Электротехнологии, электрооборудование и энергоснабжение агропромышленного комплекса. Рубрика в журнале - Вестник аграрной науки Дона
Статья научная
В настоящее время в России достаточно хорошо развита система централизованного электроснабжения. В то же время немало сельских территорий, которые находятся в зоне децентрализованного электроснабжения. К ним можно отнести небольшие крестьянские и фермерские хозяйства, занимающиеся разведением скота или выращиванием сельскохозяйственной продукции. В статье проанализированы варианты эффективного автономного электроснабжения сельских объектов с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Отмечены особенности электроснабжения малых сельскохозяйственных объектов, доказывающие перспективность применения для этих целей ВИЭ. Проведенный анализ потребителей электроэнергии малых сельскохозяйственных объектов показывает, что наряду с установками, питающимися переменным током, есть потребители, работа которых возможна и на постоянном токе. Принимая во внимание стоимость автономной системы электроснабжения на базе ветрогенератора, установлено, что оптимальной рабочей скоростью для территории Ростовской области является скорость ветра от 5 до 7 м/с. Отмечено, что топливные электростанции имеют высокую надежность автономного электроснабжения, но в то же время оказывают отрицательное влияние на экологическую обстановку, используют углеводородное топливо и при небольшой загрузке имеют невысокий КПД. При малых нагрузках потребителей эффективнее использовать электрохимические аккумуляторы, которые будут заряжаться от ветроэлектростанций или фотоэлектрических станций. В статье также приведена структурная схема комбинированной автономной системы электроснабжения на базе фотоэлектрических преобразователей, топливной электростанции и электрохимической аккумуляторной батареи. Кроме того к эффективному применению ВИЭ можно отнести и аварийное электроснабжение, например, электроснабжение доильных установок на летних доильных площадках.
Бесплатно
Статья научная
Пшеница - это одна из ведущих продовольственных культур в мире, поэтому важно разработать более эффективные и устойчивые методы её выращивания, чтобы удовлетворить основные потребности людей в продовольствии. Задача улучшения прорастания посевного материала в условиях изменяющихся климатических условий, освоения новых земель является актуальной. Пшеница является основной производимой культурой для внутреннего потребления и на экспорт. В данной работе рассматривается влияние обработки низкотемпературной плазмой слаботочных высоковольтных разрядов на всхожесть семян и рост проростков пшеницы. В качестве вариации режимов обработки использовали режим коронного и искрового разряда. Образцы семян подвергались обработке низкотемпературной плазмой в режиме самотека на разработанной установке. Инкубация образцов в вертикальной ферме проводилась по методике анализа длины проростков и корешков. Результаты показали, что образцы, прошедшие обработку коронным разрядом, демонстрируют улучшенные регидратационные показатели впитывания влаги, длина проростков и корешков почти в 1,5 раза превосходит длину проростков и корешков контрольного образца. Показано, что обработка низкотемпературной плазмой позволяет значительно улучшить контактные свойства поверхности семян с каплей воды, что влияет на показатели регидратации. При увеличении тока разряда и перехода от коронного режима к искровому эффекты термического воздействия возрастают. Данные всхожести при подготовке искровым разрядом показали снижение показателей. Показано влияние низкотемпературной плазмы слаботочных искровых разрядов на всхожесть и рост семян пшеницы. Методика обработки, применимая в исследовании, может быть применима в сельском хозяйстве для улучшения активизации всхожести и роста семян. Дальнейшие исследования будут направлены на поиск оптимальных режимов обработки посевного материала низкотемпературной плазмой слаботочных высоковольтных разрядов.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена исследованию диэлектрических и электрических свойств растительных материалов в диапазоне частот от 1 кГц до 100 кГц, обработанных слаботочным атмосферным искровым разрядом. Целью работы была оценка изменения величины диэлектрической проницаемости и электропроводности растительных материалов (яблоко и морковь) при различных режимах обработки и различной толщине образцов. Проницаемость или диэлектрические свойства пищевых материалов важны для понимания поведения этих материалов при воздействии на них электромагнитных полей в процессах переработки, воздействии электромагнитного поля или в других процессах, включающих электрофизическую обработку. Понимание этих свойств также перспективно для настройки и адаптации радиочастотных и микроволновых приборов. Для измерения диэлектрических и электрических свойств использовали измерительную ячейку с плоскопараллельными титановыми электродами. Обработка проводилась слаботочным атмосферным искровым разрядом с величиной тока от 1 мА до 4 мА. Установлено, что на диэлектрическую проницаемость и электропроводность большое влияние оказывают величина тока разряда обработки АИР. Диэлектрическая проницаемость и электропроводность материала коррелировали друг с другом и увеличивались с увеличением тока разряда от величины 1 мА до 4 мА, с последующим выходом на плато. С ростом толщины материала показатели диэлектрической проницаемости и электропроводности снижались. Для описания и прогнозирования связи между диэлектрическими и электрическими свойствами обрабатываемых АИР растительных материалов выведены соответствующие зависимости. Проведенные диэлектрические измерения предоставляют новую информацию о зависимости диэлектрических свойств растительных материалов от их толщины, величины тока разряда и плотности обработки АИР в частотном диапазоне.
