WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 12 |

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский ...»

-- [ Страница 6 ] --

Теоретически, скорость вращения АМ в генераторном режи ме может изменяться от синхронной скорости вращения магнитного поля до бесконечности. В действительности высокие скорости не используются по условиям ограничения потерь и сохранения высо кого КПД. Реально скорость может изменяться на 15...20 %, в пре делах до критического скольжения.

Общим недостатком для всех известных способов и уст ройств является то, что намагничивающий (реактивный) ток зависит от напряжения в сети. Увеличение напряжения приводит к увеличе нию намагничивающего тока и снижению коэффициента мощности и КПД. Снижение напряжения приводит к уменьшению намагничи вающего тока, момента, КПД и активной мощности отдаваемой в сеть. В этом случае для загрузки АГ активной мощностью необхо димо увеличивать скорость вращения приводного двигателя. В слу чае, когда приводным двигателем является ветро-, гидро- или тепло вой двигатель, изменение скорости вращения сопряжено с опреде ленными трудностями. С другой стороны, увеличение скорости вращения ротора асинхронного генератора приводит к увеличению скольжения, потерь и снижению энергетических показателей.

Для проверки способа управления асинхронным генератором в лаборатории кафедры электрических машин и электропривода КубГАУ изготовили специальный стенд, состоящий из двух двига телей и аппаратуры управления. Исследуемый асинхронный двига тель 4А100L2У3 ( Pн = 5,5 кВт, n0 = 3000 об./мин, =87,5%, cos =0,9) и двигатель постоянного тока (ДПТ) типа 2ПН132МУХЛ4 ( Pн = 10,5 кВт, U н = 220 В, nн = 25003500 об./мин) соединили «вал» в «вал» через эластичную муфту и закрепили на основании стенда. Частота вращения приводного ДПТ регулируется изменением напряжения на якоре ДПТ источником постоянного то ка необходимой мощности.

Проверка способа управления асинхронным генератором осу ществляется следующим образом. Исследуемый асинхронный двига тель включили в сеть через регулируемый трехфазный автотрансфор матор. На обмотке статора исследуемого асинхронного двигателя ус танавливали фиксированное линейное напряжение: 355, 360, 365, 380, 385, 390 В. При каждом значении фиксированного напряжения на ста торе, приводным двигателем постоянного тока повышали частоту вращения исследуемого асинхронного двигателя, переводя его из ре жима двигателя в режим асинхронного генератора.

Частота вращения контролировалась бесконтактным тахо метром типа VICTOR DM623P+, а электрические параметры запи сывались анализатором сети – CIRCUTOR AR5. Некоторые данные эксперимента приведены в таблице 1. По этим данным построены характеристики на рис. 1 и 2.

Из характеристик (рис. 2) видно, что при увеличении напря жения на статоре коэффициент мощности снижается, следовательно, выбрав оптимальное значение напряжения на статоре асинхронного генератора и изменяя коэффициент трансформации можно поддер живать оптимальный коэффициент мощности для данного АГ при изменении частоты вращения приводного двигателя.

Таблица 1. Результаты экспериментальной проверки способа управления АГ при параллельной работе с сетью. (Частоту вращения n необходимо умножать на 2, Р – активная мощность отдаваемая С другой стороны, при реализации заявляемого способа управления асинхронным генератором, устанавливаем постоянную частоту вращения приводным двигателем, например, 1540х2= об./мин. (рис. 1, характеристики 1-6). Изменяем коэффициент трансформации от характеристики 1 до характеристики 6. На выходе асинхронного генератора получаем различную мощность, отдавае мую в сеть от 3800 до 6600 Вт.

Включив датчик активной мощность в цепь нагрузки, и на строив его, например на 5500 Вт (номинальная мощность асинхрон ного генератора), мы ограничим увеличение коэффициента транс формации, ограничим снижение энергетических показателей и, в конечном счете - защитим генератор от перегрузки.

Рис. 1. Зависимость отдаваемой активной мощности в сеть АГ от частоты вращения ротора при разном линейном напряжении на статоре: 1- U1 = 355 В, 2- U 2 = 360 В, 3- U 3 = 365 В, 4- U 4 = 380 В, Рис. 2. Зависимость cos от отдаваемой мощности в сеть генератором при разном линейном напряжении на статоре: 1- U1 = 355 В, 2- U 2 = Способ управления асинхронным генератором при парал лельной работе с сетью поясняет схема функциональная на рисунке 3. Асинхронный генератор 1 с приводным двигателем 2, статорной обмоткой 3 через вторичные обмотки 4 трансформатора 5 соединен с сетью 6, первичные обмотки 7 трансформатора 5 имеют отпайки и 9, которые соединяются в нулевую точку 10 через оптоэлектрон ные реле переменного тока 11 и 12, имеющие входы 14 и 15 соеди ненные с выходами 16 и 17 аналого-цифрового преобразователя 18, преобразующего аналоговый сигнал от датчика активной мощности 19 в дискретный сигнал управления оптоэлектронными реле пере менного тока, например, типа 5П36.3ТМА1 или аналогичное с кон тролем перехода напряжения через ноль.

Рис. 3. Способ управления асинхронным генератором При увеличении скорости (частоты) вращения приводного двигателя 2, асинхронный генератор 1 переходит в режим работы параллельно с сетью.

В это время устройство управления 18, с аналого- цифровым преобразователем (АЦП) и распределителем импульсов, подает управляющий сигнал на вход 15 оптоэлектронного реле 12 с сими сторами 13. Последние открываются в момент перехода синусоиды через ноль и замыкают отпайки 8 вольтодобавочного трансформато ра 5 в нулевую точку 10, тем самым уменьшая коэффициент транс формации трансформатора 5 до минимального уровня.

При этом на выходе обмотки 4 вольтодобавочного транс форматора и в сети 6 напряжение будет максимальным, и от АГ 1 в сеть 6 будет поступать активная максимальная мощность.

Если активная мощность АГ 1 превысит допустимую (уста новленную для конкретного АГ), то от датчиков активной мощности 19 увеличивается сигнал, который обрабатывается устройством управления 18. Устройство управления отключает сигнал управле ния с выхода 15 оптоэлектронного реле 12 и его симисторные ключи 13 отключают отпайки 8 от нулевой точки 10.

Одновременно устройство управления 18 подает сигнал на вход 14 другого оптоэлектронного реле 11 с аналогичными 13 сими сторными ключами. Реле 11 соединяет отпайки 9 с нулевой точкой 10 и вольтодобавочный трансформатор 5 увеличивает коэффициент трансформации. На статорной обмотке 3 асинхронного генератора на выходе обмотки 4 и сети 6 снижается напряжение, асинхронный генератор 1 уменьшает передачу активной мощности.

Процесс переключения отпаек 8 и 9 и изменение коэффициен та трансформации вольтодобавочного трансформатора 5 происходят при изменении напряжения сети 6 вызванного внешними воздейст виями или при изменении скорости (частоты) вращения приводного двигателя 2.

Достоинство предлагаемого способа управления асинхронным генератором заключается в следующем:

1. Асинхронный генератор работает при оптимальном значе нии напряжения на статоре. В этом случае его энергетические ха рактеристики отвечают номинальным значениям, предусмотренным заводом изготовителем.

2. Вольтодобавочный трансформатор активную мощность пе редает только вторичной обмоткой, поэтому его мощность и габари ты минимальны.

3. Изменение коэффициента трансформации происходит при переходе синусоиды через ноль, поэтому исключены помехи и ком мутационные перенапряжения.

4. Изменение коэффициента трансформации позволяет регу лировать загрузку генератора при постоянной частоте вращения приводного двигателя или при их небольших изменениях, причем количество отпаек для регулирования коэффициента трансформации определяется точностью регулирования.

5. Такой способ управления АГ может использоваться с при водным ветро-, гидро- или тепловым двигателем.

1. Патент РФ № 2417501. Способ управления асинхронным генератором при параллельной работе с сетью и устройство для его осуществления / Богатырев Н.И., Степура Ю.П., Оськина А.С. и др. // БИ. 2010. № 12.

УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ВЕТРОУСТАНОВКИ

НА ОСНОВЕ ДВУХРОТОРНОГО ГЕНЕРАТОРА

Канд. техн. наук Г.В. Степанчук, асп. К.С. Моренко (Азово-Черноморская ГАА, г. Зерноград) Возобновляемая энергетика в настоящее время переживает второе рождение, во многих странах ей уделяют повышенное вни мание.

К числу наиболее распространённых и перспективных спо собов получения электрической энергии относят энергию ветра. Не сомненным преимуществом ветроэнергетики является повсеместная распространённость данного вида энергии.

Ветроустановки вместе с тем обладают и рядом недостатков.

К одному из наиболее существенных недостатков следует отнести значительное непостоянство поступления ветровой энергии за ма лые промежутки времени.

Кроме того, изменение скорости ветра приводит к измене нию частоты вращения крыльчатого ветроколеса, что вызывает из менение частоты напряжения в генераторе, что является наиболее существенным недостатком на настоящий момент, поскольку широ ко применяемые преобразователи частоты значительно удорожают установку, снижают её надёжность и эффективность.

Способ получения на выходе генератора напряжения про мышленной частоты значительно расширит область применения ветроустановок и снизит их стоимость.

Наиболее остро проблема регулирования угла атаки стоит для ветроустановок небольшой мощности, где применение серво приводов нерационально, а использование других способов не по зволяет получить высокий коэффициент использования энергии вет ра.

Эта проблема может быть решена путём совмещения функ ции регулирования и выработки в одном узле — генераторе. Одной из наиболее рациональных конструкций такого типа является конст рукция, приведённая в [1].

Данная конструкция генератора позволяет при вращении ло пастей регулировать их наклон к потоку для того, чтобы поддержи вать частоту вращения ротора в заданных пределах.

Генератор содержит два аксиально расположенных ротора, которые могут поворачиваться друг относительно друга. Выходные валы роторов через конические шестерни связаны с лопастями вет роколеса, а шестерни помещены в корпус, вращающийся вместе с ветроколесом.

Обмотка возбуждения находится на статоре и питается по стоянным током через ключ регулирования.

Вращение ветроколеса приводит к вращению роторов в поле статора, в результате чего в роторах наводится ЭДС, пропорцио нальная напряженности поля с частотой, определяемой скоростью вращения и числом полюсов обмотки.

Регулирование угла атаки происходит благодаря повороту одного из роторов относительно другого. Регулирование осуществ ляется путем изменения дополнительного сопротивления блоком управления в цепи ротора.

При изменении частоты вращения ветроколеса блоком управления изменяются величины сопротивлений, в результате чего происходит восстановление заданного значения частоты.

По сравнению с другими конструкциями, данная обладает рядом преимуществ [2]. Отсутствие внутри лопасти каких-либо движущихся элементов позволяет выполнять её обтекаемой формы, что существенно повышает коэффициент использования энергии ветра по сравнению с ветроустановками с регулированием умень шением поверхности крыльев.

Отсутствие сервопривода позволяет производить регулиро вание постоянно, что имеет особое значение для ветроустановок ма лой мощности, где регулирование занимает большую часть времени работы установки.

Применение данного способа регулирования позволяет по лучать напряжение промышленной частоты при широком диапазоне скоростей напрямую с генератора без необходимости его выпрямле ния и инвертирования, что существенно повышает КПД установки в целом.

Рассмотренный способ регулирования позволяет осуществ лять регулирование с помощью изменения электрических величин, что на данном уровне развития силовой и микроэлектроники позво ляет поддерживать частоту вращения вала с высокой точностью.

Важной частью рассматриваемой задачи является определе ние параметров и их значений, при которых работа системы будет устойчивой.

Для обеспечения устойчивости системы при всяком откло нении от установившегося режима работы (когда аэродинамический момент уравновешивается сопротивлением со стороны роторов) должна появляться сила, возвращающая систему в положение рав новесия.

Рассмотрим лопасть ветроколеса как основной восприни мающий и регулирующий орган системы.

Для ветроколёс с хорошо обтекаемыми профилями, сущест вуют кривые зависимости отвлечённого момента вращения ветроко леса и поворота лопасти вокруг оси маха от угла установки лопасти и быстроходности ветроколеса.

Ветви кривых отвлеченного момента [3] расположены как выше горизонтальной оси угла установки, что соответствуют ветря ным режимы, а ветвям, расположенным ниже этой оси — тормозные режимы. На ветряных режимах аэродинамический момент положи телен, т. е. направлен в сторону вращения колеса и ускоряет его. На тормозных — отрицателен и замедляет движение.

Связь отвлечённых моментов вращения ветроколеса и пово рота лопасти вокруг оси с соответствующими моментами, дейст вующими на ветроколесо, выражается с помощью формул где – плотность воздуха, ;

R – радиус ветроколеса, м;

– отвлеченные аэродинамические моменты, вращающие ветроколесо и поворачивающие лопасть соответственно;

– угол установки лопасти ветроколеса, град.;

Z – быстроходность ветроколеса.

Быстроходность связана со скоростью ветра соотношением где –скорость ветра,.

Известно, что установившееся вращение ветроколеса и по стоянная частота вращения вала генератора будет тогда, когда аэро динамический момент, вызывающий вращение ветроколеса, будет уравновешен моментом сопротивления со стороны генератора.

В случае если аэродинамический момент будет превосходить момент сопротивления, будет наблюдаться разгон ветроколеса и рост частоты вращения валов генератора, в противном случае — торможение. Таким образом, установившееся вращение колеса от деляет разгон от торможения [3]. Это свойство работать, как ветряк и воздушный тормоз, положено в основу принципов регулирования частоты вращения ветроколеса с помощью двухроторного ветроге нератора.

Применение узла с коническими шестернями приводит к то му, что появляется связь между моментами на валах генератора и вращающим и поворачивающим моментами.

Обращаясь к уравнениям связи моментов поворота лопасти вокруг оси и вращения ветроколеса с моментами на роторах, обна ружим, что данные выражения являются суммами или разностями для каждого из роторов.

где i- передаточный коэффициент для узла с коническими шестернями;

- количество лопастей.

Выразив из данных уравнений моменты сопротивления вра щению ветроколеса и повороту лопасти, получим следующие урав нения Примем - момент сопротивления основного ротора, а - момент сопротивления регулирующего ротора, получим, что при увеличении момента сопротивления со стороны основного ро тора (что соответствует росту нагрузки на генератор), будет расти как момент сопротивления вращению ветроколеса, так и момент, способствующий повороту лопасти во флюгерное положение.

Этот противодействующий момент будет поворачивать ло пасть в рабочее положение, в котором она имеет более высокий ко эффициент использования энергии ветра и может принимать от вет ра большую энергию.

В случае снижения нагрузки на основной ротор и снижения момента сопротивления, момент, способствующий удержанию ло пасти в рабочем положении, так же будет ослабевать, а лопасть под действием ветра будет поворачиваться во флюгерное положение, где она будет принимать меньшую энергию от ветра.

Регулирующий ротор будет обладать теми же характеристика ми, что и основной, но с противоположными знаками, т. е. при росте нагрузки (шунтировании обмотки) он будет выводить лопасть во флю герное положение, а при увеличении сопротивления - в рабочее.

Поскольку нагрузка основного ротора не является задаваемым параметром, а является случайной величиной, то для регулирования в данном случае возможно использование только регулирующего ротора.

В конечном итоге, требуется поддержание частоты вращения вала основного ротора постоянной, соответствующей выходной час тоте напряжения в 50 Гц.

Для обеспечения данного свойства применяется регулирую щий ротор, шунтируемый с помощью транзисторных ключей. Блок управления измеряет частоту выходного напряжения и корректирует режим шунтирования для стабилизации частоты.

При росте частоты выходного напряжения блок уменьшает величину сопротивления. Как результат — по обмотке протекает больший ток, момент сопротивления увеличивается и уменьшает момент сопротивления повороту лопасти. Лопасть поворачивается в сторону флюгерного положения, что приводит к снижению исполь зования энергии ветра и, как результат, снижению частоты враще ния ветроколеса, снижению частоты вращения валов генератора и снижению частоты выходного напряжения.

