авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

«ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ Уфа 2011 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное ...»

-- [ Страница 3 ] --

и на Рис. 1. Структ турная сх хема моду вывода информ уля мации Ав вторами р разработа прогр ано раммное обеспечен о ние, кото орое осущ ществляетт вывод к как алфаавитно-циифровой информа ации (частота вр ращения, момент,, сообщенния), так и графической ин нформации (характ и теристики пуска, реверса и и р торможеения дви игателя). Установк графи ка ического ЖКИ ф фирмы «Winstar»

« »

возможн в стенд для исследован гибр на де ния ридных вы ысокомомментных шаговых х двигател лей, прив веденном в [6]. В стенд для исследова м де и ания веннтильныхх двигател лей посто оянного тока (ВД ДПТ), раазработан нном авт торами, на ЖКИ н И выводятс динам ся мические характер ристики при пуск реверс и тор п ке, се рможении и двигател Стенд позволяет решать следующ задачи ля. щие и:

измеррение пар раметров ВДПТ: тока ин нвертора, частоты вращен ы ния валаа двига ателя, вр ращающе его мом мента, определен о ние элек ктромехан ническойй посто оянной в времени, механи ической и элек ктрическо ой потре ебляемойй мощнности, КП двигате ПД еля;

расчет и графи т ическое оттображен в реал ние льном вреемени на ЖЖКИ ста атическихх и дин намически характе их еристик п разли при ичных режжимах рабботы ВДППТ;

осцилллографир рование фазных то ф оков и на апряжений ВДПТ, а также сигналов в датчи полож ика жения ротора;

автомматизация работы стенда, повыше я ы, ение точчности и быстро одействияя измер рений за счет использ а зования микропр роцессорн ного уп правленияя основ вными бло оками стеенда;

расши ирение д диапазона мощно а остей исс следуемы ВДПТ (от 11 Вт до ых Т 10 о 1500 В Вт).

На рис. 2 приведе а ена, изоббраженная на ЖК я КИ, осцииллограмм пуска ма а вентильн ного дви игателя при сту упенчатом возму м ущающем воздей м йствии с разомкнуутым коннтуром скоорости (П – регу ПИ улятор выключен).

Рис. 2. Пуск ВД ДПТ при с ступенчат возму том ущающем воздейст м твии с разомкн нутым кон нтуром ск корости Та аким об бразом, позволя яя отобр ражать алфавит тно-цифро овую и графичес скую ин нформациию, жид дкокристааллически ий инди икатор повышает п т удобство и н о нагляднос сть инт терфейса пользо ователя информационно- измерите ельных си истем стендов для исследов вания элек ктрически машин их н.

Список литературы 1. Выставка Society for Information Display – SID’2005 / Сайт «The eBook.org», http://www.the-ebook.org, (дата обращения 25.05.2011).

2. Каталог жидкокристаллических индикаторов / Рынок Микроэлектроники http://www.gaw.ru, (дата обращения 25.05.2011).

3. Ampire CO.,LTD / Сайт «Тритон – электронные компоненты»

http://www.trt.ru, (дата обращения 25.05.2011).

4. Сапелов А. И. Жидкокристаллические индикаторы фирмы Winstar // Компоненты и технологии. – 2001. – №6. С.33-36.

5. ЖКИ модуль WG320240B-TFB-TZ (WINSTAR) / Сайт «Компэл», http://catalog.compel.ru, (дата обращения 10.11.2010).

6. Султангалеев Р. Н., Пашали Д. Ю., Матвеев Е. Л., Слепец И. А.

Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы // Сборник научных трудов IV Международной научно технической конференции. – 2011. С.377-381.

УДК 621.316. А. А. КАРАВАЕВ ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет УЛУЧШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С ПОМОЩЬЮ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В последнее время всё большее значение приобретают вопросы энергосбережения и качества электроэнергии. Вопрос энергосбережения имеет много аспектов, и один из них – это рационально организованная компенсация реактивной мощности. Уменьшение потерь активной мощности обусловленных перетоками реактивных мощностей, является реальной эксплуатационной технологией энергосбережения в электрических сетях [1]. Эффективное регулирование перетоков реактивных мощностей необходимо также для обеспечения стандартов качества электрической энергии.

С точки зрения режимов работы электрических сетей и электрооборудования, компенсации реактивной мощности позволяет:

1)Снизить общие расходы на электрические и тепловые потери.

2)Повысить надёжность и экономичность электрических сетей.

3)Разгрузить линии электропередач, трансформаторы и распределительные устройства, что позволит подключить дополнительных потребителей без расширения питающих сетей.

4)Уменьшить вероятность провала напряжения на линиях электроснабжения удалённых потребителей (водозаборные скважины, карьерные экскаваторы с электроприводом, стройплощадки и т. д.).

5)Максимально использовать мощность автономных дизель-генераторов (судовые электроустановки, стройплощадки и установки разведочного бурения).

6)Облегчить пуск мощных асинхронных двигателей.

Компенсация реактивной мощности – это одно из наиболее эффективных средств обеспечения рационального использования электроэнергии. Так, за 2007 год отпуск электроэнергии в сети ФСК холдинга РАО "ЕЭС России" составил 742,5 млрд. кВт·ч, из них через распределительные сети 20-6/0,4 кВ – около 370 млрд. кВт·ч [1]. При этом потери электроэнергии в сетях 20(6)-0,4 кВ составили 11,6% [2]. Следовательно, повышение наиболее характерного для распределительных сетей 20-6/0,4 кВ cos = 0,85 [2] только на 0,01 (1%) позволит сэкономить около 1 млрд. кВт·ч, что эквивалентно высвобождению 160 МВт дополнительной генераторной мощности.

Рассмотрим нежелательные проявления реактивной мощности более подробно на примере линейной цепи [3]: источник ЭДС (Е), линия электропередачи (RS и LS) и нагрузка. Наличие реактивной мощности в нагрузке QН, при синусоидальных напряжениях и токах в цепи, проявляется в виде сдвига Н фазы тока IН относительно напряжения на нагрузке UН (а значит, и относительно ЭДС источника – сдвиг фазы тока Н) приводит к необходимости расчёта нежелательных вторичных проявлений («ущерба») из-за QН, таких как:

1) увеличение действующего значения тока в источнике (Е) для передачи той же активной мощности в нагрузку, что повлечёт и увеличение полной мощности источника I Н I Н. А cos Н f1 QН, где IН.А. – активная составляющая тока нагрузки IН;

2) дополнительные потери активной мощности в сопротивлении линии RS SH PRS I H.P RS RS 2 sin 2 H f 2 QH, UH где IН.Р. – реактивная составляющая тока нагрузки IН;

3) дополнительные потери напряжения в линии (пренебрегая RS) S U LS I H.P LS LS H sin H f 3 QH, UH 4) изменение напряжения первой гармоники на нагрузке и соответственно его действующего значения (пренебрегая RS) 1 T diH.P e LS dt dt f 4 QH ;

UH T 0 5) изменение фазы напряжения на нагрузке (напряжение автономной сети) относительно напряжения источника QH QLS Q arctg H f 5 QH ;

И H arctg PH PH 6) затраты на установку (при необходимости) компенсирующих (косинусных) конденсаторов мощностью QКОМ К КОМ QH f 6 QH, где ККОМ – степень компенсации;

7) дополнительные потери активной мощности в емкостях компенсатора РКОМ QКОМ tg K КОМ tgQH f 7 QH.

Из приведённых соотношений видно, что все вторичные проявления наличия в цепи реактивной мощности однозначно выражаются через величину реактивной мощности QН, т.е. все ущербы зависят через свои парциальные коэффициенты от одной и той же расчётной величины – реактивной мощности нагрузки. Поэтому при расчёте цепей с синусоидальными формами напряжения и тока достаточно определения только реактивной мощности по первой гармонике.

В случае энергосистемы с несинусоидальным током нагрузки различные парциальные «ущербы» от неактивной составляющей мощности нагрузки определяются различными парциальными реактивными мощностями системы, а не одной и той же реактивной мощностью по первой гармонике, как это было с синусоидальным током нагрузки. Причём для определения «ущерба» от несинусоидальности тока нагрузки здесь необходимо ещё и знание интегрального коэффициента гармоник тока первого порядка (и высших порядков – в случае замещения линии электрической цепью порядка выше первого).

В промышленных системах электроснабжения наиболее распространенным типом компенсирующих устройств является регулируемая конденсаторная установка [2, 4, 5]. В сетях отечественных потребителей установленная мощность конденсаторов составляет порядка 30 млн. кВАр, из которых 18-20 млн. кВАр включаются и отключаются вручную. При этом доля низковольтных (до 1 кВ) конденсаторов составляет 75-80% от общего объема.

При несомненных достоинствах регулируемых конденсаторных установок (высокий КПД, простота, надёжность и невысокая стоимость) они обладают также и рядом недостатков:

1) Чувствительность к высшим гармоникам (перегрев). Необходимо включать дроссель последовательно с конденсатором, что позволяет несколько отстроить частоту резонанса в системе и избежать возможного повреждения конденсаторов. Особенно критичными являются 5я и 7я гармоники. Экономия на дросселях при наличии гармоник в электросети, как показывает практика, приводит к выходу из строя конденсаторов в течение 6-10 месяцев.

2) Большие пусковые токи (более 100·Iном) при отсутствии специальных схем управления, возникающие при коммутации конденсаторов. При параллельном подключении конденсаторов в батарее пусковые токи становятся еще выше (более 150·Iном), поскольку пусковой ток протекает не только от цепей питания, но и от подключенных параллельно конденсаторов.

3) Чувствительность к перенапряжениям.

4) Чувствиттельность к повыш ь шению те емператууры (темппература в районее установк конден ки нсаторов не должн превыш на шать 35 С. Иначе их срок службы е к ы сократит тся. Длиттельный нагрев к конденсаттора всег на 7 С выше нормы го ы сокращае его сро службы в 2 раза ет ок ы а).

5) Необходдимость в специа альных ра азрядных резисто х орах и дрросселях,, позволяю ющих ув величить быстрод действие системы коррек ы кции реактивной й мощност не уме ти, еньшая пр этом ср службы конденсаторов ри рок в.

6) Н Невысока скорос регули ая сть ирования – порядка 1-60 секкунд.

7) Ступенччатость переключе п ения емккости в 15...20% от необ бходимойй мощност Стандартное зн ти. начение д искретно ости соста авляет 25 кВАр.