Бесплатно
Статья научная
Электрификация технологических процессов в АПК существенно расширяет возможности роста производства, сохранности и качества продукции, а также способствует улучшению условий труда и экологической обстановки. Решение этих задач почти всегда требует значительного роста энергопотребления. Применение для этих целей в АПК гелиоустановок связано с проблемами повышения КПД и с факторами, возникающими при негативных воздействиях на них внешней среды и времени. Для снижения влияния этих факторов на оптические поверхности гелиоустановок и приборов наносятся защитные, просветляющие и проводящие покрытия на основе оксидов различных металлов. Метод магнетронного распыления твёрдофазных мишеней является наиболее перспективным среди плазмохимических методов для их получения. В связи с этим весьма актуальными являются исследования зависимости свойств и структуры покрытий от их технологических параметров магнетронного распыления. Установлено, что изменением давления аргона, мощности разряда и температуры осаждения можно получить оксидные покрытия со слоевым сопротивлением 10-5 Ом/м2 с коэффициентом пропускания в видимой области 88-93%. Показано, что комбинированным изменением температуры и мощности можно изменять их текстуру и регулировать размеры блоков кристаллов от 0,01 до 0,2 мкм. Линейная зависимость скорости осаждения от мощности разряда позволяет получать покрытия заданной толщины с точностью ±5 нм. Анализ их электрооптических свойств показал перспективность применения магнетронного распыления для нанесения просветляющих, защитных и проводящих оксидных покрытий на солнечные батареи и приборы для АПК. Результаты работы могут найти применение при разработке технологий получения для гелиоустановок и приборов в АПК оксидных покрытий необходимых толщины, структуры и физических свойств. Используемые в работе методы исследования не зависят от природы и состава осаждаемых покрытий и могут применяться при исследовании процессов их получения магнетронным распылением различных материалов.
Бесплатно
Статья научная
Актуальной задачей АПК РФ является увеличение количества и улучшение качества продукции растениеводства при снижении энергозатрат. Эффективность её производства определяется взаимодействием технологических процессов с растениями и почвой. В данной работе анализировалось влияние на коэффициент трения почвы о металл структуры и влажности почвы, электроосмоса и магнитного поля. Показано, что использование электроосмоса способствует перемещению почвенной влаги из прилегающего слоя почвы и её локализации в виде плёнки на рабочей поверхности плуга. Анализ экспериментальных результатов ряда работ показал, что при электроосмосе коэффициент трения почвы о металл с увеличением влажности почвы уменьшается. Установлено, что максимальное снижение коэффициента трения наблюдается при влажности почвы W=40%. Это объясняется тем, что при W=20% недостаточно свободной воды для создания смазывающей плёнки нужной толщины. Показано, что увеличение размеров макроагрегатов приводит при электроосмосе к снижению коэффициента трения по сравнению с контролем на 56-88%. Это объясняется уменьшением площади соприкосновения макроагрегатов с поверхностью металла. Установлено, что магнитное поле напряжённостью 1500 Э приводит к уменьшению средней пыли в 2,0 раза и увеличению крупной пыли на 80%, а поле с Н = 9000 Э приводит к перестройке почвенной массы и способствует даже перемещению частиц в пространстве. Это может приводить к разрыву связей между ними. Получены аппроксимирующие зависимости, позволяющие определять коэффициент трения почвы о металл в зависимости от размеров макроагрегатов (с 1,5 мм до 6,0 мм) при влажности почвы 20% и 25%. Показана актуальность научных исследований по разработке технических средств, позволяющих использовать электрические и магнитные поля при обработке почвы с целью снижения коэффициента трения.