В случае снижения частоты выходного напряжения величина шунтирующего сопротивления увеличивается, по обмоткам регули рующего ротора протекает меньший ток, момент сопротивления по вороту снижается и лопасть поворачивается в сторону рабочего по ложения. В результате этого наблюдается рост частоты вращения ветроколеса и частоты выходного напряжения.

Поскольку направления вращения роторов или ветроколеса уже выбраны таким образом, чтобы снижать влияние изменения скорости ветра или нагрузки на изменение частоты вращения, то изменение величины шунтирования должно быть ограничено с учё том этих особенностей.

Рост скорости ветра приводит к тому, что при заданном угле установки лопасти момент, стремящийся повернуть лопасть во флю герное положение, будет расти. Поскольку моменты сопротивлений генератора не изменяются, то лопасть будет поворачиваться во флю герное положение, где коэффициент использования энергии ветра будет снижен, с помощью чего будет снижаться разгон ветроколеса, вызванный увеличением скорости ветра.

При снижении скорости ветра момент, поворачивающий ло пасть во флюгерное положение будет снижаться. Это приведёт к то му, что лопасть будет поворачиваться в рабочее положение и при нимать большую энергию от ветра, чем снизит влияние снижения скорости ветра на снижение частоты вращения ветроколеса.

Таким образом, повышение устойчивости работы ветроуста новки на базе двухроторного ветрогенератора заключается в пра вильном выборе направления вращения ветроколеса или присоеди нении роторов для обеспечения соответствующих направлений вра щения;

выборе ограничения скорости изменения величины шунти рования при изменении частоты выходного напряжения, что позво ляет повысить качество электрической энергии.

1. Патент РФ №2433301. Двухроторный ветрогенератор / Моренко К.С. // БИ. 2011. №31.

2. Степанчук Г.В., Моренко К.С. Двухроторный электрогенератор для ветроустановки // Физико-технические проблемы создания новых тех нологий в агропромышленном комплексе: Материалы VI Российской научно-практической конференции – Ставрополь: Ставропольское из дательство «Параграф», 2011. – 204 с.

3. Труды ЦАГИ №659 / П.А. Рыков, Н.Г. Ченцов, Х.С. Блейх. – Москва:

Бюро новой техники, 1948. – 30 с.

ПРИМЕНЕНИЕ КОГЕНЕРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК

ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПЛИВА

Канд. техн. наук И.В. Кряклина (ЯГСХА, г. Ярославль) Традиционное раздельное получение энергии электростан циями и водогрейными котлами является малоэффективной техно логией, ведущей к значительным потерям тепловой энергии.

Когенерация – это технология комбинированной выработки энергии, позволяющая увеличить экономическую эффективность использования топлива, так как при этом в одном процессе произво дятся два вида энергии – электрическая и тепловая. Неоспоримое преимущество децентрализованного энергоснабжения заключается в том, что в отличие от крупных теплоэлектроцентралей, тепловая и электрическая энергия производится в непосредственной близости к потребителю, тем самым существенно снижая тепловые и электри ческие потери на ее транспортировку. Коэффициент использования энергоресурсов возрастает до 60%, а стоимость электрической и те пловой энергии, производимой когенерационными установками, существенно ниже, чем в «большой» энергетике.

Использование когенерационных установок гарантирует значительное повышение (практически в два раза) энергетического КПД по сравнению с раздельным производством тепла и электриче ства. Повышение КПД установки происходит за счет утилизации тепла выхлопных газов, тепла системы охлаждения двигателя и теп ла масла смазочной системы двигателя.

Основными элементами когенерационных систем являются:

газовый поршневой двигатель, генератор и система теплообменни ков. Двигатель вращает синхронный генератор. Генератор выраба тывает электрический ток, который передается в систему электро снабжения потребителя. Двигатель отдает тепло, которое через сис тему теплообменников также передается потребителю.

Для оптимизации режимов работы когенерационной уста новки предлагаем математическую модель, представленную на рис. 1. Эта модель представляет когенерационную установку в виде динамической системы, осуществляющей преобразование входных возмущающих и управляющих воздействий в выходные переменные параметры.

Рис. 1. Математическая модель когенерационной установки X1 ={tв1;

Gв1;

cв1} - входной вектор условий охлаждения двигателя.

tв1, С;

Gв1, кг/с;

cв1, Дж/(кг·К) – температура;

расход;

теплоемкость охлаждающего агента на входе в двигатель. X2 = { tм1;

Gм1;

cм1} – входной вектор условий смазки двигателя. tм1, С;

Gм1, кг/с;

cм1, Дж/(кг·К) – температура;

расход;

теплоемкость масла на входе в двигатель. Y1 = { tв2;

Gв2;

cв2;

qв2} – выходной вектор охлаждения двигателя. tв2, С;

Gв2, кг/с;

cв2, Дж/(кг·К) – температура;

расход;

теп лоемкость охлаждающего агента на выходе из двигателя. qв2 – коли чество тепла, уносимого охлаждающим агентом, Вт. Y2 = { tм2;

Gм2;

cм2;

qм2} – выходной вектор отработанного масла;

tм2, С;

Gм2, кг/с;

cм2, Дж/(кг·К) – температура;

расход;

теплоемкость отработанного масла. qм2 – количество тепла, уносимого маслом, Вт. U1 = { tт1;

Gт1;

cт1;

qт1 } – управляющий входной вектор топлива. tт1, С;

Gт1, кг/с;

cт1, Дж/(кг·К) – температура;

расход;

теплоемкость топлива. qт1 – тепло та сгорания топлива, Вт. U2 = { tг2;

Gг2;

cг} - входной вектор воздуха.

tг2, С;

Gг2, кг/с;

cг2, Дж/(кг·К) – температура;

расход;

теплоемкость воздуха. Y3= { tг3;

Gг3;

cг3;

qг3} – выходной вектор выхлопных газов;

tг3, С;

Gг3, кг/с;

cг3, Дж/(кг·К) – температура;

расход;

теплоемкость выхлопных газов. qг3 – количество тепла, уносимое выхлопными га зами, Вт. Y4 = { Nг} – выходной вектор электрической энергии. Nг – электрическая мощность (мощность генератора), Вт. Y5 = { qд } – выходной вектор потерь тепла двигателем. qд - потери тепла двига телем в окружающую среду, Вт. Y6= { qг } – выходной вектор по терь тепла генератором. qг - потери тепла генератором в окружаю щую среду, Вт. Y7 ={Nм} – выходной вектор мощности двигателя (входной вектор генератора). Nм – мощность двигателя, Вт. Y7 = W [U1;

U2].

В случае когенерационной установки получаем следующие выражения: Y1 = W1 [X1;

U1;

U2];

Y2 = W2 [X2;

U1;

U2];

Y3 = W3 [U1;

U2];

Y4 = W4 [U1;

U2];

Y5 = W5 [X1;

X2;

U1;

U2];

Y6 = W6 [U1;

U2].

На основании математической модели составим тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания, который покажет распреде ление теплоты, выделяемой при сгорании горючего топлива, на по лезную работу Nд и общие тепловые потери qп:

Главным звеном когенерационной установки является двига тель, который вырабатывает механическую и тепловую энергию.

Термодинамический цикл газового поршневого двигателя внутрен него сгорания представлен на рис. 2 [1].

Рис. 2. Диаграмма цикла газового двигателя внутреннего Цикл газового двигателя внутреннего сгорания с подводом те плоты при постоянном объеме v состоит из двух адиабат и двух изо хор. По кривой 1-2 происходит адиабатное сжатие горючей смеси.

Изохора 2-3 соответствует процессу подвода теплоты q1 от источни ка теплоты (в реальном двигателе – зажигание смеси и сгорание то плива). Затем следует процесс адиабатного расширения 3-4 (совер шается работа). В изохорном процессе 4-1 от рабочего тела в окру жающую среду отводится теплота qп.