Такким обра азом, налиичие резк переме ко енной наггрузки и ввысших гармоник г к ограничиивает пррименени ие источ чников реактивн ной мощ щности на базе е синхроннных комппенсаторо и кон ов нденсаторрных уста ановок, ттак как в первомм случае иимеет ме есто инер рционноссть, а во втором перегруз зка оборуудования я высшими гармониками (возможен перегрев и взрыв конденс и в в саторов). Поэтомуу необходи источ им чник реак ктивной мощности, которы облад ый дает досттаточнымм быстродеействием и не перегр м ружается высшим ми гарм мониками Этим и. м требован ниям поллностью удовлетво у оряет ком мпенсатор реактив р вной мощщности с индуктиввным нак копителем энергии м и.

Коомпенсато (рис. 1) состо ор оит из по оследоваттельно пподключеннного Г- образног го LC фильтра нижн а них част тот и трёхфаз зного мостового м о полупровводников вого пр реобразова ателя (конверте ( ера) с индукти ивностью ю (линейны дроссе ый ель) на ст тороне поостоянног тока. Трёхфазны мост образуют го Т ый о т шесть пполностью управляемых кл ю лючей с односто оронней п проводиммостью – шесть IGBT-тра анзистороов. Ком мпенсатор подключается паралле р ельно с нагрузко ой.

Рис. 1. Принципиа П альная сх хема комп пенсатора а Прринцип действия комп я пенсатора заключается в упра авляемом м энергооб бмене ме ежду сетью и др росселем посредством кон нвертера. Способ. б управлен компе ния енсатором основан на том факте, что в любой момент времени м н ф й т и в трёхфазной трёхпроводной системе сумма токов всегда равна нулю, поэтому один из токов всегда равен сумме двух других с обратным знаком [6].

Например, происходит потребление тока из фазы А и отдача тока в фазы В и С.

В этот отрезок времени транзистор в положительной ветви моста фазы А открыт и ток из сети течёт в дроссель. Для замыкания цепи (протекания тока) необходимо открыть транзисторы в отрицательных ветвях моста фаз В и С, сначала один, а потом другой. Время открытия этих транзисторов находится из соотношения: |Ib| / |Ic| = Tb / Tc, где Ib и Ic – токи фаз В и С за промежуток времени Tb + Tc, а Tb и Tc – время нахождения в открытом состоянии транзисторов в фазах В и С.

Для облегчения фильтрации высших гармоник целесообразно повысить несущую частоту выше 10 кГц. Регулирование реактивной мощности компенсатора осуществляется за счёт изменения угла отпирания транзисторов относительно напряжения сети (линейная зависимость). Регулировать реактивную мощность можно как вниз до 25% от номинальной мощности компенсатора, так и вверх на 5-10%.

Для исследования разработанного компенсатора реактивной мощности была создана компьютерная модель в пакете Matlab (Simulink). По результатам моделирования можно сделать вывод о том, что компенсатор реактивной мощности с индуктивным накопителем энергии обеспечивает компенсацию реактивной мощности со значением cos = 1, причём имеет бесступенчатое и быстрое (не более 5 мс) регулирование реактивной мощности, а также обеспечивает синусоидальность потребляемого тока с коэффициентом высших гармоник не более 5%.

Более подробно ознакомиться со схемой компенсатора и алгоритмом его управления можно изучив патент РФ [7], а также статьи автора в межвузовских сборниках [5, 6].

Список литературы 1. Железко Ю.С. Новые нормативные документы, определяющие взаимоотношения сетевых организаций и покупателей электроэнергии в части условий потребления реактивной мощности. Материалы шестого научно технического семинара "Нормирование и снижение потерь электрической энергии в электрических сетях – 2008" (сборник докладов). М.: Диалог-электро.

2008. С.12- 2. Железко Ю.С. Методы расчета нагрузочных потерь электроэнергии в радиальных сетях 0,38-20 кВ по обобщенным параметрам // Электрические станции. 2006. №1.

3. Зиновьев Основы силовой электроники.

4. Марченко Е.М. Компенсация реактивной мощности как средство сокращения затрат // Энергосбережение. 2003. №1. http://www.energija.ru 5. Караваев А.А. Методы компенсации реактивной мощности.

Актуальные проблемы в науке и технике. Том 2. Машиностроение, приборостроение, экономика и гуманитарные науки // Сб. тр. четвёртой всерос.

зимней школы-семинара аспирантов и молодых учёных. – Уфа: изд-во «Диалог», 2009г. С. 198-201.

6. Караваев А.А. Компенсатор реактивной мощности с индуктивным накопителем энергии. Мавлютовские чтения: Всероссийская молодежная научная конференция: сб. тр. в 5 т. Том 2 / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. – Уфа: изд-во УГАТУ, 2009г. С 39- 7. Рогинская Л.Э., Стыскин А.В., Караваев А.А. Пат. РФ № 2368992, МПК H02J3/18, заявл. 28.04.2008, № 2008116944/09, опубл. 27.09.2009, бюл. № 27.

8. ГОСТ 13109-97 Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Дата введения 01.01.99 взамен 13109- УДК 621.313. С. А. ГАНДЖА ФГБОУ ВПО Южно-уральский государственный университет СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВЕНТИЛЬНЫХ МАШИН С АКСИАЛЬНЫМ МАГНИТНЫМ ПОТОКОМ В настоящее время в диапазоне малых и средних мощностей все чаще применяются электроприводы на базе вентильных электрических машин с аксиальным магнитным потоком (ВМАП). Практическая потребность в серийном освоении этих электрических машин определяет актуальность теоретических исследований по их анализу и оптимальному проектированию.

К настоящему времени на практике применяется большое количество конструктивных модификаций ВМАП [1]. Классификация наиболее часто применяемых конструкций представлена на рис. 1.

Электрические машины с аксиальным зазором С сегментными С цилиндрическими С призматическими магнитами магнитами магнитами С кольцевыми С волновыми С тороидальными С трапецеидаль катушками катушками катушками ными катушками Рис. 1. Классификация ВМАП Некоторые конструктивные исполнения активных частей ВМАП с различными формами магнитов и катушек представлены на рис. 2-4. Для простоты обращения к ним обозначим из как модель 1, модель 2 и модель 3.

Расчетные модели приведенных конструкций имеет особенности, обусловленные спецификой их геометрии и способом коммутации.

Выведен нные зна ачения электромагнитного момен э нта и э электромагнитной й мощност исполн ти нений, при иведенны на рис.

ых.2-4, пред дставлены ниже.

ы Рис. 2 Констру 2. уктивное исполнен ВМАП с цилин ние ндрическ кими магн нитами и кол льцевыми катушка (моде 1) и ами ель Рис 3. Конст с. труктивное исполннение ВМ МАП с сег гментным магнит ми тами и трапец цеидальны катуш ыми шками (м модель 2) Рис 4. Конст с. труктивное исполн нение ВМ МАП с сег гментным магнит ми тами и торои идальным катуш ми шками (мо одель 3) Среднний элект тромагнитный мо омент и электром магнитна мощно ая ость для я ВМАП с цилиндрическими магнитам и кольц м ми цевыми катушками (модель 1) и Для ( 180-180/m m)-градус сной комм мутации Aср Bср Dср Lк K mod 1(180180 / m ) K эф(18018 / m ), M ср mod 1(180180 / m ) Aср B nDср Lк K mod1(180180 / m ) K эф(18018 / m ), Pэм mod1(180180 / m) 0 Для 180-градусной коммутации Aср Bср Dср Lк K mod 1(180 ) K эф180, M ср mod 1(180 ) Aср B nDср Lк K mod1(180) K эф180, Pэм mod1(180) Средний электромагнитный момент и электромагнитная мощность для ВМАП с сегментными магнитами и трапецеидальными катушками (модель 2).

Для (180-180/m)-градусной коммутации M ср mod 2(180180 / m ) M max mod 2(180180 / m ) K кэф(180180 / m ) Aср Bср Dср Lк K mod 2(180180 / m ) K кэф(180180 / m ) Pэм mod 2 (180 180 / m ) Aср Bср nDср Lк K mod 2 (180 180 / m ) K кэф (180 180 / m ) Для 180-градусной коммутации M ср mod 2 (180 ) M max mod 2 (180 ) K кэф180 Aср Bср Dср Lк K mod 2 (180 ) K кэф Pэм mod 2 (180 180 / m ) Aср Bср nDср Lк K mod 2 (180 ) K кэф Средний электромагнитный момент и электромагнитная мощность для ВМАП с сегментными магнитами и тороидальными катушками (модель 3).

Для (180-180/m)-градусной коммутации M ср mod 3(180180 / m ) M max mod 3(180180 / m ) K кэф(180180 / m ) Aср Bср Dср Lк K mod 3(180180 / m ) K кэф(180180 / m ) Pэм mod 3(180 180 / m ) Aср Bср nDср Lк K mod 3(180 180 / m ) K кэф (180 180 / m ) Для 180-градусной коммутации M ср mod 3(180 ) M max mod 3(180 ) K кэф180 Aср Bср Dср Lк K mod 3(180 ) K кэф Pэм mod 3(180 180 / m ) Aср Bср nDср Lк K mod 3(180 ) K кэф В приведенных формулах переменные имеют следующий физический смысл:

Aср - линейная токовая нагрузка на среднем диаметре кольца ;

Bср - средняя индукция в пределах полюсного деления;

n - частота вращения;

Dср - средний диаметр кольца;

Lк - тоолщина к кольца K mod -коэффиц циент эфф фективноости модел для ра ли азличны к конструкц ций;

K кэф - коэффицциент эфффективно ости якорной обмоотки для р разных вариантов в в коммута ации.

Сравн нительны анализ конструк ый кций при (180-180//m)-граду усной ком ммутациии и 180-граадусной к коммутац ции Приве еденные аналити ические выражен ния поз зволяют сделать анализ з эффективности м модели 1, модели 2 и мо и одели 3 с точки зрения развития я электром магнитног моме го ента в одинаков вых габаритах при оди инаковых х электром магнитны нагрузк ых ках. Провведем это анализ по след от з дующей методике:

м для фик ксированнного чиссла фаз определим отно ошение э электромаагнитных х мощност тей для различны модел ых лей и различных вариан р х нтов комммутации..

Результа аты сведе в табл ем лицу. В табл. 1 приведен сравне но ение моделей дляя варианта а:

- коэф ффициент полюсно дуги 0.8;

т ой - числ фаз 3;

ло - комммутация 1120-граду усная.