Бесплатно
Изучение процесса электроимпульсного плазмолиза яблочного и тыквенного сырья
Статья научная
Применение электрических импульсов высокого напряжения при переработке растительного сырья считается технологически эффективной и малоэнергозатратной операцией в перерабатывающей, пищевой, фармакологической, парфюмерной промышленности и сельском хозяйстве. Эффект импульсной электропорации позволяет обрабатывать растительное сырье, добиваясь нетермического результата повреждения внутриклеточных структур, сохраняя высокое качество получаемого продукта, организуя пастеризацию обрабатываемого материала и, следовательно, увеличивая его срок сохранности. В исследованиях изучалось сырье растительного происхождения, а именно - яблоки местных сортов «Гала» и тыквы сорта «Грибовская зимняя». Проведя анализ характера изменения и количественных показателей зависимостей: 1) выхода сока и пюреобразной массы, полученных методом прессования; 2) изменения сопротивления растительной ткани обрабатываемых материалов от воздействующих параметров обработки: напряженности электрического поля в растительной ткани и энергии, ею поглощённой, было определено, что выход продукта, а следовательно, и степень деструктуризации внутренних компонентов растительных тканей, и в первую очередь целостность клеточных мембран, в значительно меньшей степени зависят от энергии воздействующего импульса, чем от градиента напряжения. С повышением напряженности электрического поля в ткани растительного сырья и с увеличением количества импульсов, воздействующих на него, увеличивается выход продукта (сока или пюреобразной массы) и снижается сопротивление растительной ткани обрабатываемого сырья относительно его первоначальных значений. Исследования на микроскопе образцов, взятых до и после обработки, подтвердили, что под действием прикладываемых к сырью электрических импульсов высокого напряжения мембраны растительных клеток теряют свойство полупроницаемости и становятся проницаемыми для выхода сока в межклеточное пространство.
Бесплатно
Использование методов оптимизации для формирования резервного фонда электросетевых предприятий
Статья научная
Проведение внеплановых ремонтов, вызванных аварийными отключениями, в сельских электрических сетях напряжением 0,38-10 кВ имеет тенденцию к росту. Это, в первую очередь, связано со значительным износом электросетевого оборудования в сетях рассматриваемого класса. Одним из факторов, способствующих сокращению продолжительности отключения при проведении ремонтных работ, является достаточная обеспеченность резервного фонда электросетевых предприятий необходимым количеством запасных изделий. В этой связи в статье рассмотрены используемые на сегодняшний день подходы к формированию резервного фонда электросетевых предприятий, отмечены их недостатки, наиболее значимым из которых является перерасход финансовых ресурсов при создании аварийного запаса. Показано, что задача по формированию резервного фонда электросетевых предприятий может быть решена в оптимизационной постановке, когда необходимо установить такое сочетание основных и запасных элементов рассматриваемого комплекта изделий, при котором будет обеспечена максимальная надежность при выполнении заданных ограничений по стоимости. Для решения оптимизационных задач могут использоваться как точные, так и приближенные методы. В статье предлагается использовать приближенный метод - метод наискорейшего спуска. Применение такого метода оправдано, поскольку электросетевое оборудование может быть отнесено к категории надежных изделий. Описана методика проведения расчетов в соответствии с данным методом. Для интеграции предложенного подхода к формированию резервного фонда в практику деятельности сетевых предприятий разработано алгоритмическое и программное обеспечение, позволяющее автоматизировать расчеты по выбору необходимого количества запасных элементов, обеспечивающих наилучшие показатели надежности электрических сетей при минимальных финансовых затратах.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена исследованию оригинального полупроводникового устройства запуска однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя молочного насоса. Асинхронные электродвигатели широко используются в электрическом приводе машин и агрегатов всех отраслей сельского хозяйства. В большинстве случаев для запуска и работы однофазного асинхронного электродвигателя применяются фазосдвигающие конденсаторы. Данный способ запуска имеет множество недостатков: отсутствует возможность регулирования скорости двигателя, большие габариты конденсаторов. В связи с этим в сложных технологических процессах целесообразно применение регулируемого электропривода на основе микроконтроллеров и силовых полупроводниковых устройств. Цель работы заключается в проведении анализа возможностей применения разработанного полупроводникового устройства в электроприводе молочного насоса при помощи средств имитационного моделирования. Компьютерное имитационное моделирование имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами исследования: низкая стоимость, быстрота проведения эксперимента, возможность отображения результатов моделирования в графическом виде. Поставленная цель достигается созданием имитационной модели в среде Matlab Simulink, которая позволяет определять электромеханические характеристики однофазного электродвигателя при различных режимах работы. Использование методов имитационного моделирования позволило на начальных этапах разработки полупроводникового устройства быстро и сравнительно дешево провести все необходимые исследования. Созданная в среде Matlab Simulink имитационная модель устройства позволила исследовать электромеханические характеристики разработанного электропривода. Наиболее значимыми результатами работы являются полученные данные о том, что предложенное полупроводниковое устройство запуска может быть использовано для запуска и работы однофазного электродвигателя молочного насоса от однофазной сети.