В соответствии с термодинамическим циклом газового поршневого двигателя получается следующая зависимость:

где Nм – механическая мощность двигателя, кВт где cv – теплоемкость горючей смеси, Дж/(кг·К);

T2 и T3– начальная и конечная температуры горючей смеси в изохорном процессе 2-3, К.

Теплота сгорания топлива равна индикаторной мощности qт1 = Ni, которая является мощностью, развиваемой газами внутри цилиндров двигателя. Индикаторную мощность определяем по сле дующей формуле [2]:

где i – число цилиндров двигателя;

V – рабочий объем цилиндра, л;

p – среднее индикаторное давление, Па;

n – частота вращения, мин-1;

– тактность двигателя. Среднее индикаторное давление определя ют по индикаторной диаграмме рабочего цикла двигателя.

Индикаторная мощность двигателя не полностью использу ется на полезную работу. Мощность, затрачиваемая на совершение полезной работы, т.е. предаваемая на вал двигателя, называется эф фективной мощностью Nм, она меньше индикаторной мощности на мощность механических (тепловых) потерь – qп.

Эффективную мощность обычно определяют экспериментально.

Количество потерь тепла, унесенного выхлопными газами qг3, охлаждающим агентом qв2 и маслом смазочной системы двига теля qм2, рассчитывается по известным формулам термодинамики для передачи тепла в теплообменниках [1].

Характеристикой эффективности двигателя внутреннего сго рания является механический коэффициент полезного действия, ко торый равен отношению эффективной мощности к индикаторной [3]:

Тепловым коэффициентом полезного действия цикла двига теля внутреннего сгорания является отношение общих потерь тепла к индикаторной мощности:

Получается следующая формула, связывающая между собой механический и тепловой коэффициенты полезного действия двига теля внутреннего сгорания:

Тепловой коэффициент полезного действия когенерацион ной установки будет меньше из-за потерь тепла двигателем в окру жающую среду qд :

Мощность генератора (электрическая мощность когенераци онной установки) меньше механической мощности двигателя на ве личину потерь тепла генератором в окружающую среду:

Электрический коэффициент полезного действия когенера ционной установки:

В результате получаем формулу для общего энергетического коэффициента полезного действия когенерационной установки:

В таблице 1 представлены результаты экспериментальных испытаний когенерационных установок.

Таким образом, на основании математической модели коге нерационной установки проанализирован процесс ее работы и эф фективность применения для экономии ресурсов топлива. Приведе ны экспериментальные данные испытания когенерационных устано вок. Они подтверждают сделанные выводы о ресурсосбережении.

1. Драганов Б.Х.Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяй стве. М.: Агропромиздат, 1990. - 463 с.

2. Лопарев А.А., Лиханов В.А., Вылегжанин П.Н. Теплотехника и приме нение теплоты в автомобильном хозяйстве: сборник задач: учебное по собие/ Вятская ГСХА. Киров: Вятская ГСХА, 2009. - 294 с.

3. Ховах М.С., Маслов Г.С. Автомобильные двигатели. М.: «Машино строение», 1971.- 456 с.

АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

КОМПРЕССИОННОГО И АБСОРБЦИОННОГО ТИПА

В СИСТЕМЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ БИОГАЗОВОЙ

УСТАНОВКИ

А.А. Ковалев, д-р техн. наук В.В. Харченко (ГНУ ВИЭСХ) Эффективное производство энергии на биогазовой установке возможно лишь в случае, когда суммарная энергия полученного биогаза будет значительно превышать расходы энергии на его про изводство, т.е. должно выполняться условие получения товарного биогаза, которое в общем виде может быть представлено как где ET - количество товарной электроэнергии, кВтч/сут.;

QT – количество товарной тепловой энергии, кВтч/сут.;

Vr – общее количество полученного биогаза, м3/сут.;

QCH – расход тепловой энергии на собственные нужды установ ки, кВтч/сут.;

EСН – расход электроэнергии на собственные нужды установ ки, кВтч/сут.;

– КПД электрогенератора;

– теплотворная способность биогаза, кДж/м3.

где QH - расход энергии на предварительный нагрев субстрата до температуры брожения кВтч/сут.;

QК - суточный расход энергии на компенсацию всех теплопотерь кВтч/сут.;

QТН – расход энергии на привод АТН кВтч/сут.;

QР – количество рекуперированной энергии кВтч/сут.

Расход тепла на предварительный нагрев субстрата опреде ляется как где CH - теплоемкость субстрата, кДж/(кг 0К);

H - плотность субстрата, кг/м3;

VH – суточная доза загрузки, м3/сут.;

TН - конечная температура нагрева субстрата, 0С;

T1 - исходная температура субстрата, 0С.

Среднесуточное количество тепла, необходимое для компен сации теплопотерь через ограждающие поверхности биореактора при среднегодовой температуре наружного воздуха где k - коэффициент теплопередачи, Вт/м2К;

F - площадь ограждающих поверхностей биореактора, м2;

TB - температура наружного воздуха, 0С;

TH - температура субстрата в биореакторе,0С.

Максимальное суточное количество низкопотенциального тепла эффлюента:

Qэффmax= CH H VH (TН – TОХ min)/3600 (кВтч/сут.), где TОХ min – температура эффлюента в отстойнике, необходимая для прекращения остаточного газовыделения, 0С.

Максимальное суточное рекуперируемого тепла:

где QР i – суммарное количество рекуперируемого низкопотенци ального тепла от других источников (зависит от схемы теплоснаб жения).

Среднесуточное количество рекуперируемого тепла:

Исходные данные для расчета:

- биореактор – модуль-блок объемом 60 м3, площадь ограж дающих поверхностей биореактора F=103,62 м2, теплоизоляция – минеральная вата толщиной 300 мм, коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций биореактора k=0,136 Вт/м2К, режим ра боты – термофильный при температуре субстрата в биореакторе TН=550С;

- субстрат – навоз КРС влажностью 95%, с теплоемкостью СН=4,06 кДж/(кг 0К), плотностью H =1020 кг/м3, исходной темпера турой T1=100С;

- температура эффлюента в отстойнике, необходимая для пре кращения остаточного газовыделения TОХ min=7 0С;

- температура наружного воздуха TB=4,1 0С;

- теплотворная способность биогаза =21500 кДж/м3;

- весь полученный биогаз идет на привод электрогенератора, кпд электрогенератора =0,35;

- электрогенератор и тепловой насос работают 16 часов в сутки.

По исходным данным получаем:

- суточная доза загрузки VH =6 м3/сут.;

- общее количество полученного биогаза Vr=80 м3/сут.;

- расход тепла на предварительный нагрев субстрата QH = 310,6 кВтч/сут.;

- среднесуточное количество тепла, необходимое для компен сации теплопотерь через ограждающие поверхности биореактора QК = 18,1 кВтч/сут.;

- максимальное суточное количество низкопотенциального тепла эффлюента Qэффmax=331,3 кВтч/сут.

Рассмотрим компрессионный тепловой насос, включенный в систему теплоснабжения биогазовой установки на базе модуля блока объемом 60 м3. Схема системы представлена на рис. 1.

Нагрев исходного навоза осуществляется путем непрерывной прокачки биомассы циркуляционным насосом вдоль внутренней по верхности теплообменного аппарата-конденсатора теплового насоса.

В полой стенке теплообменного аппарата-конденсатора теплового насоса конденсируется рабочее тело теплового насоса – хладагент R11 с передачей скрытой и явной теплоты процесса конденсации биомассе. В результате внутри биореактора достигается оптималь ный для проведения процесса уровень температуры (550С).

За счет использования в качестве теплоносителя горячей воды из теплоутилизационного блока осуществляться обогрев рабочего пространства только с целью компенсации теплопотерь в окружаю щую среду.

По приведенным выше формулам для компрессионного теп лового насоса получаем:

QТН=0 кВтч/сут.;

QР=328,7 кВтч/сут.;

TОХ=7 0С EСН=67, кВтч/сут при установленной мощности компрессора N=4,2 кВт;

=5;

ET=99,8 кВтч/сут.;

QT=139,3 кВтч/сут. в виде теплоносителя вода, в том числе 101,3 кВтч/сут. с температурой теплоносителя 950С и 38 кВтч/сут. с температурой теплоносителя 550С.