Таблица Т Срав внение эфф фективност моделей по развива ти аемому эле ектромагни итному мом менту для 120-гр радусной ко оммутациии Сра авнение 3-ффазных Модел с которо сравнив ль, ой вают моделей й Модел ль Модель 2 Модель для 120-гр радусной коммутациии ( (коэф. пол. дуги. 0.8) Модельь, М Модель которую ю сравнив вают 1 0.577 0. Модель М 1.73 3 1 0. Модель М 3. 66 2 Из таб 1 видн что са бл. но, амая эффеективная модель 3 в одинак ковых габ баритах и с одинакковыми э электрома агнитным нагруз ми зками раззвивает э электрома агнитныйй момент в 2 раза б больший, чем моде 2 и 3.466 раза больший чем модель 1. В ель й, табл. 2 п приведено аналогич о чное срав внение дл 180-гра ля адусной к коммутаци ии.

Таблица Т Сра авнение эфф фективност моделей по развив ти й ваемому эле ектромагни итному мом мент для 180-гр радусной коммутации к и Ср равнение 3 -фазных Моде с котор сравнив ель, рой вают моделе ей Мод дель 1 Моде ель Модел ль д 120-град для дусной коммутации Моделль, Модель котору ую сравни ивают 1 0.667 0. Модель 1.

.499 1 0. Модель 3 2 Приве еденные таблицы удобно исполь ы о ьзовать на практ н тике для выбора я а конструк кции и ти комму ипа утации в з зависимос от про сти оектной с ситуации.

Выводды 1. По развива о аемой эл лектромаг гнитной мощност наибол ти лее эффективной й являеется мод дель 3 в од динаковых габари х итах и с один наковыми и электтромагниттными на агрузками для всех типов ко и х оммутаци ии.

2. Дл всех моделей наибол ля й лее эффе ективной являетс 180-г ся градуснаяя комммутация д любог количе для го ества фаз и при любом зн з л начении полюсной п й дуги..

Спиисок лите ературы 1. Ганджа С.А. Венти ильные э электричееские машшины поостоянног тока с го аксиальн ным зазор ром. Анал и син лиз нтез. В сб борнике трудов пя т ятой конфференции и пользоваателей программно обесп ого печения CAD_FEM GmbH, C M 2005.-С. 372-376.

УДК 621.452. А. В. ЛОБАНОВ, Р. М. САЛИХОВ, Н. Р. ТУМАШЕВ, Н. И. НУГУМАНОВ ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет ЕМКОСТНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ АПЕРИОДИЧЕСКОГО РАЗРЯДА С ЧАСТИЧНЫМ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ Принципы построения систем зажигания основаны на различных способах воспламенения горючей смеси. На сегодняшний день в двигателях летательных аппаратов распространены системы зажигания, воспламеняющие смесь с помощью электрических разрядов в свечах зажигания. Емкостные системы могут иметь колебательный или апериодический характер разрядных процессов. Системы апериодического разряда широко используются на многих зарубежных ГТД. Известно, что система зажигания апериодического разряда обладает большей энергетической эффективностью и воспламеняющей способностью по сравнению с системами зажигания колебательного разряда, а также при апериодическом разрядном процессе повышается срок службы накопительного конденсатора, так как напряжение на конденсаторе не меняет знака. Получение апериодического разряда возможно различными способами, в том числе, с помощью высоковольтного диода. Также емкостные системы выполняются с общим и частичным резервированием. Резервирование — метод повышения характеристик надёжности технических устройств или поддержания их на требуемом уровне посредством введения аппаратной избыточности за счет включения запасных (резервных) элементов и связей, дополнительных по сравнению с минимально необходимым для выполнения заданных функций в данных условиях работы.

Для ряда малогабаритных ГТД, которые запускаются только на земле, целесообразно применение схем систем зажигания с частичным резервированием. Системы зажигания с частичным резервированием обладают несколько сниженными показателями надежности по сравнению с двухканальными системами зажигания, но имеют существенно меньшие массу и габариты. Эти системы зажигания содержат параллельно или последовательно соединенные полупроводниковые свечи, работающие от одного преобразователя. В аварийном режиме при отказе одной из свечей вторая свеча сохраняет работоспособность, причем в исправной свече выделяется практически удвоенная энергия. Этим частично компенсируется отказ одной свечи.

Наиболее перспективным и выгодным является последовательное соединение свечей. При последовательном соединении ток практически не меняется и энергия разряда в двух свечах выше.

Актуальна разработка системы зажигания апериодического разряда с активизатором и последовательным соединением свечей. В научно технической литературе данное схемотехническое решение отсутствует.

На рисунке показана функциональная схема емкостной системы зажигания.

Рис. Ем мкостная система за с ажигания апериод я дического разряда о с частичны резерв ым вированиеем В качестве источн е ника пиитания в емкост тной сис стеме за ажигания я применяется тран нзисторны преобр ый разовател ль.

За счёт ди иодов VD и VD разряд в свечах носит апериод D2 D3 д т дический й характер р.

Крроме тог го, данная систе ема зажигания является высоковольтной я й благодар наличи в цеп каждо свечи зажиган ря ию пи ой ния специ иального блока – активиза атора, вкл лючающе импул его льсный тррансформ матор и к конденсат (TV1, тор, TV2 и C2). Наз значение активиззатора со остоит в том, ч чтобы оббеспечить ь надежныый проб бой свеч чи и сократит ть до минимум ма длит тельность ь подготов вительной стадии разряда, а, следо й овательно повыси долю энергии о, ить ю и накопитеельного к конденсат тора, выде еляющую в свеч юся че.

Спис литера сок атуры 1. Гизат туллин Ф.А. Исследование разрядны процес ых ссов в поолупровод дниковыхх свечах и разработ емкост тка тных сист зажиг тем гания поввышенной эффекти й ивности / Ф.А. Гизатуллин, Л.И. Алимбеков Ю.Н. Прохорче Техни А в, ев;

ический отчёт по о НИР. Гос рег. № 78046793 инв. № Б 818184 Уфа: УА 1979. – 81 с.

с. 3, 4, АИ, 2. Систе емы зажигания двиигателей летателььных аппа аратов: УУчебное пособие / п Ф. А. Гиз затуллин;

Уфимск гос. ави к. иац. техн. ун-т. Уфа, 1998. – 115с.

УДК 620. В. А. БАГАЕВ, В. Н. РЫНГАЧ ФГУП УАПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ НА ФГУП УАПО За последние несколько лет на предприятии проведен комплекс мероприятий, позволивших изменить основные параметры энергопотребления:

расходы электроэнергии, газа, воды в части их уменьшения.

На диаграммах приведены комплексные данные расхода энергоносителей на предприятии за период 2007, 2008, 2009 2010 годы (рис. 1, 2, 3).

Анализ диаграмм показывает:

1. Энергопотребление в зимние месяцы (в целом) выше по отношению к летним месяцам:

- по электроэнергии, примерно, – на 30-45%;

- по воде, примерно, – на 22-36%;

- по газу, примерно, - на 700%.

Указанное изменение энергопотребления вызвано сезонными факторами и необходимостью дополнительного отопления производственных помещений.

2. Комплекс мероприятий, проведенных на предприятии, позволил снизить фактические расходы воды в период с 2007 г., примерно, на 30%.

К мероприятиям, обеспечившим данный эффект следует отнести:

- внедрение оборотного водоснабжения на вакуумных печах и в термическом отделении предприятия;

- внедрение оборотного водоснабжения центральной компрессорной УАПО (внедрение «миниградильни» на компрессорной позволило значительно снизить расход воды);

- замена охлаждения камер холода с водяного на воздушное охлаждение.

3. Мероприятия по экономии электроэнергии позволили снизить фактические расходы, по отношению к 2007 году, примерно, на 30%.

К основным мероприятиям, обеспечившим данный эффект, следует отнести:

- установка частотного регулятора на циркуляционный насос в котельной;

- замена компрессоров большой производительности на меньшую производительность, в соответствии с реальными потребностями производства;

Примечание: применение такого мероприятия имеет и «побочный»

эффект, связанный с профилактическим обслуживанием нескольких компрессоров меньшей мощности и дополнительным штатом сотрудников.

- отключение приточной вентиляции по корпусам предприятия с одновременным утеплением корпусов за счет замены дверей и окон на пластиковые окна и двери;

- отключение приточной вентиляции большой мощности (от 28 до 50 кВт) с переходом на менее энергоемкие притоки (0.6 кВт) с большой теплоотдачей (до 30 кВт);

- замена ламп светильников в котельной на энергосберегающие лампы и др.

4. В части задач экономии газа из диаграммы фактического расхода газа следует, что существенного снижения расхода газа за последние годы не наблюдается. Основное мероприятие, от которого предприятием ожидается ощутимый эффект, связан с внедрением замены котла КВГМ 10 (водяного) на пластинчатый теплообменник VT-20 (паровое отопление), что будет иметь основной эффект в переходный период (весна, осень). Вместо двух котлов: водяного и парового будет работать только один котел (паровой).

Внедренные на предприятии вышеназванные мероприятия по энергосбережению позволяют обеспечивать годовую экономию до 10 млн руб.

УДК 621. К. М. ФАТТАХОВ ФГБОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет Р. К. ФАТТАХОВ ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОЙ (РАБОЧЕЙ) ЧАСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Будем основываться на следующих положениях теории электрических машин (см., например, [1, 2]).

1. Механическая характеристика M f (s) асинхронного двигателя имеет место при скольжениях 0 s 1. Части механической характеристики, заключенные в пределах скольжений sкр s 1 и 0 s sкр, называются соответственно ее неустойчивой и устойчивой (рабочей) частями.

2. Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой совокупность зависимостей n, s, I1, M,, cos f P2.

3. Рабочие характеристики асинхронного двигателя не зависят от влияния явлений насыщения и вытеснения тока.

4. Точка номинального режима работы асинхронного двигателя находится одновременно и на устойчивой части механической характеристики M f (s), и на рабочих характеристиках, в частности, на характеристике M f ( P2 ).

Рассмотрим, как осуществляется в настоящее время расчет механической характеристики, на конкретном примере трехфазного ( m1 3 ) асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором серии 4А, спроектированного в [3].

В этом примере вначале в качестве исходных данных для расчета принимаются номинальные данные машины, приведенные в таблице 1.

