1 1 1 1 0 1 0 1
Отключение СУ происходит при снижении уровня несимметрии фазных напряжений в обратном порядке. Устройство полностью отключается от сети при достижении уровня фазных напряжений, регламентируемых ГОСТ [1]. При отсутствии несимметрии схема приводится в исходное состояние и готова к новому включению, после которого процессы повторятся в изложенной выше последовательности.
Предложенное авторами регулируемое СУ и силовой ключ для управления им работают в режиме «реального времени», однако их работу легко автоматизировать и при известном суточном графике несимметрии. Количество ступеней регулируемого СУ может быть увеличено до количества, необходимого для работы в условиях конкретной распределительной сети.
Применение симметрирующих устройств в целом позволяет привести показатели качества электрической энергии к норме, регламентируемой ГОСТ [1], как следствие -увеличить срок службы электрооборудования и снизить потери электрической энергии, обусловленные несимметрией токов и напряжений.
Выводы. Использование предложенного силового ключа позволяет осуществлять автоматическое управление симметрирующим устройством и обеспечивает надежные переключения при коммутациях регулируемого СУ. Автоматическое управление СУ дает возможность осуществлять изменение его параметров в режиме «реального времени» в зависимости от уровня несимметрии в сетях 0,38 кВ.
Технико-экономический эффект применения полупроводниковой коммутационной аппаратуры выражается в сокращении текущих расходов на обслуживание и ремонт в
отличие от традиционных электромеханических контакторов, кроме того, существенно снижаются массогабаритные характеристики регулируемых СУ.
Литература
1. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Введ. 01.07.14. - M.: Стандартинформ, 2014. - 16 с.
2. Косоухов Ф.Д. Энергосбережение в низковольтных электрических сетях при несимметричной нагрузке / под общей ред. Ф.Д. Косоухова: монография. - СПб.: Издательство «Лань», 2016. - 2S0 c.
3. Наумов И.В., Ямщикова И.В. Эффективность применения симметрирующих устройств для повышения качества и снижения потерь электрической энергии в сельских сетях 0,38 кВ // Вестник Aлтайского государственного аграрного университета. - 2015. - № 11 (133). - С. 113-117.
4. Дулепов Д.Е., Кондраненкова Т.Е. Снижение потерь электрической энергии при несимметричных режимах в сельских распределительных сетях 0,38 кВ // Дальневосточный аграрный вестник. - 2017. - № 2 (42). - С. 139-145.
5. Положительное решение о выдаче патента на полезную модель Симметрирующее устройство для трехфазной сети с нейтральным проводом / Дулепов Д.Е., Кондраненкова Т.Е. № заявки 2017138146. Решение о выдаче патента от 22.03.2018.
6. Васин Е.Н. Особенности коммутации конденсаторов УКРM тиристорными коммутаторами. Часть 1. Aвтоматизация и ИТ в энергетике. - M.: Издательский дом "ИД AВИТ-ТЭК" - 2015. - № 8(73). - С. 24-2S.
7. Иванов Д.А., Наумов И.В., Подъячих С.В. Исследование потерь электрической энергии в сети 0,38 кВ // Вестник OTrcXA. - 2017. - № S1-2. - С. 70-77.
S. Вуколов В.Ю., Кривоногов С.В., Трапезников И.Ф. Mероприятия по снижению потерь электроэнергии на транспорт для предприятий коммунально-бытового сектора // Вестник НГИЭИ. - 201б. - № 12 (67). - С. 54-б0.
9. ПМ № РФ № 110876. Фильтросимметрирующее устройство для трехфазной сети с нулевым проводом / Ф.Д. Косоухов, A^. Горбунов, ВА. Романов, M.^^ Теремецкий. Опубл. 27.11.2011. Бюл. № 33.
10.ПМ РФ № 61063 H02J 3/26. Симметрирующее устройство для трехфазной четырехпроводной сети с регулируемыми параметрами / ДА. Иванов, И.В. Наумов, ДА. Шпак, A.A. Mатвеенко, С.В. Подъячих, С.В. Сукьясов. Опубл. 10.02.2007. Бюл. № 4.
Literatura
1. GOST 32144-2013. EHlektricheskaya ehnergiya. Sovmestimost' tekhnicheskih sredstv ehlektromagnitnaya. Normy kachestva ehlektricheskoj ehnergii v sistemah ehlektrosnabzheniya obshchego naznacheniya. Vved. 01.07.14. - M.: Standartinform, 2014. - 1б s.
2. Kosouhov F.D. EHnergosberezhenie v nizkovol'tnyh ehlektricheskih setyah pri nesimmetrichnoj nagruzke / pod obshchej red. F.D. Kosouhova: monografiya. - SPb.: Izdatel'stvo «Lan'», 201б. -2S0 c.