Рассмотрим абсорбционный тепловой насос, включенный в систему теплоснабжения биогазовой установки на базе модуля блока объемом 60 м3. Схема системы представлена на рис. 2.

Исходный субстрат, проходя через теплообменник 3, нагре вается от теплоносителя контура охлаждения АТН - 7 до рабочей температуры термофильного режима t=550С.

Потери теплоты через ограждающие конструкции биореак тора компенсируются с помощью тепловой рубашки биоректора.

Поддержание термофильного режима в биоректоре осуществляется теплоносителем контура охлаждения ДВС - 8.

Обработанный субстрат из биореактора - 4 поступает в от стойник эффлюента - 6, где с помощью охладителя эффлюента ох лаждается теплоносителем рабочего контура АТН - 7.

По приведенным выше формулам для абсорбционного теп лового насоса получаем:

QТН=185,7 кВтч/сут.;

QР=328,7 кВтч/сут.;

TОХ=37 0С;

EСН=0 кВтч/сут.;

=0,66;

ET=167 кВтч/сут.;

QT=101,3 ч/сут. в виде теплоносителя вода с температурой теплоносителя 950С.

Как видно из схем, в обоих случаях в отстойнике эффлюента расположен охладитель.

В процессе расслоения обработанного субстрата в отстойни ке эффлюента сгущенная фракция эффлюента скапливается в ниж ней (осадочной) части аппарата. Из-за значительной концентрации анаэробных метаногенных микроорганизмов и наличия остаточного органического вещества субстрата в осадочной части развивается анаэробный процесс с выделением биогаза. Всплывающие пузырьки биогаза являются причиной резкого падения интенсивности процес са расслоения обработанного субстрата, так как развивается процесс встречного переноса твердой фазы за счет биофлотации.

Размещение в нижней части отстойника эффлюента охлади теля эффлюента приводит к резкому снижению температуры осаж денной биомассы, и, как следствие, к соответствующему снижению остаточного газовыделения. В конечном счете, сокращается про должительность процесса разделения эффлюента на фракции.

Исходный навоз 1 – приемная емкость;

2 – насос загрузки субстрата;

3 – спиральный теплообменник типа инфлюент/вода;

биореактор 5 – охладитель эффлюента;

6 – отстойник эффлюента;

7 – абсорбционная холодильная машина;

8 – двигатель внутреннего сгорания;

9 – тепловая рубашка биореактора;

10 – газгольдер;

11- электрогенератор.

Сравнительные показатели работы тепловых насосов в системе теплоснабжения биогазовой установки Потребление элек троэнергии Рекуперация тепло вых газов Рекуперация тепло ты эффлюента Температура охлаж- денного эффлюента Прекращение оста точного газовыделе Количество товар ной электроэнергии Количество товар ной тепловой энер гии (температура теплоносителя 95 С) Количество товар ной тепловой энер гии (температура теплоносителя 55 С) Однако по проведенным расчетам система теплоснабжения биогазовой установки с применением АТН не обеспечивает доста точного охлаждения субстрата.

В системе теплоснабжения биогазовой установки абсорбцион ные тепловые насосы имеют ряд неоспоримых преимуществ по срав нению с компрессионными, к их числу, прежде всего, относятся:

– отсутствие подвижных частей и, следовательно, более высо кая надежность и долговечность;

– отсутствие в холодильном аппарате разнородных и дорогих материалов, а следовательно, более высокая технологичность и меньшая стоимость;

– бесшумность в работе и возможность использования деше вых источников тепловой энергии вместо электрической.

Недостатками абсорбционных тепловых насосов по сравне нию с компрессионными в системе теплоснабжения биогазовой ус тановки являются:

- невысокий коэффициент теплоиспользования;

- неспособность достижения температуры эффлюента в от стойнике, необходимой для прекращения остаточного газовыделе ния.

1. Ковалев А.А. Технологии и технико-энергетическое обоснование про изводства биогаза в системах утилизации навоза животноводческих ферм. Дисс. … д-ра техн. наук. М.,1998.

2. Бадылькес И.С., Данилов Р.Л. Абсорбционные холодильные машины.

М.: Пищевая промышленность, 1966.

3. Розенфельд Л.М., Ткачев А.Г., Гуревич Е.С. Примеры и расчеты холо дильных машин и аппаратов. М., 1960.

ТЕПЛОВОЙ НАСОС С ПОВЫШЕННЫМ ОТОПИТЕЛЬНЫМ

КОЭФФИЦИЕНТОМ – ЗНАЧИТЕЛЬНЫЙ РЕЗЕРВ

ЭКОНОМИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

А.Ф. Конов, А.А. Захаров, В.Н. Чистяков Актуальность проблемы Деятельность сельскохозяйственной отрасли связана с тем, что в качестве объектов воздействия машинных технологий чаще всего выступают биологические объекты: почва, растение, живот ное. Это накладывает отпечатки на особенности потребления и рас пределения энергии, а также возможные энергетические источники.

Функционирование российского сельского хозяйства проис ходит в более неблагоприятных климатических условиях, чем в раз витых капиталистических странах. Это приводит к тому, что 30-40% энергетических ресурсов, потребляемых в сельском хозяйстве, тра тится на обогрев помещений. К тому же в России на 1 га пашни за трачивается до 250-280 кг условного топлива, тогда как, например, в США -140 кг, удельный вес энергозатрат в объединенной Германии в стоимости продукции составляет порядка 7 %, в России же - свы ше 20. Причем отмечаются тенденции роста не только общих энер гозатрат, но и удельных (на 1 га, на 1 работника, на 1 рубль валовой продукции). В структуре потребления наибольший удельный вес приходится на дизельное топливо - порядка 30 %;

бензин - 11-16 %;

природный газ -20%;

электроэнергия и уголь - 10-11%. Как видно основное потребление энергии осуществляется за счет использова ния первичных невозобновляемых источников энергии. Поэтому в современных условиях вопрос экономии топливно-энергетических ресурсов приобретает особую остроту.

Наглядным примером является опыт Швеции по широкому использованию геотермальной энергии, где 70% потребности в теп ловой энергии обеспечивают тепловые насосы. В Стокгольме 12% всего отопления города обеспечивается геотермальными тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими в качестве источника тепла Балтийское море. Швеция первой среди развитых стран Запада хочет пойти на кардинальные меры в энергетической сфере, а именно - попытаться в течение 15 лет полностью отказаться от нефти, при этом не строя новых атомных электростанций.

В нашей стране этому вопросу уделялось недостаточное внимание и носило слабо выраженный характер. Тем не менее, не сколько лет назад и у нас началось формирование такого понятия, как энергосберегающая политика. 11 сентября 2003г. Минсельхозом РФ (протокол N 24) утверждены «Рекомендации по использованию нетрадиционных источников энергии в животноводстве, кормопро изводстве, крестьянских хозяйствах и сельском жилом секторе».

Для модернизации и дальнейшего роста производства продукции в сельском хозяйстве особое внимание следует обратить на обеспечение сельских хозяйств передовыми технологиями, основанными на экологически чистых и экономически эффективных способах обеспечения отопления и горячего водоснабжения с применением тепловых насосов, т. к. большинство хозяйств из-за отсутствия газа отапливаются электрокотлами или угольными котельными.

Основой предлагаемого решения является разработка, про мышленное производство и широкое внедрение тепловых насосов с увеличенным до 10 и более отопительным коэффициентом (ОК).

Современные тепловые насосы имеют максимальный отопи тельный коэффициент 3-5. (На один затраченный кВт электроэнергии получается в эквиваленте 3-5 кВт высокопотенциального тепла). В основу проекта положен ряд патентов РФ, в которых дано теоретиче ское обоснование возможности достижения повышенного значения отопительного коэффициента (теоретически достижимое значение 23) и приведены различные варианты конструкций ТН [1-4].

Тепловой насос - это компактная отопительная установка, предназначенная для автономного обогрева и горячего водоснабже ния жилых и производственных помещений. Данные системы эколо гически чисты, так как работают без сжигания топлива и не произ водят вредных выбросов в атмосферу, а также чрезвычайно эконо мичны, поскольку при подводе к тепловому насосу, например, 1 кВт электроэнергии, в зависимости от режима работы и условий экс плуатации, тепловой насос производит от 3 до 5 кВт тепловой энер гии.