Таблица Исходные значения номинальных данных н cos н Pн, Вт U1, В n1, об/мин f1, Гц 15000 380/220 1500 0,88 0,88 Затем в ходе проектирования эти данные уточняются (табл. 2).

Одновременно с этим определяются параметры схемы замещения (рис. 1, а, табл. 3) и данные холостого хода (табл. 4). Затем, используя данные табл. 3 и 4, рассчитываются рабочие характеристики s, I1,, cos f P2 асинхронного двигателя. Значения координат этих характеристик и формуляр их расчета приведены в [3, табл. 9.36, с 467].

Таблица Уточненные значения номинальных величин и перегрузочной способности n1, nн, н cos н Pн, Вт U1, В f1, Гц sн об/мин об/мин 14970 380/220 1500 1464 0,024 0,892 0,894 2,59 Р Рэ Рэм 21X2 21R2/s 1X Рс 1R Рмех. р -I I1 X R Рэ R U1 Рмех -E'2= -E1 I Р X0 Рдоб б) а) Рис. 1. Уточненная Г-образная схема замещения (а) и энергетическая диаграмма (б) асинхронного двигателя Таблица Параметры схемы замещения X1, X2, Xk, a, Ом a, Ом b, Ом R1, Ом R2, Ом b, Ом Ом Ом Ом 0,355 0,118 0,673 0,912 1,585 1,051 0,364 0 1, Таблица Данные холостого хода 1 I 00 p,А R0, Ом X 0, Ом I 00, А I 00a, А Pc, Вт Pмех, Вт 1,47 27,14 1,025 7,95 0,52 7,91 369,5 Таблица Данные участка 1 пусковых характеристик I1, M f s по [3] Скольжение s Расчетная sкр № п/п Размерность формула 0,1 0,2 0,5 0,8 1, =0, I1 I1 I н 1 3 3,6 4,3 5,5 6 6, M M M н 2 2,43 2,59 2,54 1,82 1,52 1, M M 3 В В A A 2 C C 1 0,2 0,4 0,6 0,8 1 s 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 s а) б) M M 3 3В AF F 2 E E C 1 D D G G 0,2 0,4 0,6 0,8 1 s 0,2 0,4 0,6 0,8 1 s 0 в) г) Рис. 2. Графики участков механической характеристики асинхронного двигателя:

а – кривой АВС участка 1;

б – линейное представление участка 2 (отрезок ОА) по [3], совмещенного с участком 1;

в – кривой ODEFG механической характеристики, рассчитанной без учета влияния явлений насыщения и вытеснения тока;

г – получение результирующей кривой механической характеристики по предлагаемому в настоящей статье методу При этом параметры схемы замещения и рабочие характеристики рассчитываются без учета влияния явлений насыщения и вытеснения тока (см.

положение п. 3). Далее, на завершающей стадии проектирования, определяются пусковые характеристики I1 f s и M f s в интервале скольжений 0,1 s 1 (табл. 5). Расчет пусковых характеристик на этом интервале в [3] осуществляется с учетом влияния явлений насыщения и вытеснения тока. При этом легко видеть, что из пусковых характеристик зависимость M f s является механической характеристикой, а значения ее координат, заключенные в интервале 0,1 s 1, образуют лишь определенный участок (в дальнейшем – участок 1) всей механической характеристики асинхронного двигателя.

График участка 1, построенный по данным таблицы 5, имеет вид кривой АВС (см. рис. 2, а).

Точки графика другого участка механической характеристики (в дальнейшем – участок 2), заключенного между точками О и А, в [3] никак не рассчитывают. График участка 2 в [3] без всяких объяснений строят, соединяя начало координат с точкой А участка 1 просто прямой линией ОА (см. на рис.

2, б штрихпунктирную линию). Об этом свидетельствует иллюстративный материал, изображающий в [3] пусковые характеристики, где участок 2 кривой M f s показан в виде прямой линии (см. [3, рис. 9.75, с. 473]). Точка зрения, что устойчивую часть механической характеристики можно рассматривать приближенно в виде прямой линии, высказывается также в теории электропривода (см., например, [4, 5]) на основе возможности в интервале скольжений 0 s sкр пренебречь некоторыми членами в упрощенной формуле Клосса. Однако эта формула сама по себе дает приблизительные результаты расчета. Поэтому ее дальнейшее упрощение приводит к дальнейшему снижению уровня приближения получаемых в данном случае результатов расчета.

M M 3В В A A MА E C C A D M K K 1s 0,2 0,4 0,6 0,8 1 s s s sк 0 a) б) Рис. 3. Представления механической характеристики асинхронного двигателя:

а – для вывода формул (1) – (4);

б – окончательный вид механической характеристики Кроме того, на наш взгляд, на прямолинейном представлении устойчивой части (или участка 2) механической характеристики в общем случае не удовлетворяется положение п 4. Это можно показать следующим образом.

Возьмем на рис. 3, а, угол, образованный прямой ОА с осью скольжений s, и рассмотрим подобные друг другу прямоугольные треугольники ОКА и ОК1А1.

Введем в рассмотрение также некоторый постоянный коэффициент пропорциональности c. Тогда из указанных треугольников этот коэффициент можно определить по выражению AK A1K c tg const.

OK OK Отсюда следует AK A1K1 OK1 c OK1, (1) OK где AK c. (2) OK Но по рис. 3, а можно написать AK M A, OK s A, A1K1 M, OK s.

Подставив эти значения в (1) и (2), получим M M A s cs, (3) sA где M c A. (4) sA Выражение (3) представляет собой формулу, по которой можно находить текущее значение относительного электромагнитного момента M, имеющего место при текущем скольжении s, а выражение (4) – формулу постоянного коэффициента c, в которой M A и s A являются значениями относительного электромагнитного момента и скольжения, соответствующих точке А участка механической характеристики (то есть кривой АВС). По формулам (3) и (4) можно рассчитать значения электромагнитных моментов асинхронного двигателя при прямолинейном представлении участка 2 его механической характеристики. Эти значения сведены в первую строку в табл. 6 (расчет проведен при M A 2,45 и s A 0,1 – по данным [3]). Как видно из этой таблицы, при номинальном скольжении sн 0,024 для указанного двигателя номинальный момент M н 0,588, а не M н 1, как это должно быть на самом деле. Таким образом, отсюда следует что при прямолинейном представлении участка 2 механической характеристики (то есть участка ОА на рис. 2, б и 3, а) в общем случае положение п. 4, действительно, не соблюдается. Хотя не исключено, что в некоторых частных случаях (например, при определенном сочетании параметров схемы замещения) может произойти, что при s sн будет M н 1. Однако это не является определяющим фактором. Поэтому, учитывая все вышеизложенные обстоятельства, ниже предлагается следующий метод построения участка 2 механической характеристики, который осуществляется в два этапа.

Первый этап состоит в следующем. В рассматриваемом примере в [3] при определении рабочих характеристик, с одной стороны, не выполняется положение п. 2. Это видно из того, что в перечне рабочих характеристик, принятом в [3], отсутствует зависимость M f ( P2 ), и поэтому она в [3] не рассчитывается. Однако расчет последней необходим в связи с тем, что, с другой стороны, должно удовлетворяться положение п. 4. Поэтому, исходя из указанных обстоятельств, а также используя энергетическую диаграмму асинхронного двигателя (см. рис. 1, б), введем в формуляр расчета рабочих характеристик, приведенный в [3, табл. 9.36, с. 467], выражения для определения электромагнитной мощности Pэм и абсолютного и относительного моментов M и M. При этом ограничим число строк этого формуляра строкой, в которой вычисляется относительный момент M. Далее расширим интервал скольжений 0 s 1,25sн, принятый в [3] для рабочих характеристик, до значений 0 s 1.

После всего этого произведем соответствующие расчеты. В результате этого получится табл. 7. Формуляр, содержащийся в этой таблице, представляет собой алгоритм расчета механической характеристики асинхронного двигателя M f s без учета влияния явлений насыщения и вытеснения тока во всем диапазоне скольжений 0 s 1.

Построив по численным значениям табл. 7 график ODEFG (см. рис. 2, в), получим график указанной характеристики. Точка D на этом графике имеет координаты ( s sн, M н 1 ) и поэтому представляет собой точку номинального режима работы асинхронного двигателя. Одновременно с этим заданная точка находится также на рабочей характеристике M f ( P2 ), поскольку формуляр, содержащийся в табл. 7, получен на основе формуляра расчета рабочих характеристик, приведенного в [3, табл. 9.36, с. 467]. Таким образом, из изложенного следует, что благодаря расчету и построению графика ODEFG одновременно удовлетворяются положения пп 2 – 4.

Второй этап построения участка 2 состоит в следующем. Перенесем графики кривых АВС и ODEFG на один рисунок (см. рис. 2, г). Применим на этом рисунке метод графической интерполяции по отношению к восходящей части кривой ODEFG и кривой АВС со стороны точки А (см., например, [6]).

Тогда получим кривую ЕА нехватающей части участка 2 механической характеристики. На этой части точки Е и А представляют собой точки (в дальнейшем точки сопряжения), в которых сопрягаются между собой восходящая часть кривой ODEFG и кривая АВС.

Таблица Значения моментов при прямолинейном представлении участка 2 механической характеристики Скольжение s Размер Расчетная формула ность 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0, sн=0, 0,123 0,245 0,368 0,49 0,588 0,613 0, M cs 2,45 s M (по табл. 8) M табл.8 0,227 0,449 0,66 0,855 1 1,037 1, Mн M M табл. 100% M % -45,815 -45,434 -44,242 -42,69 -41,2 -40,887 -38, M табл. Окончание табл. Скольжение s Размер Расчетная формула ность 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0, 0,98 1,225 1,47 1,715 1,96 2,205 2, M cs 2,45 s M (по табл. 8) 1,514 1,743 1,918 2,07 2,22 2,35 2, M табл. Mн M M табл. 100% -35,271 -29,719 -23,358 -17,15 -11,712 -6,17 M % M табл. Таким образом, в результате выполнения первого и второго этапов описанного построения получается результирующая кривая ODEАВС M f s асинхронного механической характеристики двигателя, спроектированного в [3]. Она изображена отдельно на рис. 3, б. Ей соответствуют численные значения относительных моментов, приведенные в табл. 8 и во второй строке табл. 6.

