Анализ состояния развития пищевой промышленности Республики Каракалпакстан

Альтернативные источники энергии - это постоянно существующие энергоресурсы природных процессов, а также продуктов жизнедеятельности биоценозов растительного и животного происхождения. Особенностью альтернативных источников энергии является их не истощаемость, а также способность восстанавливать свой потенциал за определённое время. Альтернативные источники энергии (АИЭ) включают в себя следующие виды:  солнечная энергия, гидроэнергия, геотермальная, ветровая, энергия морских волн и течений, энергия биомассы и низко потенциальная тепловая энергия.

Главным преимуществом АИЭ определяющим интерес к ним, являются: возобновляемость, неисчерпаемость; экологическая чистота; доступность, наличие того или иного источника. Наряду с причисленными достоинствами, АИЭ обладают следующими недостатками: малая плотность потока энергии, влияющая на габариты энергоустановок, а следовательно и на их стоимость.

Одним из основных вопросов сегодня является создание энергосберегающих устройств, экономичных по технико-экономическим характеристикам, применяемых на практике. Это требует доработки существующих устройств, а также изучения современных вариантов различных конструктивных схем.

В данной статье автором представлены результаты исследования систем управления инверторами с высоким КПД при использовании альтернативных источников энергии с целью стабилизации выходного напряжения энергоустановки, основанные на анализе принципиальных схем инверторов.

Основные усилия при разработке МикроГЭС направлены на совершенствование систем стабилизации выходного напряжения энергоустановки, что позволяет использовать максимально простое и дещёвое гидротехническое оборудование. Для Микро-ГЭС работающих в свободном течении воды, необходимы системы стабилизации, контролирующие как минимум два параметра выходного напряжения: его величину и частоту.

При необходимости преобразования переменное или постоянное напряжение одного номинала в переменное или постоянное напряжение другого номинала, используются преобразователи.

Преобразователи делятся на два типа. Преобразователи, которые преобразуют энергию постоянного тока в энергию переменного тока, называются инверторами, и процесс преобразования состоит из инвертирования.

Если на выходе преобразователя требуется постоянное напряжение, то после преобразователя устанавливаются выпрямитель и фильтр. Преобразователь, который преобразует одно напряжение энергии переменного тока в другое напряжение энергии переменного тока, называется конвертором, и процесс преобразования состоит из конвертирования [2].

Использование в составе Микро-ГЭС гидроагрегата со статическим преобразователем частоты полностью снимает проблемы с качеством выходного напряжения и позволяет повысить коэффициент использования его установленной мощности. Принцип действия генерирующей системы заключается в преобразовании нестабильного по величине и частоте напряжения гидрогенератора с нерегулируемой турбиной в постоянный ток с помощью выпрямителя, с последующим инвертированием инвертором в переменный ток стабильной частоты. Для оптимизации энергетического баланса системы возможно применение накопителей электрической энергии - чаще электрохимических аккумуляторов [3].

В Микро-ГЭС генераторная часть, которой состоит из асинхронного двигателя и механически связанного с ним генератора, инвертор предназначен для питания двигателя, Встроенный контроллер инвертора обеспечивает заданную скорость вращения двигателя за счёт изменения частоты выходного напряжения.

Достоинствами такой Микро-ГЭС являются высокое качество выходного напряжения, определяемое инвертором, и способность работы в условиях изменяющихся параметров рабочего потока воды

Конструкция инвертора с высоким КПД

Основываясь на проведённые эксперименты, можно отметить, что общий КПД инверторов может быть увеличен за счет сокращения стадий процесса преобразования.

Следовательно, чтобы создать инвертор с высоким коэффициентом полезного действия, этап процесса модификации в инверторе должен быть сокращен.

Блок-схема аналогичного инвертора показана на следующем рисунке.

Рисунок 1. Блок-схема высокоэффективного инвертора

Здесь: И - входной инвертор; ПУН - переключатель, управляющий направлением токов; СУ1 - входная система управления инвертором; СУ2 - система управления переключателем контролирующая направление токов; ФНЭ - фильтр-накопитель энергии.

Как видно из блок-схемы высокоэффективного инвертора, процесс замены в инверторе состоит из двух этапов (рисунок 1).

В этом случае общий КПД инвертора определяется следующим образом.

η общ = η И × η ПУН                     (1)

Где: ηИ-коэффициент полезного действия входного инвертора; ηПУН-КПД переключателя, контролирующего направление токов.

Поскольку переключатели управления током работают в том же режиме насыщения импульсов, что и переключатели входного инвертора, их эффективность также может быть принята равной эффективности входного инвертора. То есть η ПУН =0.9.

В этом случае КПД инверторов, состоящий из двух этапов процесса преобразования, выглядит следующим образом.

η общ = 0.9 × 0.9 = 0.81                      (2)

Если сравнить КПД разработанного инвертора с КПД преобразователя RFA-1000, то выигрыш в КПД разработанного преобразователя будет следующим.

ηобщ= ηИ1- ηИ2

То есть, η общ = 0.81-0.729 = 0.081                  (4)

Это означает, что одноступенчатое сокращение процесса преобразования в инверторах увеличит эффективность инверторов до 0,081.

График зависимости коэффициента полезного действия к мощности приведён на рисунке 2.

Рисунок 1. График зависимости коэффициента полезного действия к мощности

Принцип работы высокоэффективного инвертора заключается в следующем.

Входной инвертор подключается к источнику постоянного тока с входным напряжением 12 вольт. В этом случае входной инвертор преобразует постоянный ток 12 вольт в переменный ток 50 кГц и напряжение 220 вольт. Переменный ток, генерируемый во входном инверторе, специальным образом преобразуется управляющим переключателем в направлении переменных токов в переменный ток с частотой 50 Гц, и каждый полупериод заполняется импульсом с частотой 50 кГц. Результирующий переменный ток заземляется в фильтре накопителя энергии ПУН и преобразуется в чистый переменный ток 50 Гц.

Таким образом, эффективность этих инверторов, которые могут использоваться в гидроэнергетических системах, была увеличена до ηобщ = 0,81.