Бесплатно
Исследование систем программного регулирования параметрами динамического освещения
Статья научная
В птицеводстве перспективно применение систем динамического освещения с изменяемыми световым потоком и коррелированной цветовой температурой оптического излучения светодиодных светильников. Для точного управления параметрами таких систем освещения используются системы программного регулирования. Целью исследования являлась оценка качества работы систем программного регулирования уровня освещенности дна кормушки и коррелированной цветовой температуры оптического излучения светодиодных светильников системы динамического локального освещения клеток для содержания сельскохозяйственной птицы. Программное регулирование заданного уровня освещенности и коррелированной цветовой температуры оптического излучения в течение светового периода осуществлялось по математическим моделям изменения естественного солнечного света. Оценка качества работы систем программного регулирования проводилась по графикам переходных процессов, полученным по результатам компьютерного моделирования в отечественной среде SimInTech. В процессе исследований была разработана структурная схема моделирования и получены данные искомых переходных процессов. Анализ полученных переходных процессов показал, что они удовлетворяют требованиям, предъявляемым к качеству программного регулирования уровня освещенности дна кормушки для птицы и КЦТ оптического излучения локальных светодиодных светильников. Дискретизации цифрового датчика освещенности и ШИМ-сигналов управления световыми потоками светодиодов приводят к незначительным (≤ 1% максимальной освещенности) отклонениям уровня освещенности в процессе программного регулирования. Дискретизация ШИМ-сигналов управления световыми потоками оказывает существенное влияние на точность программного регулирования коррелированной цветовой температуры оптического излучения. Параметры ПИ-регулятора, определенные по методу Копеловича, можно использовать для реализации систем программного регулирования уровня освещенности и КЦТ оптического излучения светодиодных светильников.
Бесплатно
Статья научная
Существующие технологические линии очистки сточных вод, прежде всего промышленных свинокомплексов, не обеспечивают требуемое качество очищенной сточной жидкости для дальнейшей её биологической очистки, что вызывает серьёзные загрязнения окружающей среды и создаёт напряжённую экологическую обстановку вокруг мест расположения животноводческих объектов. Использование технических средств контроля и измерения концентрации взвешенных веществ позволяет повысить качество разделённых фракций, автоматизировать трудоёмкие участки, уменьшить эксплуатационные затраты, материалоемкость и энергоемкость всего технологического процесса. Проблема повышения качества работы очистных сооружений решается путём применения ультразвукового метода контроля, основанного на изменении поглощения звуковых волн в зависимости от концентрации взвешенных веществ в жидкой среде. Общий коэффициент поглощения сложно зависит от частоты ультразвука и радиуса частиц. Зависимость коэффициента поглощения от концентрации носит линейный характер, что упрощает использование ультразвуковой локации для контроля концентрации и повышает точность измерений. Изменение поглощения ультразвуковых волн, проходящих через исследуемую среду, должно находиться в интервале, удобном при последующей обработке амплитуды сигналов электронным блоком измерительного устройства. При выборе оптимальной частоты ультразвука учитываются следующие параметры: акустическая база датчика, гранулометрический состав взвесей и требуемый диапазон контроля концентрации. Увеличение акустической базы измерительного датчика приводит к уменьшению требуемой частоты ультразвука для рассмотренных параметров взвешенных веществ в стоках. Для измерения концентрации взвешенных веществ в жидкой фазе после первичных и вторичных отстойников на очистных сооружениях используется частота ультразвука от 2,4 до 4,6 МГц, а для осадка в этих отстойниках - частота от 1,7 до 3,2 МГц.
Бесплатно
Настройка параметров излучения волноводов для СВЧ-конвективных установок
Статья научная
При использовании СВЧ-обработки энергоэффективность установок зависит от распределения микроволнового поля в слое обрабатываемого продукта. Распределение поля СВЧ зависит от типа используемого излучателя. В работе представлены рупорные, клиновидные и прямоугольные щелевые излучатели. Отражены сложности обеспечения равномерности распределения поля внутри СВЧ-конвективных зон при использовании рупорных и клиновидных волноводных излучателей. Также значимым является согласование системы магнетрон - волновод, от которого зависят потери электроэнергии. Стандартные методы применения СВЧ-шлейфов не приемлемы, поскольку волноводы располагаются непосредственно в зерновом слое. Целью работы является представление разработанной методики согласования параметров источника СВЧ-излучения с волноводом, чтобы получить максимум общей эффективности и минимум коэффициента стоячей волны. Поставленная цель достигается за счёт определения расстояния между источником излучения и заглушкой волновода, а также изменением угла поворота заглушки. Для этого проводилось моделирование процесса в программе CST Microwave Studio. Для определения данных параметров для конкретного излучателя использовали программу CST Microwave Studio. CST Microwave Studio - это программа для трехмерного электромагнитного моделирования широкого спектра СВЧ-устройств. Это могут быть волноводы, антенны и даже оптические элементы. Для решения задач программа использует несколько методов. При этом достигается высокая точность расчета. Программа наиболее эффективно работает от коротковолнового до нанометрового диапазонов. Промоделировано изменение угла поворота заглушки волновода. Получен максимум общей эффективности излучения и минимум коэффициента стоячей волны при использовании волноводов с щелевыми излучателями. Для повышения общей эффективности излучения и понижения КСВ необходимо изменять местоположение заглушки волновода и угол её поворота.