Эти значения получены следующим образом. В интервале скольжений 0 s 0,06 относительные моменты рассчитаны по формуляру табл. 7, а в интервале скольжений, 0,1 s 1 – по методу, изложенному в [3] (см. табл. 5).

В области скольжений 0,06 s 0,1 значения относительных моментов получены в результате применения графической интерполяции на отрезке ЕА кривой ODEАВС (см. рис. 2, г и 3, б). Для этого вначале данная кривая была вычерчена в увеличенном масштабе в виде отдельного рисунка, превосходящего по размеру площадь стандартного листа А4 примерно в 1, раза. Затем на этом рисунке была осуществлена указанная интерполяция и с ее помощью были получены численные значения координат точек табл. 8 в интервале скольжений 0,06 s 0,1. Ввиду большого размера указанный рисунок в настоящей статье не приведен.

Что касается точек сопряжения А и Е (см. рис. 2, г и 3, б), то они определяются следующим образом.

Точка А участка 1 имеет место при скольжении s A 0,1. В отношении этого значения скольжения в [3, с. 347] говорится: «Полученные выражения»

(имеются ввиду выражения пусковых характеристик) «дают возможность рассчитать токи и моменты во всем диапазоне изменения скольжения от s до s 0,1 ». Отсюда, на наш взгляд, следует, что применяемый в [3] метод расчета пусковых характеристик с учетом влияния явлений насыщения и вытеснения тока таков, что позволяет делать этот расчет только до наименьшего скольжения s 0,1. Поэтому получается, что точка сопряжения А для всех асинхронных двигателей имеет значение скольжение s A 0,1. Что же касается точки сопряжения Е, то соответствующее ей скольжение sE для каждого асинхронного двигателя имеет свое конкретное значение, присущее этому двигателю. Поэтому скольжение sE определяется в каждом конкретном случае индивидуально в ходе проведения графической интерполяции. Расчеты показывают, что для нашего примера скольжение sE 0,06, что в 2,5 раза превосходит значение номинального скольжения sн 0,024 (см. табл. 2).

Таблица Данные расчета механической характеристики без учета влияния явлений насыщения и вытеснения тока Скольжение s Раз № Расчетная величина мер- sн = п/п 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 0, ность =0, Ом 39,1 19,55 13,03 9,77 8,15 7,82 6,52 5,239 4,264 3, 1 R a aR2 s Ом 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1, 2 X b bR2 s Ом 39,49 19,98 13,49 10,26 8,34 7,08 8,67 5,493 4,572 3, 3 Z R2 X А 5,57 11,011 16,31 21,44 25,37 26,38 31,07 40,051 48,119 55, 4 I 2 U1 Z 0,999 0,996 0,993 0,987 0,982 0,981 0,972 0,954 0,933 0, 5 cos 2 R Z 0,042 0,083 0,122 0,161 0,19 0,198 0,233 0,3 0,361 0, 6 sin 2 X Z А 6,08 11,49 16,72 21,68 25,43 26,4 30,72 38,729 45,415 50, 7 I1a I 00 a I 2 cos А 8,14 8,82 9,9 11,36 12,73 13,13 15,15 19,923 25,281 30, 8 I1 p I 00 p I 2 sin 9 А 10,16 14,48 19,43 24,28 28,44 29,48 34,25 43,554 51,977 59, I1 I12a I12p 25561,14 29973,9 33600, Вт 4010 7580 11030 14310 16780 17420 10 P m1U1I1a 2020,253 2877,213 3376, Вт 110 223 402 638 861 926 11 P э m1R1I 10258, 13302, 15549, 16124, 18660, 27096,68 29824, 23540, Вт 2530,5 6987, 12 Pэм P Pэ1 Pc 1 7 5 5 5 102,70 189, 118, Нм 22,487 44,506 65,341 84,729 99,041 249,942 172, 13 M Pэм 2n1 60 4 0,227 0,449 0,66 0,855 1 1,037 1,2 1,514 1,743 1, 14 M M M н Окончание табл. Скольжение s Раз № Расчетная величина мер- sкр = sкр = п/п 0,07 0,08 0,09 0,1 0,11 0,12 0,13 0,5 0,8 ность =0,14 =0, 1 Ом 3,15 2,801 2,531 2,314 2,113 1,989 1,864 1,757 1,339 0,754 0,608 0, R a aR2 s 2 Ом 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1, X b bR2 s 3 Ом 3,556 3,251 3,021 2,842 2,681 2,584 2,489 2,41 2,125 1,814 1,758 1, Z R2 X 103,529 121,279 125,142 126, 4 А 61,868 67,671 72,824 77,41 82,059 85,139 88,376 91, I 2 U1 Z 5 0,886 0,862 0,838 0,814 0,788 0,77 0,749 0,729 0,63 0,416 0,346 0, cos 2 R Z 6 0,464 0,508 0,546 0,581 0,615 0,639 0,663 0,685 0,776 0,91 0,939 0, sin 2 X Z 7 А 55,335 58,852 61,547 63,532 65,182 66,077 66,714 67,067 65,743 50,972 43,819 41, I1a I 00 a I 2 cos 8 А 36,617 42,287 47,672 52,885 58,376 62,314 66,053 70,441 88,249 118,274 125,418 127, I1 p I 00 p I 2 sin 110,046 132,852 133, А 66,52 72,469 77,85 82,663 87,501 90,825 94,199 97,262 128, 9 I1 I12a I12p 38842,32 40621,02 41931,12 43020,12 43610,82 44031,24 44264,24 43390,38 33641,52 28920, 36521,1 27099, Вт 10 P m1U1I1a 18796,881 19110, 6454,563 7277,328 8154,093 8785,377 9450,226 10074,79 12897,28 17665, 4712,53 5593, Вт 11 P э m1R1I 33796,957 34284,292 34496,528 34455,943 34211, 31439,17 30997,74 15607,01 9754,159 7619, 32879,7 30123, Вт 12 Pэм P Pэ1 Pc 200,249 209,425 215,267 218,381 219,723 219,465 217,908 197, Нм 191,87 99,408 62,128 48, 13 M Pэм 2n1 2,022 2,115 2,174 2,205 2,219 2,216 2,2 1,993 1,37 1,004 0,627 0, 14 M M M н Таблица Координаты точек механической характеристики, полученные с помощью предложенного метода Скольжение s № Расчетная sн = п/п величина 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0, =0, M M M н 0,227 0,449 0,66 0, 1 1 1,037 1,2 1,514 1, Окончание табл. Скольжение s № Расчетная s = sкр = sE = 0,07 0,08 0,09 A п/п величина 0,2 0,5 0,8 =0,06 =0,1 =0, M M M н 1 1,918 2,07 2,22 2,35 2,45 2,59 2,54 1,82 1,52 1, Таким образом, участок ODE механической характеристики, в котором она не зависит от влияния явлений насыщения и вытеснения тока, для взятого примера заключен в интервале скольжений 0 s 2,5sн. Этот интервал больше интервала скольжений 0 s 1,25sн, принимаемого обычно в курсах проектирования электрических машин, в 2 раза. В остальных случаях вопрос о границах интервала скольжений 0 s sE, в котором механическая характеристика не зависит от влияния явлений насыщения и вытеснения тока, следует решать в ходе графического (или численного) интерполирования.

Из анализа кривой рис. 3, б, можно видеть, что механическая характеристика асинхронного двигателя обладает следующими свойствами.

С1. Механическая характеристика может быть подразделена на два характерных участка – участки 1 и 2 с интервалами скольжений 0,1 s 1 и 0 s 0,1 соответственно (на рис. 3, б – это участки АВС и ODEA).

С2. Участок 1 (кривая АВС) изменяется нелинейно, так как зависит от влияния явлений насыщения и вытеснения тока [3].

С3. Участок 2 (кривая ODEA) состоит из двух частей (части ODE и части ЕА). При этом часть ODE не зависит от влияния явлений насыщения и вытеснения тока. Ее протяженность ощутимо больше, чем интервал 0 s 1,25sн, который обычно принимается в теории электрических машин при расчете рабочих характеристик асинхронных двигателей. Эта часть также нелинейна. Однако здесь нелинейность объясняется не влиянием каких-то физических явлений в машине, а структурой алгебраических функций, по которым эта часть рассчитывается, не относящимся к разряду линейных математических функций. Далее часть ЕА, как и части АВС и ODE, также нелинейна. На наш взгляд, нелинейный характер изменения части ЕА объясняется влиянием на нее явления насыщения машины.

С4. Таким образом, все рассмотренные участки механической характеристики асинхронного двигателя обладают определенной степенью нелинейности, которая на каждой из них объясняется своей конкретной физической или математической природой.

Выводы. В1. Предложенный в настоящей статье метод расчета и построения устойчивой (рабочей) части механической характеристики асинхронного двигателя является более точным с точки зрения получения численных результатов, и более полным с точки зрения выявления свойств этой характеристики с физической точки зрения. С одной стороны, это можно видеть из сравнения между собой значений относительных моментов, приведенных в табл. 8 и первой строке табл. 6 (для удобства сравнения данные табл. 8 приведены также во второй строке табл. 6). Из этого сравнения следует, что для рассматриваемого примера результаты расчета при применении предложенного метода по модулю точнее округленно на (6 – 46)% в интервале скольжений 0,005 s 0,09 (см. третью строку табл. 6), чем при применении существующего в [3] современного метода. С другой стороны, выводов физических свойствах С1 – С4, присущих механической характеристике асинхронного двигателя, по методу, используемому в [3], невозможно сделать.

В2. Таким образом, расчет механической характеристики, осуществляемый при проектировании асинхронного двигателя, следует проводить следующим образом. Участок 1 этой характеристики, заключенный в интервале скольжений 0,1 s 1, следует рассчитывать с учетом влияния явлений насыщения и вытеснения тока по методу [3], а участок 2, заключенный в интервале скольжений 0 s sкр, – по методу, предложенному в настоящей статье.

Список литературы 1. Пиотровский Л. М. Электрические машины. – Л.: Энергия, 1974.

2. Костенко М. П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. – М. – Л.:

Энергия, 1965. - Т. 2. – 704 с.

3. Проектирование электрических машин / Копылов И.П. (ред.) – М.:

Высшая школа, 2002. – 757 с.

4. Чиликин М. Г. Общий курс электропривода. – М: Энергия, 1971. – 432 с.

5. Чиликин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода. – М.:

Энерго-издат, 1981.

6. Выгодский М. Я. Справочник по элементарной математике – М.: Наука, 1964. – 420 с.