Применение теплового насоса различной тепловой мощно сти является принципиально новым решением проблемы тепло снабжения и позволяет в зависимости от сезонности и условий рабо ты достигать максимальной эффективности в их работе. Тепловой насос имеет большой срок службы до капитального ремонта (до 50 лет) и работает полностью в автоматическом режиме.

Обслуживание установок заключается в сезонном техниче ском осмотре и периодическом контроле режима работы. Срок оку паемости оборудования не превышает 2 - 3 отопительных сезонов.

Проблема снижения затрат на отопление, горячее водоснаб жение в условиях России с ее продолжительными и суровыми зима ми достаточно актуальна на сегодняшний день. Использование для теплоснабжения традиционных источников энергии требует сущест венных финансовых затрат. Рост цен на энергоносители и высокие расходы на их доставку заставляют задумываться об использовании возобновляемых источников энергии. Такими источниками энергии является тепловая энергия окружающей среды: вода, воздух, тепло земли и т.д. Использование этих источников возможно только с применением теплового насоса. Применение ТН в отоплении жилых и производственных целях хорошо известен и используется около 100 лет.

Согласно термодинамического обоснования основная харак теристика ТН определяется величиной отопительного коэффициента (ОК). Величина ОК определяется отношением тепловой энергии по лученной ТН к энергии затраченной на ее получение и зависит толь ко от температуры нагреваемой и охлаждаемой сред и не зависит от природы рабочего тела.

Впервые предлагается ТН в котором в качестве рабочего те ла используется реальный газ. В описании принципа работы ТН по казывается, что при одинаковых температурах охлаждаемой и на греваемой сред величина ОК традиционного ТН =3, а отопитель ный коэффициент нового ТН =23[5]. Максимальное значение ОК предлагаемого ТН достигается тем, что рабочее тело (реальный газ) приводится в начале цикла в состояние, при котором реальный газ имеет максимальную сжимаемость. Работа сжатия реального газа в 7,6 раза меньше чем работа сжатия идеального газа.

Рис. 1. Рабочие циклы предлагаемого и традиционного ТН:

1 - уравнение Менделеева, 2 - уравнение Ван-дер-Ваальса, 3 - уравнение Конова А.Ф., 4 - потенциал Ленарда-Джонса Рис. 2. Экспериментальный образец 2-х камерного ТН Для реализации ТН с таким циклом необходимо выбрать хладон так, чтобы его критическая температура была близка или равна температуре охлаждаемой среды, причем изменение объёма при сжатии реального должно составлять 1/3 от начального объема.

Термодинамический цикл ТН доступен численному описа нию, причём каждая отдельная стадия цикла может быть подтвер ждена экспериментально. Физические основы цикла строго согла суются с законом сохранения и превращения энергии. Рабочие цик лы предлагаемого ТН и традиционного ТН представлены на рис. 1.

В точке (К) рабочее тело содержит максимальную потенциальную энергию и минимальную кинетическую. Сжатие рабочего тела из этой точки, до точки (В), позволяет максимальным образом исполь зовать силы молекулярного притяжения рабочего тела. Это позволя ет в 7.6 раз уменьшить работу, затрачиваемую на сжатие рабочего тела в цикле К-В-С (реальный газ), по сравнению с циклом тради ционного ТН (цикл В-В-С идеальный газ). Отношение этих пло щадей, равно 7.6. Это говорит о том, что экономичность нового ТН (кривая 3) в 7.6 раз выше, чем у традиционного ТН, работающего по диаграмме для идеального газа (кривая 1), где отопительный коэф фициент равняется 3. Произведение 37.6 даёт отопительный коэф фициент 23.

В ГНУ ГОСНИТИ разработаны и изготовлены эксперимен тальные образцы ТН с ОК 9 и 15, использующими описанный выше термодинамический цикл. На рис. 2 приведена фотография ТН с ОК=15.

Конкурентные преимущества:

- Высокий отопительный коэффициент, что позволяет полу чать в несколько раз более дешёвую тепловуюэнергию по сравне нию с традиционными ТН;

- Значительно уменьшается стоимость изготовления ТН за счет упрощения конструкции;

- В несколько раз уменьшается срок окупаемости;

- Увеличивается срок эксплуатации;

- Возможные перспективы создания новых видов продукции в ходе реализации проекта, которые могут обеспечить компании ус тойчивость и конкурентоспособность в развитии бизнеса в будущем.

Для модернизации и дальнейшего роста производства про дукции в сельском хозяйстве особое внимание следует обратить на обеспечение сельских хозяйств передовыми технологиями, основан ными на экологически чистых и экономически эффективных спосо бах обеспечения отоплением и горячим водоснабжением.

Одним из решений является разработка конструкции, про мышленное производство и широкое использование тепловых насо сов с высоким отопительным коэффициентом. Широкое использо вание принципа работы предлагаемого ТН при разработке различ ных тепло/холодогенерирующих устройств в сельском хозяйстве может стать значительным резервом экономии энергоресурсов.

1. Патент РФ № 2153133 от 03. 08. 1998.

2. Патент РФ № 2226658.

3. Патент РФ № 2267722 от 06. 05. 2004.

4. Патент РФ № 2083933 от 06. 05. 2004.

5. Патент РФ №2083932.

6. Базаров И.П. Термодинамика. М.: Высшая школа, 1983.

7. Кубо Р. Термодинамика. М.: «Мир», 1970.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ РЕЗОНАНСНЫХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Резонансные способы передачи электрической энергии на токах повышенных частот, предложенные Н.Тесла еще в 1897 году, в широких инженерных кругах остаются малоизвестными до на стоящего времени [1]. На промышленных частотах (50 Гц, 60 Гц) в протяженных линиях передач резонансные явления начинают само произвольно развиваться при приближении длин линий к 2500- км. При этом в линии возбуждается пространственный резонанс, при котором вдоль линии неуправляемо возникают полуволны амплитуд напряжения и тока. При нагрузках более натуральной пучность на пряжения располагается в середине линии, а пучности тока оказы ваются на концах [2]. Такое поведение амплитуд напряжения и тока существенно осложняет эксплуатацию протяжённых линий электро передач, тем более, что интенсивность явления резонанса резко из меняется при вариации нагрузки. По-видимому, этот факт стал при чиной потери интереса у специалистов к резонансным линиям пере дачи, несмотря на то, что они, как оказалось [3], обладают целым рядом несомненных достоинств, заключающихся в повышении про пускной способности линий электропередач, снижении материало емкости и уменьшении капиталовложений при строительстве, сни жении электрических потерь при передаче энергии, а также сниже нии затрат при эксплуатации. Кроме того, освоению резонансных методов передачи электрической энергии в известной мере мешало отсутствие надёжной, промышленно освоенной технологии произ водства скоростных сильноточных ключей. За последние десятиле тия проблемы производства как однонаправленных, так и двуна правленных токовый ключей в большой степени преодолены, что и послужило возобновлению интереса к резонансным электрическим системам (РЭС) [4].

Одним из основных элементов в комплекте оборудования для РЭС является источник электрического тока повышенной часто ты – преобразователь частоты (ПЧ) с регулируемыми частотой и ам плитудой напряжения на выходе.

Ниже представлены результаты работ по созданию ПЧ мощ ностью 50 кВт с полупроводниковыми ключами на базе IGBT – транзисторов в инверторном звене. Также описан ПЧ для питания экспериментальной резонансной системы снабжения электрической энергией мобильных агрегатов, созданных в ВИЭСХ и метод утрое ния рабочей частоты ПЧ при работе с резонансной нагрузкой.

Блок-схема электрических соединений основных узлов ПЧ мощностью 50 кВт представлена на рис. 1.

Рис. 1. Блок-схема электрических соединений компонентов ПЧ- Выходной силовой каскад ПЧ-50 выполнен в виде трех спа раллеленных по питанию инверторных мостов на столбах IGBT с рабочим напряжением 1200 В и допустимым током каждого столба 150 А (тип SRM 150 GB 123D, SEMIKRON).