Бесплатно
Статья научная
Силовой трансформатор и его состояние являются одной из составных частей обеспечения надежности электросетевого комплекса. По мере перехода энергокомпаний на техническое обслуживание и ремонт оборудования по фактическому состоянию, различные методики диагностики, в особенности под рабочим напряжением, получили широкое применение. Востребованность контроля также обусловлена большим процентом эксплуатирующегося электрооборудования сверх нормативного срока. Для оценки силового трансформатора применяют методику интегрального показателя технического состояния, который заключает в себе совокупность диагностических параметров на разных узлах трансформатора. Сведения о состоянии электрооборудования традиционно получают в ходе испытания узлов в ходе ремонтных работ, что требует отключения линии. В настоящее время развитие получили автоматизированный мониторинг и техническое диагностирование электрооборудования, что подтверждается рядом регламентирующих и нормативных документов электросетевых компаний. Предлагаемые производителями системы мониторинга отличаются значительным набором измеряемых параметров, многие из которых являются дополнительными, не входящими в перечень НТД. В России такие системы применены в качестве пилотных проектов в ходе реконструкции и строительства объектов в ПАО «Россети Московский регион». Для усовершенствования методов прогнозирования и оптимизации работы электроэнергетической системы логично использование методов искусственного интеллекта, которые имеют решающее значение для расширения когнитивных способностей человека в этих задачах. В мире метод опорных векторов (SVM), машины экстремального обучения (ELM), нечеткая логика и некоторые другие были объединены с методами интерпретации АРГ для анализа зарождающихся неисправностей в трансформаторах. Модели сверточной нейронной сети активно используются для классификации неисправностей электрооборудования в ходе тепловизионной съемки трансформаторных подстанций. Использование сети YOLOv4 позволяет выполнить идентификацию четырех типов силового оборудования на подстанции с предварительной обработкой изображения (выявление фона, помех, вызванных экстремальными погодными условиями, шумом и другими факторами). Недостаточный обмен данными между эксплуатирующими компаниями России ведет к медленному внедрению методов искусственного интеллекта.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время в России практически не найти сельского района или поселения, где отсутствует система централизованного электроснабжения. В то же время следует отметить, что системы электроснабжения сельских территорий имеют значительный удельный вес в электросетевом хозяйстве страны. Анализ причин аварийного отключения электроснабжения сельскохозяйственных потребителей показывает, что наибольший процент отключений приходится на линии электропередачи ВЛ 6-10 кВ и ВЛ 0,4 кВ, которые являются слабым звеном в системе электроснабжения АПК. В статье проведен анализ сельскохозяйственных производственных потребителей электроэнергии и дана оценка категорийности по электроснабжению. Рассмотрены способы резервирования сельскохозяйственных объектов, к которым предъявляются высокие требования к надежности электроснабжения. Рассмотрены периоды времени в течение суток, на которые приходится наибольшее число отказов, и причины их вызывающие. Приведены данные о продолжительности таких отказов. Показано, что только небольшая часть технологических линий требует надежности электроснабжения по первой и второй категориям. Сделано предположение, подтвержденное расчетами, что в резервных источниках напряжения могут эффективно использоваться электрохимические аккумуляторы с подзарядкой от ВИЭ. Представлены блок-схемы подзарядки резервных электрохимических аккумуляторов от фотоэлектрических преобразователей и ветроэлектростанции. Показано, что возобновляемые источники энергии, кроме резервного электроснабжения потребителей по первой и второй категориям, также могут применяться и для других нужд сельскохозяйственного производства. Отмечено, что электрохимические аккумуляторы позволяют резервировать электроснабжение в очень короткое время в отличие от топливных электростанций, имеющихся в настоящее время у хозяйств. Установлено, что мощность преобразователей ВИЭ может быть на порядок меньше мощности резервируемого потребителя электроэнергии.