УДК 621. Д. Ю. ПАШАЛИ, З. М. АЛТЫНБАЕВА, Д. Н. ВУРСАЛ ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет КОНСТРУКЦИИ СВОБОДНОПОТОЧНЫХ МИКРОГЭС:

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РЕСПУБЛИКЕ БАШКОРТОСТАН Актуальность использования природных возобновляемых энергоресурсов очевидна, среди них существенное место по запасам и масштабам использования занимает энергия воды. Объясняется это рядом причин: высокой энергетической плотностью потока воды;

относительной временной стабильностью режима стока рек;

большей плотностью воды по сравнению с воздухом (в 846 раз);

стабильностью потока;

широкими возможностями по регулированию энергии потока;

использованием более простых и дешевых систем генерирования и стабилизации параметров производимой электроэнергии;


расход энергии на собственные нужды ГЭС составляет 0,3% от выработки, что существенно ниже, чем у тепловых электростанций;

длительный срок службы ГЭС, простота и надежность основного оборудования и др. Стоимость электроэнергии, вырабатываемой свободнопоточной (погружной или наплавной) микроГЭС в 3-15 раз ниже энергии от дизельных электростанций и в 1,5-2 раза ниже энергии низконапорных микроГЭС.

Развитие малой гидроэнергетики в РБ перспективно, так как Башкирия имеет инженерный потенциал, хороший инвестиционный климат и комфортные условия хозяйствования. Компанией «РусГидро» совместно с правительством Башкирии создан технопарк и инвестиционный фонд для финансирования программ в области энергоэффективности.

МикроГЭС установлены в поселке Табулды, селе Слак Альшеевского района, на Узянском водохранилище, в Кумертау, Белорецке, Учалах. В ближайшие два-три года в республике планируется построить 38 подобных станций.

Целью работы является исследование особенностей проектирования микроГЭС, разработка конструкции свободнопоточной микроГЭС мощностью 4 кВт для электроснабжения автономных потребителей и оценка экономической эффективности ее использования в Республике Башкортостан.

Основные преимущества микроГЭС: не требуют сооружения плотин и земляных работ;

минимальные сроки строительства и капитальные затраты;

оказывают минимальное отрицательное воздействие на окружающую среду;

не требуют для обслуживания квалифицированный обслуживающий персонал;

не подтопляют леса и сельскохозяйственные угодья;

не приводят к сносу и переносу населенных пунктов;

не изменяют первоначальный природный состав воды. Основные требования к микроГЭС: простота и надежность конструкции, высокое качество выходных электрических параметров в статических и динамических режимах;

соответствие выходного электрического тока требованниям норммативно-ттехническ докум кой ментации по часто и напр оте ряжению;

;

полность автома ью атизирова анный реж рабо жим оты;

эколоогическая безопасность.

я Своободнопо оточные микроГЭ ЭС, устаннавливаеммые в р речной по оток без з дополнит тельных гидротех хнически сооруж их жений – надежны экол ые, логически и чистые, компакт тные, быстрооку упаемые источни ики элек ктроэнерггии для я туристичческих и спорти ивно-санааторных баз, дер ревень, хуторов, дачных х поселков фермер в, рских хоз зяйств, а также мельниц, хлебопек м карен, неебольших х производдств в о отдаленны горны и тр ых, ых руднодосттупных р районах, где нет т централиизованног электро го оснабжен ния.

Им меется усппешный опыт эксп о плуатации свободнопоточн ных микр роГЭС на а перепада уже с ах существу ующих п плотин, каналов, систем в к водоснабжения и водоотвеедения прромышлен нных пре едприятий и объек й ктов гороодского хозяйства,, очистных соору ужений, оросител льных систем и питье с евых во одоводов..

Существ вует четыр вариан конст ре нта трукции свободноп поточных станций: водяное х е колесо, гирляндн ная ГЭС, ротор Д, Дарье и пропеллер. Микр роГЭС содержит:

гидротуррбину, эл лектромашшинный г генератор систему стабили р, у изации вы ыходного о напряжен и ряд элемент налич и конс ния д тов, чие струкция которых зависит от типа и х особенноостей станнции.

Уроовень оттечествен нных раз зработок в сфере малой гидроэн е нергетики и достаточчно высок, что подтвержд дается эк кспортом во мног гие стран мира.

ны.

Следует отметить ведущих произво ь х одителей: предприя ятие «Кеббрен» (1,0 6,0;

7, 0;

и 30 кВт АОЗТ «МНТО ИНСЭТ» (7,5;

10;

22;

45;

50;

и 90 кВ НПО «Ранд»;

т);

И Вт);

О ;

научно-ппроизводсственный кооперат «Энер й тив ргетика и Экологи (0,5 – 1,0 кВт);

ия» ;

Российсккая ассоцциация малой и нетрадиц м ционной энергетик «МАГ ки ГИ» (90- 100 кВт) НТА « );

«Прогресс Электр о» (1-2 кВт);

ПО «Стрела» (10 кВт КРОЗ с к » т);

З ГОСНИТ ТИ., за ррубежом лидером по прои м изводству свобод у днопоточн ных ГЭС С является компани Marine Current T я ия Technolog (Ирла gies андия).

Р 1. Ко Рис. онструкци свобод ия днопоточн микро ной оГЭС: 1 - пластина а;

2 – при иводной р ремень – цепь Галя 3 – звёзд ц я;

дочка;

4 – корпусн конст ные трукции Основные производители гидроагрегатов для микроГЭС: Alstom, Andritz AG, Company GE Hydro, Voith Siemens Hydro Power Generation GmbH & Co. KG, VA TECH ESCHER WYSS Gmbh, АООТ «НПО ЦКТИ», ФГУП УАПО (погружные насосы «Агидель»);

АО «ТЯЖМАШ», НПП «Радиосвязь», ОсОО «Гидропоника» и др. Продукция зарубежных фирм в 1,5-2,5 раз выше отечественных аналогов. Оптимальный выбор типа турбины [1], в основном, зависит от гидростатического напора – H (м);

требуемой мощности P (кВт) и скорости вращения работающей турбины (об/мин). Скорость вращения турбины NP N s 0 об/мин.

1,25H Скорости вращения различных типов турбин, об/мин: Pelton (ковшовая) – 12-30;

Turgo (с наклонной осью) – 20-70;

Crossflow (турбина поперечного тока) – 20-80;

Francis (диагональная) – 80-400;

Propellor and Kaplan (осевая пропеллерная или турбина Каплана) – 340-1000. При малых напорах (до 2 м) наиболее перспективными считаются погружные свободнопоточные гидротурбины, использующие для получения мощности скорость течения воды в водотоках, рекомендуется использование турбины Каплана, в которой вода попадает на направляющие лопасти, а затем течет вдоль оси винта, ее достоинствами являются: высокая скорость вращения винта (вдвое больше скорости потока воды);

возможность регулирования их производительности за счет изменения открытия направляющего аппарата и поворота лопастей винта.

На мировом рынке лидером по производству пропеллерных турбин является компания Allis Chalmers (диапазон напоров от 1,5 до 15 м), в России основным производителем свободнопоточных турбин является фирма «Энерго-Альянс»

(Санкт-Петербург) [2]. В РБ в 2011-2012 гг. планируется открытие завода по производству гидротурбин малой мощности совместного предприятия РусГидро» и Alstom Hydro. Для повышения частоты вращения турбин рекомендуется использовать мультипликаторы с передаточным отношением равным трем (фирмы производители микроГЭС с мультипликаторами Hydro Enerdy Systems и Societ Neyrpic), что позволит применить в составе микроГЭС более дешевые высокооборотные генераторы [3]. В агрегатах микроГЭС в основном применяются генераторы переменного тока синхронного или асинхронного типов. Преимуществами асинхронных генераторов являются:

простота в изготовлении и эксплуатации;

надежность и ценовая доступность;

малые габариты;

бесшумность;

простота включения на параллельную работу.

В качестве критериев оценки эффективности применения микроГЭС для электроснабжения автономных потребителей служат показатели: технические, экономические, социально-экологические для их определения из кадастра гидроэнергетических ресурсов выделяют основные показатели для предполагаемого места установки станции: средний уклон реки H (м/км);

средний расход воды водотока в период летней межени Q (м3/с);

среднюю скорость течения в период летней межени v (м/с);

число часов в году с открытым руслом (ч).

На данном этапе развития техники реализация проекта микроГЭС для электроснабжения автономных потребителей возможна при минимальной скорости течения v min 1м/с. На основе данного критерия на территории РБ выделены четыре района, определяющие обеспеченность гидроэнергетическими ресурсами (слабо обеспеченный – 1,5-4 л/с на км2, обеспеченный – 4-8 л/с на км2, хорошо обеспеченный – 8-14 л/с на км2, очень хорошо обеспеченный – 14-17,5 л/с на км2). Гидроэнергетический потенциал малых рек составляет 2,4-2,8 млрд. кВтч. На основе гидрологических характеристик рек, количественно-качественных параметров объектов энергопотребления определены пятьнадцать рек РБ, на которых целесообразно первоочередное строительство микроГЭС [4].

При разработке перспективной конструкции микроГЭС для обогрева воды и/или точечного освещения за аналог выбрана бесплотинная свободнопоточная станция производства ПКТИ «Водоавтоматика и метрология» содержащая нерегулируемую турбину пропеллерного типа с горизонтальной осью вращения, асинхронный двигатель с конденсаторным возбуждением, работающий в режиме генератора, автобалластную систему для стабилизации выходных электрических параметров [5]. Погрешность стабилизации выходного напряжения не превышает 10 %, а его частоты 2 % относительно номинальных значений 220/380 В и 50 Гц. Разработанная микроГЭС [6] отличается от аналога тем, что имеет дополнительный канал регулирования возбуждения асинхронного генератора с помощью управляемого преобразователя на IGBT транзисторах, а также содержит систему рационализации водных ресурсов, включающую электрический расходомер, задвижку с электроприводом, перемещение которой регулируется датчиками перемещений оригинальной конструкции [7], установленные на водоподводящей системе, и блока автоматического регулирования расхода воды.

Список литературы 1. ГОСТ 27528-87. Турбины гидравлические поворотно-лопастные, радиально-осевые. Типы. Основные параметры.

2. Официальный сайт фирмы «Энерго-Альянс». www.enerdy alliance.spb.ru (дата обращения 14.05.2011).

