CC BY
63
УДК 621.313.333.07
DOI 10.18286/1816-4501-2015-3-136-139
СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ПРИ РАБОТЕ В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ,
применяемых в сельском хозяйстве
милашкина Ольга Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Общепрофессиональные дисциплины»
ФГБОУ ВПО «Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации (институт)» Министерства транспорта Российской Федерации
432071, г. Ульяновск, ул. Можайского, 8/8; тел.: 8(937)4580260, e-mail: milashkina.o@mail.ru
Ключевые слова: симметрия напряжений, точность регулирования, автономные энергоустановки в сельском хозяйстве, аварийный режим.
В связи с увеличением количества мобильных потребителей электроэнергии и повышением требований к источникам их энергоснабжения, особую актуальность приобрело создание современных управляющих устройств повышения качества электроэнергии автономных источников питания (АИП), применяемых в сельском хозяйстве. Одним из путей улучшения характеристик выходных параметров АИП является разработка и внедрение симметрирующих устройств и устройств плавного регулирования индуктивности в системы управления качественными характеристиками автономных источников питания сельскохозяйственного назначения.
Введение
Для электроснабжения различных машин и агрегатов, имеющих электродвигатели повышенной частоты, в сельском хозяйстве в качестве аварийных источников питания применяют автономные энергоустановки. В так называемых «полевых» условиях, когда нет возможности использовать стационарное электроснабжение от промышленной сети, они должны обеспечивать нормальное (штатное) функционирование потребителей: электрифицированных средств малой механизации, электроинструмента различного назначения и т.д.
Наличие этих потребителей и соответствующих требований к качеству электроэнергии вызывают необходимость постоянного совершенствования конструкции автономных источников электроэнергии сельскохозяйственного назначения и их функциональных параметров.
Особый интерес представляет исследование в дизель-генераторных установках (ДГУ) аварийных режимов работы средств малой механизации. Аварийные ситуации приводят к сокращению срока службы
электрооборудования, снижению его надежности, вызывают увеличение потерь мощности, перепады напряжения и являются одной из главных причин нарушений электроснабжения энергетических систем автономных передвижных объектов сельскохозяйственного назначения [1].
Объекты и методы исследований
Улучшения показателей качества работы автономных источников питания, применяемых в сельском хозяйстве в аварийных ситуациях, рассматривают несколькими методами. При этом будем иметь в виду следующее обстоятельство: симметрия напряжений генератора, очевидно, может иметь место лишь при симметрии токов, его загружающих и складывающихся из токов несимметричной нагрузки и токов исполнительных элементов симметрирующего устройства. Таким образом, симметрирование напряжений, в сущности, сводится к обеспечению симметрии токов нагрузки генератора. Разработка универсальных принципиальных схем симметрирующих устройств и моделей дизель-генераторных установок является актуальной задачей при решении вопроса
Рис. 1 - Вторичный источник питания:
R6 - балансное сопротивление; Ст - стабилитрон; Rz - подгрузочное сопротивление
цепи
Рис. 2 - Схема управления силовым ключом: L - силовой дроссель, вводимый в цепь нагрузки; Д - полупроводниковый диод; Сф - емкостной фильтр; VT - ключ управления; Zh - нагрузочный элемент; СУ1 - симметрирующее устройство; СГ - синхронный генератор; ДС - датчик симметрии
управления процессом регулирования выходных напряжений генераторов при аварии для питания средств электромеханизации в сельском хозяйстве.
При разработке управляющих устройств для повышения качества электроэнергии автономных мотор-генераторных источников питания, применяемых в сельском хозяйстве, симметрирование играет
большую роль. Это связано с тем, что в таких источниках используют вторичные источники питания (ВИП), для которых несимметрия приводит к модуляции выходного напряжения, с которой можно бороться (рис. 1 - 2) [2].
То есть датчики симметрии нужны, в частности, и для управления ключом VT (рис. 2), а «силовое симметрирование»,
Рис. 3 - Схема регулирования симметрии напряжения: ПД - приводной двигатель; СГ - синхронный генератор; СУ - симметрирующее устройство; К, К2 полупроводниковые ключи; Ld - силовой дроссель; Дх и Д2, Т2 и Т2 - соответственно диоды и биполярные транзисторы с изолированным затвором
а)
б)
в)
рис. 4 - осциллограммы напряжений сети дизеля-генератора, используемого в качестве аварийного источника питания:
а) изменения напряжения в фазе А на выходе СГ; б) изменения напряжения в фазе В на выходе СГ; в) изменения напряжения в фазе С на выходе СГ
предложенное в экспериментальной схеме регулирования симметрии напряжения (рис. 3), выполнено на транзисторах IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor - биполярные транзисторы с изолированным затвором), работающих в режиме широтно-импульсной модуляции с силовым дросселем L, подключенным в цепь тока нагрузки [3].
Симметрирующее устройство значительно повышает качество электроэнергии автономного источника питания сельскохозяйственного назначения. В момент включения асимметричной нагрузки происходит падение скорости вращения дизель-генератора, но за счёт организованной обратной связи скорость выравнивается, а при включении симметрирующего устройства происходит процесс перерегулирования скорости. Симметрирующее устройство уменьшает нагрузку на дизель, что позволяет избежать лишних перегрузок [2].
Результаты исследований
Исследование, проведенное на комплексной модели ДГУ с СУ и с подключением в сеть дополнительного емкостного сопротивления, показали, что в работе отсутствует провал напряжения по фазе С, сократилось время разгона и перерегулирования как при разгоне (увеличении частоты вращения при разгоне приводного вала ДГУ), так и при включении симметрирующего устройства. Токи статора генератора значительно меньше, чем в опыте без введения дополнительного емкостного сопротивления. Таким образом, применение дополнительных емкостей позволяет не только повысить качество электроэнергии, но и значительно улучшить характеристики самого дизель-генератора [1].
Использование дизель-генератора актуально также в аварийном режиме. Осциллограмма напряжений (рис. 4) показывает, что в момент времени t = 0,3 с произошла авария на подстанции, и напряжение упало до нуля. Через 0,2 с в работу включился
дизель-генератор и поднял напряжение до нужного значения за время, равное одной секунде [1].
Выводы
Практическое применение вышеизложенных экспериментальных разработок согласовывается с особенностями объекта регулирования, условиями его работы, а также с требованиями, предъявляемыми к точности регулирования и быстродействию в аварийных ситуациях дизель-генераторов, применяемых для питания электрифицированных средств механизации и электроинструмента в сельском хозяйстве.
Исследования в области разработки устройств стабилизации симметрии напряжений и регулирующих устройств позволяют получить ряд новых результатов, которые могут быть использованы при разработке автоматизированных транспортных энергетических систем.
Библиографический список
1. Милашкина, О.В. Повышение качества электроэнергии, вырабатываемой автономными дизель-генераторными установками: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук (дисс. ...канд. техн. наук): 05.09.03: защищена 17.12.10: утв. 8.04.11 / Милашкина Ольга Владимировна. - Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова. - Чебоксары, 2010. - 143 с.
2. Милашкина, О.В. Применение симметрирующих устройств для повышения качества электроэнергии автономных источников питания / В.Н. Дмитриев, О.В. Милашкина, И.В. Борисов// Известия вузов. Проблемы энергетики. - 2009. - № 3 - 4. - С. 59 - 64.
3. Устройство плавного регулирования индуктивности. / М.А. Боровиков, О.В. Милашкина, В.Е. Быстрицкий // Патент на изобретение № 2275673.- Бюл. - № 12. -2006.