Бесплатно
Потери мощности от несинусоидальных токов в сельских электрических сетях 0,4 кВ
Статья научная
Проведённый обзор научных статей в журналах за последние несколько лет показывает, что проблемы, связанные с наличием несинусоидальных токов в сельских электрических сетях, являются весьма актуальными. Рассмотрен вопрос возникновения периодических негармонических токов и их влияния на различные элементы электрических сетей 0,4 кВ таких как линии электропередач, трансформаторы, установки компенсации реактивной мощности. Показаны основное отличие таких токов и сложность работы с ними в отличие от гармонических величин. Проведены исследования в производственных условиях агрофирмы «Выборжец», которые показали существенную несинусоидальность кривой формы тока в линейных проводниках. При этом кривая формы тока оказывается симметричной относительно оси времени, что позволяет сделать вывод об отсутствии в ней постоянной составляющей и всех чётных гармоник. С помощью высокоточных электроизмерительных комплексов «Энергомонитор 3.3Т1» проведены экспериментальные исследования потерь мощности от нелинейных токов, продуцируемых лампами ДНАТ типа VIALOX NAV E с трансформаторами с различными схемами соединения обмоток: Y/Y H, Y/Y H СУ, Y/Z H . Рассмотрены имеющиеся способы расчёта активных потерь от негармонических периодических токов, предложен новый, запатентованный способ расчёта потерь от несинусоидальных токов в линии при симметричной нагрузке основанный на методе симметричных составляющих. Произведён расчёт критерия потерь от несинусоидальных токов в линии по данным экспериментальных исследований и построен график изменения этого критерия в зависимости от мощности нагрузки. Показано, что наибольшее значение критерия потерь от несинусоидальных токов в линии, а следовательно, и величины потерь наблюдается при использовании трансформатора со схемой соединения обмоток Y/Z H, наименьше е при использовании трансформатора со схемой соединения обмоток Y/Y H . Сделан вывод о целесообразности использования трансформатора со схемой соединения обмоток Y/Y H для снижения потерь в линии от несинусоидальных токов при нелинейной симметричной нагрузке.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрены вопросы электроснабжения удалённых от централизованных сетей железнодорожных переездов с использованием возобновляемых источников энергии. Представлен анализ существующего состояния пересечений автомобильных и железных дорог на сельскохозяйственных территориях юга России. Поставлена задача по разработке автономной системы электроснабжения для таких пересечений, внедрение которых позволяет снизить аварийность на транспорте. Данная задача решается применением систем электроснабжения сигнализации и блокировки с использованием различных преобразователей возобновляемой энергии и является гибридной системой. Приведен анализ использования солнечных и ветряных электростанций с аккумулированием электроэнергии с дальнейшим преобразованием её в нужные параметры. Также представлена методика определения энергетического потенциала возобновляемых источников энергии в данном регионе. Предлагается гибридная система автономного электроснабжения с солнечной электростанцией, ветроагрегатом и бензогенератором, гарантирующая стабильную работу ограждающего, осветительного и сигнализирующего оборудования. Представлена блок-схема с энергетическими потоками, где показаны два вида выходного напряжения 24 В постоянного тока и 220 В переменного тока. Бензогенератор с выходным напряжением 28 В постоянного тока является резервным источником энергии и удачно сочетается с рабочим напряжением технологического оборудования. Инвертор с выходным напряжением 220 В предназначен для подключения электрооборудования при проведении ремонтных работ и может подключаться к аккумуляторным батареям на время проведения таких работ. Приведено уравнение энергетического баланса энергетической системы, учитывающей срок работы на аккумуляторных батареях в течение 8 часов. Проведены результаты экспериментальных исследований изготовленной системы электроснабжения и представлены энергетические характеристики: среднесуточная выработка электроэнергии составляет 3,5 кВт·ч в сутки, а среднемесячная доля выработки возобновляемыми источниками энергии - 65 ÷ 70%. Предложенная система электроснабжения сигнализации и блокировки, установленная на неорганизованных железнодорожных переездах, позволит снизить аварийность, а значит, сохранить многие человеческие жизни.