3. Ежов А. В. Оборудование микроГЭС // Энергохозяйство за рубежом – № 5 – 1982. С. 35-37.

4. Абдрахманов P. P. Ветроэнергетические ресурсы Республики Башкортостан // Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления России в ВТО: труды междунар. НПК. Уфа, 2003. С.294-296.

5. Лукутин Б.В. Автономное электроснабжение от микрогидроэлектростанций. Томск: STT, 2001. 120 с.

6. Алтынбаева З. М., Вурсал Д. Н. Средства рационализации потребления водных ресурсов микроГЭС. «Научно-исследовательские проблемы в области энергетики и энергосбережения»: материалы всероссийской конференции (сборник трудов). Уфа: УГАТУ, 2010 – 326 с. С. 290-292.


7. Пашали Д. Ю. Датчик перемещений (варианты) / Д. Ю. Пашали, М. А. Ураксеев // Патент РФ № 2189562. БИ № 26. Опубл. 20.09.2002.

УДК 621.313. Р. Р. САТТАРОВ, Л. Н. РИЯНОВ ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет АВТОНОМНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ МАЛОЙ МОЩНОСТИ Цель данной статьи проанализировать источники питания для маломощных мобильных устройств, позволяющих трансформировать энергию окружающей среды в электрическую энергию повсеместно, будь то в тайге или в мегаполисе. На рис.1 приведена классификация основных видов энергии, окружающих нас в повседневной жизни.

Наиболее распространены химические источников тока, классическим вариантом является аккумуляторная батарея. На сегодняшний день чаще всего используются свинцовые, серебряно-цинковые, никель кадмиевые, литий ионные и литий-полимерные аккумуляторные батареи. Достоинства: низкая цена, малые габариты, широкая доступность, высокие показатели удельной мощности. Недостатки: низкие напряжения, малый срок службы, «эффект памяти», зависимость от стационарных источников питания, а также представляет опасность для окружающей среды.

Электромагнитное поле окружает человека в повседневной жизни. Но его действие строго ограничено и не может рассматриваться в качестве источника для питания мобильных устройств. А вот работы по использованию электростатического поля активно ведутся за рубежом. Например, известно устройство [1], использующее заряд накопленный на одежде. Одежда изготовлена из электризующегося материала, на поверхности которого равномерно расположены электроды, к которым подключены светодиоды. При движении человека неизбежно происходит трения отдельных частей платья между собой, заряд «снимается» с трущихся участков и подаётся на светодиоды. Устройство создано для демонстрации возможности использования статического электричества в быту.

Распространение получают элементы питания на солнечных батареях.

Солнечные фотоэлектрические установки осуществляют прямое преобразование энергии солнечного излучения в электроэнергию с помощью фотопреобразователей. Солнечная фотоэлектрическая установка, как правило, состоит из солнечных батарей в виде плоских прямоугольных поверхностей.

Электрический ток в фотоэлектрическом генераторе возникает в результате процессов, происходящих в фотоэлементах при попадании на них светового излучения. Наиболее эффективны фотоэлектрические генераторы, основанные на возбуждении электродвижущей силы на границе между проводником и светочувствительным полупроводником или между разнородными проводниками [2]. Набольшее распространение получили солнечные фотоэлектрические установки на основе кремния трех видов:

монокристаллического, поликристаллического и аморфного. Существующие технологии позволяют получить коэффициент полезного действия до 20% для коммерческих образцов и 30% для лабораторных, с энергетической плотностью 10-100 мВт/см2 при ярком солнце и 10-100 мкВт/см2 в офисах [3]. Из недостатков стоит отметить высокую стоимость, большие габариты, ограниченность районов чистого кремния в природе.

Основные виды энергии Энергия  Энергия  электромагнитного  Энегрия химической  Механическая вибрация электростатического  Тепловая энергия Солнечная энергия излучения  реакции поля (радиоизлучения) Электромеханическое  Пьезоэлектрики преобразование Прямое  Промежуточное Рис. 1. Классификация видов энергии Одним из наиболее распространенных видов внешних воздействий является сопутствующая энергия механического движения – колебания, тряски, вибрации – какой-либо среды или физического тела. Ее источниками могут быть оборудование, транспорт, движение потоков воздуха или же двигательная активность человека – ходьба, дыхание и т.п. Одним из перспективных направлений развития портативных источников питания является создание мобильного зарядного устройства, с использованием генератора колебательного движения. Генератор, преобразующий энергию механического движения, позволяет обеспечить автономность, мобильность, компактность разрабатываемого устройства и способен производить электрическую энергию непосредственно по мере её затрат.

Существует множество различных конструкций генераторов преобразующих мускульную силу человека в электричество, одна из них генератор возвратно-поступательного движения с магнитными пружинами [4].

Генератор содержит герметичный корпус со встроенной обмоткой и постоянными магнитами на торцах. Постоянные магниты не позволяют ротору биться о стенки корпуса и увеличивают эффективность установки.

Достоинства: продуманность и простота конструкции.

Генератор колебательного движения, преобразующий возмущения внешней среды (например, вибрации) в электрическую энергию. Генератор содержит корпус, индукционную систему из подвижной и неподвижной частей.

Подвижная часть выполнена в виде постоянных магнитов, закрепленных на упругих стержнях [5]. Неподвижная часть состоит из катушек, размещенных по периметру корпуса. Все это позволяет генератору обеспечивать преобразование энергии возмущения внешней среды любого направления в электрическую энергию при уменьшении габаритов и массы генератора.

Автономный источник электрической энергии с ручным гидравлическим приводом содержит каркас, в котором закреплена герметичная помпа, внутри которой расположены бесконтактный синхронный генератор на постоянных магнитах, включающий в себя статор и ротор с постоянными магнитами, перегородку с отверстиями, на которых установлены клапаны давления, пружины сжатия, блок выпрямителей и аккумулятора. Вал ротора выполнен полым с лопатками на внутренней полости клапаном давления на конце. Блок выпрямителей и аккумулятора соединены с бесконтактным синхронным генератором и универсальным штепсельным разъемом посредством приводов [6].

Известно зарядное устройство – пояс энергетический, состоящее из электрической и механической частей. Электрическая часть состоит из электрического генератора, электрических проводов, соединяющих электрический генератор с выпрямителем, аккумулятором и штекерным разъемом. Механическая часть состоит из трехступенчатого мультипликатора, один конец которого соединен с электрическим генератором, а второй - с вращающим устройством, которое представляет собой нить, пропущенную через блоки, находящиеся на ремне, один конец которой жестко закреплен, а второй намотан на подпружиненное колесо, совмещенное с первым колесом трехступенчатого мультипликатора [7].

Существует также множество конструкций, где возвратно поступательное движение преобразуется во вращательное, а дальше идет стандартное преобразование механической энергии в электрическую, посредством генератора – это всевозможные фонари с ручкой-экспандером, системой кнопка-пружина и т.п., но есть и более «серьезные» экземпляры. Например, устройство Лари Роме, представляющее собой рюкзак, в котором, при ходьбе, возвратно-поступательное движение груза, преобразуется зубчатой рейкой во вращательное движение ротора генератора. Амплитуда движения груза около см, что достаточно для выработки 7 Ватт. Но масса этого изделия составляет от 20 до 38 кг, что, несомненно, не обрадует незадачливого путешественника.

Отдельного разговора заслуживают источники питания на основе пьезоэлектриков. Материалы, которые при механическом воздействии вырабатывают электрическую энергии, давно не дают покоя изобретателям по всему миру. Рассмотрим несколько конструкции. В подошву кроссовок вмонтированы пьезоэлектрические пластины, при ходьбе пластины деформируются и мы получаем электричество, правда среднее значение выходной мощности такого устройства не велико ~10-50мВт, при среднем шаге. Есть также много конструкций вмонтированных обувь, где механическая энергия преобразуется в электрическую, преобразованием возвратно поступательного движения (или возвратно-поступательного движения сначала во вращательное движения) в электрическую энергию, но в рамках данной статьи они рассматриваться не будут.

Возможности энергосбережения Источник энергии Производительность Примечания (Комментарии) Химическая Для литий-полимерной батареи 150мВтч/ см реакция 1мкВт / см радиоизлучение Если вблизи передатчика 100 мВт / см 2 при свет КПД поликристаллических солнечных ячеек составляет 16-17%, КПД ярком солнце;

монокристаллических ячеек 100 мкВт / см в офисе приближается к 20%, велика зависимость от уровня освещенности.

Данные приведены для изделий, имеющихся в свободной продаже.

Термоэлектрика Анализируемый для термоэлектрики 60мкВт/ см генератор при Т 5 С, КПД термоэлектрических генераторов 1% при Т 40 С Вибрационные Высокая зависимость от возбуждения 4 мкВт/ см3 микрогенераторы (мощность, как правило, человеческие движения пропорциональная частоте движений в - Гц;

800мкВт/ см3 - третьей степени и квадрату величины перемещения индуктора), большие механизмы – кГц.

габариты позволяют достичь больших плотностей энергии. Например, фонарик с виброгенератором, приведенный в [3], обеспечивает 3мВт/см3 при 3 Гц.

Воздушные Данный результат достигается 1мВт / см потоки микроэлектромеханической турбиной при 30 л/мин [3].

30Вт/ кг Генераторы с Проанализировано для Nissho ручным приводом Ingineering’s мощного рывка (против 1,3Вт/кг у фонарика с виброгенератором).

Шаг человека Потенциально доступно 800 мВт для обуви с подошвой из 7 Вт (при диэлектрического эластомера, 250- продавливании мВт для пьезоэлектрической обуви с материала на 1 см, при гидравлическим приводом, 10 мВт с массе 70 кг и частоте пьезоэлектрической стелькой [3].

шага 1 Гц) Определенный интерес представляет рассмотрение платья [8], сшитого из эластичных пленок, которые используют двигательную активность человека.

Пленки состоят из встроенных в силиконовые пластины керамических нанолент, которые при изменении формы конвертируют механическую энергию в электрическую. По утверждениям разработчиков выработанной энергии хватит для удовлетворения потребностей мобильного телефона.

Существуют опытные экземпляры часов компании Saiko, работающих от тепла человеческого тела. Генератор преобразует тепловую энергию тела в электрическую энергию. В основе конструкции лежит модульная пластина на основе Bi2Te3, где разность температур на торцах преобразуется в разность потенциалов. При разности температур 50С, получаем 10 мкА и ~3 В и плотность энергии 60мкВт/см2. Недостатки является цена и малая удельная мощность. Из анализа возможных источников энергии, сопутствующих человеку в повседневной жизни выявлены наиболее перспективные направления создания портативных источников питания для персональных мобильных устройств, определены новые технические решения, которые могут быть коммерчески реализованы в течение ближайших лет. Как обобщение всего выше написанного приводится таблица.