В звене постоянного тока применены силовые электролити ческие конденсаторы 3300 мкф, 450 В фирмы PHILIPS. По постоян ному току преобразователь частоты питается от выпрямительного устройства, конструктивно не входящего в состав ПЧ-50.

Управление затворами IGBT транзисторов осуществляется с помощью драйверов SKHI 60H 4,0 SEMIKRON, конструктивно раз мещенных на самостоятельных платах. Драйверы обеспечивают пи тание входных цепей IGBT, контроль длительности “мертвого вре мени”, контроль за режимом насыщения коллекторного перехода, а также гальваническую “развязку” цепей затворов катодных и анод ных транзисторов между собой и с цепями низковольтных уст ройств, формирующих управляющие сигналы. Электрическая проч ность “развязки”- 4,0 кВ.

Выходные цепи силовых инверторных мостов могут быть запараллелены или разъединены, обеспечивая питанием, таким об разом, электрически объединенные или разъединенные нагрузки (в том числе и разной мощности).

Каждый из мостов обладает выходной мощностью до 20 кВт, при электрически запараллеленном режиме кратковременно обеспе чивается мощность до 60 кВт. Предусмотрена возможность управ ления ключами с фазовым сдвигом во времени на 1200 (2/3 ). Этот режим работы предполагается использовать при исследовании осо бенностей работы трансформаторов Тесла в группе из трех образ цов, с подачей энергии в один энергетический канал.

Проведены предварительные эксплуатационные испытания.

Блок-схема стенда для испытаний ПЧ-50 приведена на рис. 2.

На схеме указаны виды нагрузок, с которыми тестировался ПЧ-50: 30 кВт активной мощности (30 ламп х 1 кВт);

преобразова тель частоты, питающий асинхронный двигатель (50 Гц);

однопро водниковая резонансная линия электропередачи [5, 6].

Коротко результаты испытаний могут быть представлены следующим образом.

Параметры выходного тока:

- форма напряжения – меандр;

- форма тока при на резонансе – синус;

- напряжение на выходе преобразователя – не менее 480 В;

- частотный диапазон выходного тока 0,5 Гц 25 кГц.

Секционирование энергии на выходе ПЧ-50:

- три автономных выхода по 19 кВт;

- общая выходная мощность не ниже 50 кВт;

- коэффициент полезного действия не хуже 0,97.

Указанный КПД достигнут за счет того, что коммутация си ловых ключей производится при переходе выходного тока через нуль.

- защита от сквозных токов в ключах инверторных мостов;

- защита от неполного открывания ключей;

- защиты от КЗ по выходам мостов;

- “мягкий” пуск при автономном режиме работы ПЧ.

Рис. 2. Блок-схема соединений узлов при проведении испытаний ПЧ- - управляющие сигналы генерируются персональным ком пьютером.

Корпус ПЧ-50 выполнен из листового железа толщиной мм, конструктивно “завязан” по бокам на алюминиевые охладители с вертикальными, конвективно охлаждаемыми окружающим возду хом, ребрами. Спереди корпус герметично закрывается крышкой с уплотнением, обеспечивающим защиту на уровне IP-20. Корпус ПЧ покрыт коррозионно-стойкой краской, устойчивой к поражению грибком. Внутри корпуса имеются высоконадежные продувочные вентиляторы для выравнивания температур на тепловыделяющих элементах, а так же для исключения образования “карманов” с пере гретым воздухом.

Внешний вид ПЧ-50 представлен на рис. 3.

С помощью ПЧ-50 проведены натурные эксперименты по ум ножению частоты переменного тока в резонансной системе передачи электрической энергии.

Необходимость в такой операции может возникнуть, напри мер, при испытаниях или эксплуатации резонансных трансформато ров, собственная частота которых превышает рабочую частоту ключей Рис. 3. Внешний вид и размещение силовых элементов ПЧ- питающего преобразователя. Методика умножения основывается на том факте, что выходное напряжение инвертора по форме представ ляет собой меандр, в составе которого кроме первой гармоники име ются, как составляющие, третья, пятая и т.д. гармоники:

где u = -U0 при –t0;

U0 – напряжение в звене постоянного тока.

Если ПЧ настроить на частоту f Г, у которой частота третьей гармоники fГ3 совпадёт с собственной частотой резонансного транс форматора f03, то резонансный трансформатор возбудится на частоте f03 в результате воздействия на него напряжения U3.

При этом генерируемое напряжение U3 в три раза меньше напряжения первой (основной) гармоники U1.

Описанный метод умножения частоты, основанный на рабо те резонансного трансформатора на третьей гармонике ПЧ-50, суще ственно расширяет диапазон рабочих частот. Так ПЧ-50, скоростные возможности ключей которого ограничивают верхнюю границу ра бочих частот в области, 25 кГц, оказывается способным работать с резонансными трансформаторами, собственные частоты которых простираются до 75 кГц, правда при этом существенно снижается выходная мощность.

Разработан резонансный ПЧ ВРГ-25 для питания эксперимен тальной резонансной системы снабжения электрической энергией Рис. 4. Структурная схема подключения ВРГ- Q - автомат для подключения стенда к питающей сети 3 фазы 380 В, 50 Гц;

А1 - энерготранспортирующее устройство;

РТр1, РТр2, РТр3 – резонансные трансформаторы;

УРЧ–15 – преобразователь частоты мобильных агрегатов на базе полученных в ВИЭСХ теоретических и экспериментальных результатов в области резонансных методов пе редачи электрической энергии на мобильные энергопотребители.

ПЧ ВРГ-25 представляет собой специализированный стати ческий инвертор.

ПЧ ВРГ-25 в своем составе имеет:

- выпрямитель трехфазный, на тиристорах ТО – 80 – 12;

- трехканальный силовой инвертор на базе IGBT столбов (УРЧ-15);

- систему внутреннего мониторинга и диагностики режимов работы;

- систему защиты выходного инверторного модуля от не штатных энергетических выбросов, порождаемых энерготранспор тирующим устройством.

Выходная мощность, кВт……………………………………. Напряжение питания,……………………………......3 фазы 380 (50 Гц) Частота выходного тока, Гц………………………………. Напряжение на выходе, В……………………………….….. Габариты, мм………………………………

Масса, кг……………………………………………..………… Подключение к потребителю производится в соответствии со схемой рис. 4.

1. Разработан и изготовлен экспериментальный образец трёх канального ПЧ-50 переменного тока повышенной частоты с общей выходной мощностью 50 кВт. ПЧ-50 способен питать от одной до трёх резонансных систем передачи электрической энергии, позволит опытным путём проверить теоретические наработки по созданию резонансных сетей с фазностью более одной.

2. Для экспериментальной проверки функционирования вновь разрабатываемых узлов резонансных электрических сетей изготов лен стенд - резонансная система передачи электрической энергии мощностью 30 кВт, позволивший в опытном режиме эксплуатации «довести» силовые узлы ПЧ-50.

3. Экспериментально подтверждена и уточнена возможность 3-х кратного умножения частоты выходного тока для резонансных нагрузок.

4. Разработан инвертор-преобразователь для питания экспери ментального резонансного магнитоиндукционного энерготранспор тирующего устройства для мобильных энергопотребителей.

1. US Patent № 593138. Electrical transformer / Tesla N. 02.11.1897.

2. Рыжов Ю.П. Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения:

учебник для ВУЗов. М.: Издательский дом МЭИ, 2007.- 488 с.

С. 110-119.

3. Соколов Н.И., Соколова Р.Н. Возможности применения полуволновых линий электропередачи повышенной частоты. // Электричество, 1999, 4. Стребков Д.С., Некрасов А.И. Резонансные методы передачи и приме нения электрической энергии. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2008. – 352 с.