Бесплатно
Режимы работы аккумуляторных батарей в составе солнечных станций для электроснабжения пасек
Статья научная
Все больше отраслей промышленности, в том числе и сельское хозяйство, требуют качественного и бесперебойного электроснабжения. В сельском хозяйстве многие отрасли имеют сезонность, но, несмотря на это, системы бесперебойного электроснабжения необходимы не только во время сезона работ. На сегодняшний день немаловажным аспектом является применение технологий искусственного интеллекта, а также интеграция оборудования в сетевые системы передачи данных, которые позволяют собирать большие массивы данных и систематизировать их в кратчайшие сроки. Для регистрации, записи и передачи исследуемых параметров применяются унифицированные электронные платформы, для стабильной работы которых необходимо бесперебойное электропитание. В качестве объекта исследования в статье рассмотрены аккумуляторные батареи, используемые в качестве первичного источника питания для обеспечения бесперебойного электроснабжения пасек. Для заряда аккумуляторов в условиях удаленности объектов от центрального электроснабжения и с целью экономии топлива для генераторных электроустановок наиболее оптимальным является использование солнечных фотоэлектрических панелей. Это обусловлено тем, что в расчетной модели «фотоэлектрическая панель - аккумулятор» основным параметром является величина тока заряда. В качестве исходных данных для расчета были использованы графики нагрузок для пасеки на 150 семей и общебытовая нагрузка передвижной платформы для персонала. В графике нагрузок учтены все виды используемых установок, а также технология откачки меда. Результатом проделанной работы является составление графиков заряд/разряд для аккумуляторных установок, которые учитывают график работы оборудования, периоды солнечной активности и мощности солнечного излучения. Применение такого метода расчета позволяет существенно сократить площади солнечных фотоэлектрических панелей и количество аккумуляторов по сравнению с общепринятыми методами расчета солнечных фотоэлектрических станций.
Бесплатно
Статья научная
Система машинного зрения в роботизированных доильных установках играет решающую роль в автоматизации процесса доения и, как правило, строится на базе таких технологий, как камеры RGB, инфракрасные тепловизионные камеры, камеры ToF и RGBD. Она позволяет роботу точно определять расположение вымени коровы, контролировать процесс доения. Система машинного зрения позволяет снизить риск возникновения ошибок и повысить качество доения, а также улучшить здоровье и благополучие животных. Таким образом, система машинного зрения помогает сделать процесс доения более эффективным, безопасным и комфортным как для животных, так и для фермеров. Совершенствование методов детектирования середины вымени, необходимых для локализации сосков, и координат вершин сосков позволяет увеличить быстродействие и понизить аварийность работы доильного робота в неблагоприятных условиях. Актуальным и перспективным направлением развития технологии роботизированного доения является усовершенствование данных алгоритмов, повышение точности их работы и отказоустойчивости. Представлены результаты работы основных модулей алгоритма детектирования вершин сосков при роботизированном доении на базе полиномиальной интерполяции и сингулярных разложений. В работе демонстрируется явное преимущество синтезированных алгоритмов над аналогами при неблагоприятных условиях на ферме, которые сказываются на качестве съемки системы машинного зрения. Предложенные алгоритмы могут быть положены в основу интеллектуальной системы роботизированного доения в качестве обратной связи для управления положением рабочего органа манипулятора. Применение такой системы в полевых условиях в комплексе с датчиками непрерывного мониторинга количественных и качественных показателей доения существенно повысит производительность работы и сократит количество холостых проходов в доильной установке.
Бесплатно
Совершенствование метода фазной модуляции для формирования схем полюсопереключаемых обмоток
Статья научная
Электродвигатели, обеспечивающие регулирование скорости вращения вала, предназначены также для привода нагрузок, допускающих ступенчатое изменение частоты вращения. Частоту вращения асинхронного двигателя можно регулировать путем изменения скольжения, числа пар полюсов или частоты тока питающей сети. Меняя величину сопротивления ротора, можно изменить величину критического скольжения. При этом изменится частота вращения двигателя. Этот метод регулирования частоты вращения двигателя применяется в приводах деревообрабатывающих машин, работающих в повторно-кратковременном режиме, когда двигатель часто включается и выключается. Частоту вращения двигателя можно регулировать изменением числа пар полюсов. Это достигается переключением обмоток статора. При этом частота вращения двигателя изменяется только ступенчато. Частоту вращения можно регулировать также изменением частоты тока питающей сети. При частоте тока 300 Гц частота вращения двигателя достигает 18000 об/мин. Частоту вращения вала электродвигателя можно изменить, если двигатель подключить к питающей сети через промышленный электронный преобразователь (инвертор) частоты электрического тока. Основной недостаток - стоимость преобразователя частоты может быть больше стоимости электродвигателя. Многоскоростные электродвигатели используются в электроприводах к нагрузкам вентиляторного типа и другим различным механизмам, где непосредственно позволяют упростить трансмиссию и передаточную систему или совсем от нее отказаться. Для различных регулируемых механизмов достоинством многоскоростного двигателя при его применении, например, является то, что при регулировании момента нагрузки он работает на каждой ступени частоты вращения при незначительном её изменении, как и обычный электродвигатель. Непосредственно многоскоростные электродвигатели могут иметь несколько (две, три или четыре) частот вращения, работа которых заключается в изменении переключением числа полюсов статорной обмотки на другое, смежное число. При этом переключение осуществляется в схемном решении одной обмотки. Целью статьи является аналитическая и графическая основа формирования полюсопереключаемых обмоток. Приводится дальнейшее развитие одного из методов формирования полюсопереключаемых обмоток - метода фазной модуляции. Предложено усовершенствование метода, заключающееся в дополнительной фазной токовой модуляции частично укороченных на третью часть полюсопереключаемых обмоток. На основе восьмиполюсной обмотки асинхронного короткозамкнутого электродвигателя проведено модулирование токораспределения поворотными 120 -ми ступенями. Результатом такого фазного модулирования являются полюсопереключаемые с кратного на некратное число пары полюсов, позволяющие менять кроме этого еще и сопряжение фаз. Проведенная модуляция обмоток электродвигателя по анализу, схемным решениям и специфике распределения катушечных групп позволяет сделать вывод, что на данных определенных частотах вращения схема его обмотки многоскоростного электродвигателя будет соответствовать режиму работы приводимой машины.