Список литературы 1. http://www.springerlink.com/index/10.1007/s00779-010-0313-9 E. Post • K. Waal Electrostatic power harvesting for material computing - 7 с.

2. Р.Р. Саттаров, Н.Л. Бабикова, Е.А. Полихач Перспективы развития портативных источников питания для персональных мобильных устройств 3.http://www.dcu.ie/chemistry/asg/Workshop/EnergyHarvestingforMobileSyst ems-JParadiso.pdf Joe Paradiso Energy Harvesting for Mobile Computing Source Material – 54 c.

4. Патент на изобретение №2304342 МПК Н 02 К 35/02 Генератор возвратно-поступательного движения/ Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Бабикова Н.Л. и др. // Опубл. 10.08.2007, Бюл.№22.

5. Патент на изобретение №2402142 МПК Н 02 К 35/02 Генератор/ Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Саттаров Р.Р., Риянов Л.Н. // Опубл.

20.10.2010, Бюл.№22.

6. Патент на изобретение №2312447, МПК Н 02 К 35/00 Автономный источник электрической энергии с ручным гидравлическим приводом/ Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Шкитин Ю.И., Риянов Л.Н. Опубл. 20.10.2010.

7. Заявка на изобретение № 2007104497/09, МПК Н 01 J 00 Автономный источник электрической энергии с ручным гидравлическим приводом/ Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Шкитин Ю.И., Еремин М.Н. Опубл.

20.05.2008.

8. Physorg.com «Пьезоэластичные» чипы соберут энергию для телефона при ходьбе// Современная электроника, №3, 2010, С.9.

УДК 621 1. Н. Г. УРААЗБАХТИ ИНА, А. В. СТЫС СКИН, Т. М. ИЩЕЙ ЙКИНА ФГБОУ ВПО Уфимский госу ударственнный ав виационны ый техн нический й универсиитет И ИССЛЕД ДОВАНИ СИНХ ИЕ ХРОННО ОГО ЭЛЕ ЕКТРОПР РИВОДА А С ЛИНЕ ЕЙНОЙ МЕХАНИ М ИЧЕСКО ХАРА ОЙ АКТЕРИС СТИКОЙ Й И РЕГУУЛЯТОРАМИ СК КОРОСТИ РАЗЛИ ИЧНОГО ТИПА О Маатематичееские моддели синххронных двигател лей, основванные на теории н и обобщеннной элекктрической машины преобр ы, разованны в коор ые рдинатах осей d-q,, связанны с ротор двига ых ром ателя и п принятыми при это допущ ом щениями, являются я я глубоко нелинейн ными [1,2,3]. Нел линейност вида произведе ти п ений пер ременных х (частота вращен ния на ток, пр роизведен ние токо ов, а т также то оков наа потокосццепление) ) практ тически исключают возможно в ость поолучения я аналитичческих р решений, удобны для изучения динам ых я мических свойств в электроппривода. Подобны задач решал ые чи лись на полных матема х атическихх моделях, состоящ, щих из шести ур ш равнений, с помощью спе ециализиррованныхх программ для ЭВМ м М.

Ко огда нет жестких требова аний к отклонени перем о ию менных от точки о и статичес ского равнновесия или когда работа нагрузочн и а н ного меха анизма огр раничена а небольшшими уча астками на линей н йной чассти механ нической характе й еристики,, возможн линеар на ризация механичес м ских хараактеристи Для а ик. анализа основных о х особенноостей ди инамики электроп привода (ЭП) с синхрон нным дв вигателемм возможнна лине еаризация систе я емы ур равнений путем испол льзованияя приближженного у уравнения механи я ической характери х истики MM=(cэм/p++)(0-),, где – стати ическая жесткост механ ть нической характе еристики, cэм – электроммеханичес ская пост тоянная. Исследования по оказали, что при жестких х механиче еских свя язях синххронный электроппривод бе демпфе ез ерной обм мотки не е работосппособен, на выход возмож де жны незаатухающи колеба ие ания. Деммпфернаяя обмотка создает асинхронный м т момент, который обеспеч чивает затухание з е колебани в сис ий стеме, од днако, ка видно из рис. 1. каче ак ество перреходныхх процессо неудов ов влетворит тельное.

Рис. 1. Р Результат модели ты ирования синхрон я нного элек ктродвига ателя с демпф ферной об бмоткой Граф пере фик еходного процесса при пус синхр а ске ронного д двигателя получен н на модел соотве ли, етствующ систем уравне щей ме ений M (cэм /р ) ( o - 1 ) ;

м (1) ) M - M c J p.

При линеаризации рабочего участка механической х и р а характери истики в области SSK 2M к 2 f1 (2) ) ;

o 1.

o ном sк pп Пооскольку в (1) не учиты ывались электромагнитны проце ые ессы, тоо временны харак ые ктеристик могут ухудшиться. Чтобы по ки т Ч овысить качествоо переходнных проццессов в электропр э риводе в систему был введ ПИ-ре ден егулятор,, синтез которого был произве о еден кл лассическ кими м методами теории и автоматиического управленния. Струкктурная схема мод с дели ЭП с ПИ-регуулятором м (без пункктирного блока) по оказана н рис. 2, временны характ на ые теристики частоты и ы вращени при пус – на рис. 3,а, м ия ске р момента двигателя – на рис. 2, б.

Р 2. Ст Рис. труктурна схема м ая модели си инхронно электр ого ропривода с ПИ И-регулят тором Зна ачения ммомента, частоты вращени и вре ия емени на рис. 3 взяты в а относите ельных ед диницах, момент сопротивл м ления раве нулю.

ен а б Рис. 3. Ре Р езультаты моделирования ы Мееханическ кие хараактеристи ики, пост троенные по эк е ксперимен нтальным м зависимо остям, им меют вид (сплошны линии) предста ( ые ), авленный на рис. 4.

й Ри ис.4. Мех ханически характе ие еристики ЭП с кор ррекцией Аннализирую вид ме ю еханическ ких харакктеристик можно сделать вывод о к незначит тельном нагрузоч чном диап пазоне ЭП при ис Э сследованнии его линейной л й модели, при исслледовании полной нелиней и й йной моддели подо обных явл лений не е наблюдаалось [3]. Кроме того, набл т людается общее свойство к для линейной как л й так и ддля нелиннейной модели – сокращение наг м грузочног диапаз го зона при и регулиро овании чаастоты вращения ээлектропр ривода в меньшую сторону.

м Пррименив автомати изирован нный ада аптивный регуля й ятор, в котором м коэффицциенты наастройки подбираю ются опер ратором, (рис. 2, п пунктирн ный блок)) были поолучены уулучшеннные механ нические характер е ристики ( (рис. 4, пунктир).

п.

Нагрузоччный ди иапазон сохрани ился, но его величина также меньше в е номиналльного знначения, что говоорит о том, что линейная модель ЭП не т ая ь е достаточ адеква чно атна.

Рис. 5. Структур рная схем модели ЭП с Fuzzy регул ма и лятором В настоящ щее врем начин мя нают нах ходить широкое примене ш ение такк называеммые нече еткие системы уп правлени (fuzzy-системы) основа ия ), анные наа нечеткой логике [4]. Ос й собенно эффектив вно прим менение нечетких систем х м управленния там, где объе управ ект вления до остаточно сложен для его точного о н о о описания и сущес я ствует деффицит апр риорной информац о пов и ции ведении системы.

Оссновная ффункция, возлагаем на неч в мая четкий ко онтроллер – форми р ирование е выходно значен управ ого ния вления в з зависимос от тек сти кущих коо ординат системы.

с Прроцедура обработк входно информ ки ой мации в контролле к ере, в кон нтроллере е реализую ющем fuzz zy-логику вкратце может быть описа следу у, е ана ующим об бразом:

– текущи ие значе ения вх ходных перемен нных п преобразуются в лингвисттические (фазифиц цируются я);

– на осн новании получен нных лингвисти л ических значений и с использоованием базы пра авил прооизводитс нечетк ся кий логиический вывод, в в результа ате котор рого вы ычисляютс лингвистическ ся кие знач чения выходных х переменнных;

– заключит тельным этапом обработк являет ки тся вычи исление "четких" " значений управля й яющих па араметров (дефазиф в фикация).

Прреимущес ства fuzzy -регулятоора:

1) возмоожность управвления многомерными, нелин нейными,, изменяю ющимися в времен процес во ни ссами и объектами и;

2) работа с система ами, дин намика ко оторых не может быть по н олностью ю описана;

;

3) возможн ность срав внительно неслож жной реаллизации н цифро на овых илии аналогов СБИС вых С.

Стр труктурна схема модели с f ая м fuzzy-регу улятором представ влена на рис. 5.

р Ме еханическкие харак ктеристик постр ки роенные на основ вании вр ременныхх зависимоостей част тоты вращ щения и ммомента (рис. 5, а, б) показа ( аны на ри 6.

ис.

а б Рис. 6. Ре Р езультаты моделирования ы Фааззи-регул лятор улуучшает н только нагрузо не о очный дииапазон ЭП, но и Э качество регулиро о ования (у уменьшает перер тся регулиров вание).

Рис. Механ.7. нические характери х истики ЭП П Так обра ким азом, при исследов вании синнхронного ЭП на л о линейных моделях х х выявлено следующее:

о сравнени моделей электр ие тропривод с полн да ной нели инейной системой с й уравнени и лине ий еаризирон нной систтемой ураавнений дает резул д льтаты не в пользу у последни во-пе их: ервых мо одель эле ектроприивода пол лучается статичес ской, т.е.

.

имеет сттатическу ошибк 0,1%, н ую ку нелинейна модель электро ая ь опровода не имеет т статичесской ошиб бки, т.е. является а я астатической;

устойчив вость эле ектроприв вода с си инхронны двигат ым телем мож быть жет ь достигну тольк при вв ута ко ведении в систем ПИ-ре му егулятора в то вр а, ремя как к полная ннелинейна модель электро ая ь опривода является сама по себе уст я тойчивой,, что соот тветствуе реальн ет ной систе еме, т.е. адекватнность нел линейной модели й и очевидна а;



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

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.