5. Некрасов А.И., Стребков Д.С., Трубников В.З. Резонансная система пе редачи электрической энергии мощностью 30 кВт // III Конференция – 2008 «Консолидация усилий электроэнергетики и электротехники в ус ловиях роста инвестиций. Перспективные технологии и электрооборудо вание». Доклад П-4.09. (ТРАВЭК. ВЭИ. 28-29 мая 2008 г., Московская 6. Стребков Д.С., Некрасов А.И., Трубников В.З. Резонансная система пе редачи электрической энергии // Материалы Всеросс. научно-техн. кон ференции «Электроэнергия: от получения и распределения до эффектив ного использования». – Томск: ТПУ, 2010. С. 205-207.

РЕЗОНАНСНЫЙ МАГНИТОИНДУКЦИОННЫЙ МЕТОД

БЕСКОНТАКТНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МОБИЛЬНЫХ

ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ

Обоснование применения и структура электромагнит ных полей для магнитоиндукционной системы Бесконтактная система передачи электрической энергии из плоскости дорожного полотна на мобильный приёмник электро энергии, перемещающийся по полотну, может быть создана на базе магнитоиндукционного эффекта передачи энергии. В самой поста новке этой задачи направление вектора плотности потока электро магнитной энергии однозначно определяется, как направление, ор тогональное к плоскости полотна дороги. Соответственно векторы и должны лежать в плоскости полотна дороги. Обозначим на правление вдоль дороги, как ось X, поперёк дороги – как ось Y и ор тогональное к плоскости полотна дороги – как ось Z. Вектор плот ности потока электромагнитной энергии должен иметь только одну составляющую, которая может быть получена несколькими способами:



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 12 |
 




Похожие материалы:

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ И ...»

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ И ...»

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ И ...»

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) Открытое акционерное ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АГРОХИМИИ им. Д. Н. ПРЯНИШНИКОВА ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ им. В. В. ДОКУЧАЕВА УТВЕРЖДАЮ УТВЕРЖДАЮ Министр сельского хозяйства Президент Российской академии Российской Федерации сельскохозяйственных наук _А. В. Гордеев _Г. А. Романенко 24 сентября 2003 г. 17 сентября 2003 г. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ...»

«МЕЛИОРАЦИЯ: ЭТАПЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Материалы международной научно- производственной конференции Москва 2006 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А.Н.Костякова МЕЛИОРАЦИЯ: ЭТАПЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Материалы международной научно-производственной конференции, посвященной 40-летию начала осуществления широкомасштабной программы мелиорации Москва 2006 УДК 631.6 М 54 ...»

«ПЧЕЛОВОДСТВО А.Г МЕГЕДЬ В.П. ПОЛИЩУК Допущено Государственным агропромышленным комитетом Украинской ССР в качестве учебника для средних специальных учебных заведений по специальностям Пчеловодство и Зоотехния Киев Выща школа 1990 ББК 46.91я723 М41 УДК 638.1(075.3) Рецензенты: преподаватель М. И. Совкунец (Борзнянский совхоз-техникум Черни говской области), И. Ф. Доля (заведующий пчелофермой Республиканского учеб но-производственного комбината по пчеловодству) Переведено с издания: Мегедь О. Г., ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет. Институт наук о Земле ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XVII Докучаевские молодежные чтения посвященной 110-летию Центрального музея почвоведения им. В.В. Докучаева НОВЫЕ ВЕХИ В РАЗВИТИИ ПОЧВОВЕДЕНИЯ: СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК СРЕДСТВА ПОЗНАНИЯ ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XVI Докучаевские молодежные чтения посвященной 130-летию со дня выхода в свет книги Русский чернозем В.В. Докучаева ЗАКОНЫ ПОЧВОВЕДЕНИЯ: НОВЫЕ ВЫЗОВЫ 4– 6 марта 2013 года ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XV Докучаевские молодежные чтения посвященной 150-летию со дня рождения Р.В. Ризположенского ПОЧВА КАК ПРИРОДНАЯ БИОГЕОМЕМБРАНА 1– 3 марта 2012 года Санкт-Петербург ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В.Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Всероссийской научной конференции XIV Докучаевские молодежные чтения посвященной 165-летию со дня рождения В.В.Докучаева ПОЧВЫ В УСЛОВИЯХ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ СТРЕССОВ 1– 4 марта 2011 года Санкт-Петербург ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ СЕВЕРО-ЗАПАДНАЯ ВЕТЕРИНАРНАЯ АССОЦИАЦИЯ МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ЗНАНИЯ МОЛОДЫХ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ И АПК СТРАНЫ Санкт-Петербург 2012 1 УДК: 619 (063) Материалы международной научной конференции студентов, аспи рантов и молодых ученых Знания ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МАТЕРИАЛЫ ХІІ МЕЖДУНАРОДНОЙ СТУДЕНЧЕСКОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ (Гродно, 18-20 мая 2011 года) В ТРЕХ ЧАСТЯХ ЧАСТЬ 3 АГРОНОМИЯ ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ ЗООТЕХНИЯ ВЕТЕРИНАРИЯ ТЕХНОЛОГИЯ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ К 60-летию вуза Гродно УО ГГАУ УДК 63 (06) ББК М Материалы ХІІ Международной студенческой научной конференции. – Гродно, 2011. – ...»

«Казанский (Приволжский) федеральный университет Общество почвоведов им. В.В. Докучаева Институт проблем экологии и недропользования АН РТ НАСЛЕДИЕ И.В. ТЮРИНА В СОВРЕМЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ В ПОЧВОВЕДЕНИИ Материалы международной научной конференции Казань, 15-17 октября 2013 г. И.В.Тюрин (1892-1962) Казань 2013 УДК 631.4 ББК 40.3 Печатается по решению Ученого совета Института фундаментальной медицины и биологии ФГБОУ ВПО Казанский (Приволжский) федеральный университет Наследие И.В. Тюрина в ...»

«ISSN 1561-1124 МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 7 (34) Издательство Санкт-Петербургского университета 2012 САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ И ЭКОЛОГИИ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МУЗЕЙ ПОЧВОВЕДЕНИЯ ИМ. В.В.ДОКУЧАЕВА МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 7 (34) Издание основано в 1885 г. А.В. Советовым и В.В. Докучаевым Издательство С.-Петербургского университета 2012 УДК 631.4 ББК 40.3 М34 Редакционная коллегия: Б.Ф. Апарин (председатель), Е.В. Абакумов, ...»

«ISSN 1561-1124 МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 6 (33) Издательство Санкт-Петербургского университета 2009 САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ И ЭКОЛОГИИ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МУЗЕЙ ПОЧВОВЕДЕНИЯ ИМ. В.В.ДОКУЧАЕВА МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 6 (33) Издание основано в 1885 г. А.В. Советовым и В.В. Докучаевым Издательство С.-Петербургского университета 2009 УДК 631.4 + 577.34 ББК 40.3 М34 Редакционная коллегия: И.А. Горлинский (председатель), Б.Ф. ...»

«X ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ЗАПОВЕДНОМУ ДЕЛУ МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ 25-27 сентября 2013 г. г. Благовещенск АМУРСКИЙ ФИЛИАЛ БОТАНИЧЕСКОГО САДА-ИНСТИТУТА ДВО РАН АМУРСКИЙ ФИЛИАЛ WWF РОССИИ БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ АМУРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОЮЗА АМУРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РУССКОГО БОТАНИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА СОВЕТ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ АФ БСИ ДВО РАН X ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ЗАПОВЕДНОМУ ДЕЛУ 25-27 сентября ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГОУ ВПО УЛЬЯНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ – ФИЛИАЛ ФГОУ ВПО УЛЬЯНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЫ IX МЕЖДУНАРОДНОЙ СТУДЕНЧЕСКОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ 31 марта 2011 Димитровград 2011 г. УДК 631 Редакционная коллегия: Главный редактор Х.Х. Губейдуллин Научный редактор Т.А. Мащенко Редакционная коллегия И.И. Шигапов А.М. Кадырова ...»

«Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д. Глинки (Россия) Германо-российский кооперационный проект Развитие и внедрение современных технологий производства молока и говядины в РФ III РОССИЙСКО-ГЕРМАНСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ Перспективы развития сельского хозяйства: кормопроизводство и кормление КРС как предпосылка высокой продуктивности в молочном и мясном скотоводстве ...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.