Бесплатно
Статья научная
Целью работы является сравнительный анализ систем централизованной и малой генерации сельскохозяйственных потребителей. Для достижения поставленной цели был выбран произвольный район, который был поделен на относительно одинаковые по площади секторы. Нагрузка потребителей рассчитывалась с учетом удельного потребления электроэнергии объектами района. В качестве объектов были выбраны сельскохозяйственные предприятия по производству молока. Для варианта системы централизованной генерации источник электроэнергии располагался на удалении от района и понизительных трансформаторных подстанций. В системе малой генерации электростанции установлены в секторах в непосредственной близости к трансформаторным подстанциям. Анализируются затраты на капитальное строительство и обслуживание электростанций, годовые затраты на топливо, а также потери мощности и напряжения в линиях электропередач. Выведены математические выражения для нахождения зависимости анализируемых потерь от площади района и расстояния до источника. Составлен алгоритм, позволяющий производить автоматизированный расчет потерь, в котором реализован подбор рекомендованного номинального напряжения и сечения линии электропередач. Определены нагрузки секторов рассматриваемого района. Определено, что капитальные затраты на строительство и затраты на обслуживание электростанций в системе централизованной генерации приблизительно, соответственно, в 2,64 раза и 1,65 раза меньше, чем аналогичные показатели в системе малой генерации. В свою очередь, потери активной, реактивной мощностей и напряжения в системе малой генерации отсутствуют по причине близкого расположения генерирующих электростанций к потребителям. Используя составленный алгоритм расчета анализируемых потерь, реализованный в программном комплексе Mathcad, рассчитаны зависимости этих потерь от расстояния до источника. В работе выполнен сравнительный анализ двух принципов электроснабжения, который позволяет выполнить предварительную оценку потерь мощности и напряжения в линиях электропередач, используемых для снабжения электроэнергией проектируемый район, имея ограниченный набор данных о нем.
Бесплатно
Статья научная
Известно, что сельские электрические сети по большей части выработали свой эксплуатационный ресурс и нуждаются в массовой реконструкции и модернизации, что требует существенных финансовых вложений, и навряд ли будет осуществлено в ближайшее время. В такой ситуации особую роль приобретает система эксплуатационного обслуживания, направленная на поддержание сельских электрических сетей в работоспособном состоянии. Одна из важных задач эксплуатации заключается в сокращении длительности перерывов электроснабжения. Учитывая низкий уровень автоматизации сельских электрических сетей, значительную подверженность их неблагоприятным природноклиматическим воздействиям, высокую степень износа электросетевого оборудования, следует отметить, что существенную роль в снижении продолжительности аварийных отключений играет наличие запасных элементов в резервном фонде и количество ремонтного персонала, привлекаемого для проведения аварийновосстановительных работ. Наиболее распространенными методами расчета запасных элементов в практике формирования резервного фонда являются нормативный метод, основанный на определении резервного запаса в зависимости от единиц эксплуатируемого оборудования, и аналитический, использующий математический аппарат теории массового обслуживания (ТМО). Поскольку для практического применения нормативного метода существуют специально разработанные таблицы, а расчет аналитическим методом требует проведения определенных математических вычислений, что в практике эксплуатации не всегда является удобным, в статье предложен программный продукт, позволяющий автоматизировать расчеты аналитическим методом. На примере одного из электросетевых предприятий проведен расчет резервного фонда запасных элементов обоими методами, сопоставлены результаты расчетов, сделаны выводы. При массовых повреждениях, имеющих место при неблагоприятных климатических условиях в сельских электрических сетях, для сокращения продолжительности отключений привлекают дополнительные бригады из других регионов. В статье предложен алгоритм поиска оптимального количества таких бригад, базирующийся на положениях ТМО.
Бесплатно