3. Naumov I.V., YAmshchikova I.V. EHffektivnost' primeneniya simmetriruyushchih ustrojstv dlya povysheniya kachestva i snizheniya poter' ehlektricheskoj ehnergii v sel'skih setyah 0,38 kV // Vestnik Altajskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2015 - № 11 (133). - S. 113117.
4. Dulepov D.E., Kondranenkova T.E. Snizhenie poter' ehlektricheskoj ehnergii pri nesimmetrichnyh rezhimah v sel'skih raspredelitel'nyh setyah 0,38 kV // Dal'nevostochnyj agrarnyj vestnik. - 2017. - № 2 (42). - S. 139-145.
5. Polozhitel'noe reshenie o vydache patenta na poleznuyu model' Simmetriruyushchee ustrojstvo dlya trekhfaznoj seti s nejtral'nym provodom / Dulepov D.E., Kondranenkova T.E. № zayavki 201713814б. Reshenie o vydache patenta ot 22.03.2018.
6. Vasin E.N. Osobennosti kommutacii kondensatorov UKRM tiristornymi kommutatorami. CHast' 1. Avtomatizaciya i IT v ehnergetike. - M.: Izdatel'skij dom "ID AVIT-TEHK" - 2015. -№ 8(73). - S. 24-28.
7. Ivanov D.A., Naumov I.V., Pod"yachih S.V. Issledovanie poter' ehlektricheskoj ehnergii v seti 0,38 kV // Vestnik IRGSKHA. - 2017. - № 81-2. - S. 70-77.
8. Vukolov V.YU., Krivonogov S.V., Trapeznikov I.F. Meropriyatiya po snizheniyu poter' ehlektroehnergii na transport dlya predpriyatij kommunal'no-bytovogo sektora // Vestnik NGIEHI. - 2016. - № 12 (67). - S. 54-60.
9. PM № RF № 110876. Fil'trosimmetriruyushchee ustrojstvo dlya trekhfaznoj seti s nulevym provodom / F.D. Kosouhov, A.O. Gorbunov, V.A. Romanov, M.YU. Teremeckij. Opubl. 27.11.2011. Byul. № 33.
10.PM RF № 61063 H02J 3/26. Simmetriruyushchee ustrojstvo dlya trekhfaznoj chetyrekhprovodnoj seti s reguliruemymi parametrami / D.A. Ivanov, I.V. Naumov, D.A. SHpak, A.A. Matveenko, S.V. Pod"yachih, S.V. Suk'yasov. Opubl. 10.02.2007. Byul. № 4.
УДК 631.365.22
Канд. техн. наук Л.И. ЕРОШЕНКО (ФГБОУ ВО СПбГАУ, eroshenko.1939@mail.ru) Канд. техн. наук А.Н. ПЕРЕКОПСКИЙ (ФГБНУ ИАЭП, aperekopskii@mail.ru)
АНАЛИЗ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ МОБИЛЬНЫХ БУНКЕРНЫХ ЗЕРНОСУШИЛОК В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА РФ
Зерносушилки классифицируют по сложности устройства (простейшие или механизированные), по характеру работы (периодического или непрерывного действия), по виду агента сушки (нагретый воздух или смесь его с топочными газами), по мобильности (стационарные или мобильные). В практике наибольшее распространение при сушке урожая зерна и семенной массы кормовых культур получил конвективный способ сушки. Зерносушилки конвективного действия можно классифицировать по принципу организации движения зернового слоя и его состояния, от которого в значительной степени зависят тепло- и влагообменные показатели процесса сушки.
К основным параметрам, характеризующим наиболее распространенные в России шахтные, карусельные и бункерные сушилки, относятся следующие [1, 2]:
- температура сушильного агента до 150оС;
- снижение влажности за один пропуск от 3 до 12%;
- расход энергии тепла от 5028 • 103 до 5866 • 103 Дж/кг испаренной влаги;
- съем влаги с 1 м3 объема шахты от 30 до 45 кг/ч.
В противоточных зерносушилках обеспечивается благоприятный режим сушки зерна, достигается высокая степень использования поглотительной способности сушильного агента и его тепла.
Недостатками шахтных, карусельных и бункерных сушилок являются [2, 3]:
- трудность обеспечения высокой удельной подачи агента сушки в зерновую массу из-за резкого возрастания потерь давления на преодоление сопротивления зернового слоя;
- неравномерность сушки по объему сушильной камеры;
- сильное травмирование высоковлажной семенной массы, которая пропускается через сушильную камеру 5-8 раз;
- невозможность сушки малосыпучего вороха семян;
- отсутствие условий получения первоклассных семян из очищенного вороха повышенной влажности.
Эксплуатация шахтных сушилок в условиях регионов повышенного увлажнения довольно подробно изучена в следующих работах [3, 4, 5], а срок использования мобильных бункерных сушилок не превышает 10 лет.
