Электротехнологии, электрооборудование и энергоснабжение агропромышленного комплекса. Рубрика в журнале - Вестник аграрной науки Дона
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
Теоретические исследования напряженности электрического поля в слоях семени клещевины
Статья научная
Важной культурой среди всех масличных культур является клещевина, основным продуктом переработки которой является касторовое масло, используемое в химической, электротехнической, медицинской и авиационной промышленности. Технологические схемы переработки семян клещевины существуют в двух вариантах: с предварительным отделением лузги или без неё. Касторовое масло более высокого качества получается при переработке семян клещевины только с предварительным отделением лузги. Однако, чтобы отделить лузгу от ядра, необходимо предварительно провести операцию обрушивания и разделения её рушанки на ядро и лузгу. Эффективными методами в части обрушивания семян клещевины являются электрофизические способы воздействия за счет электромагнитного поля сверхвысоких частот. Повысить же эффективность процесса обработки семян можно путем применения специальной техники с обязательным учетом специфических свойств клещевины. Для определения требуемого качества обрушивания семян и необходимой мощности для выполнения такой операции необходимо установить изменение напряженности электрического поля в разных слоях семени клещевины под действием внешнего электрического поля, что и является целью данной статьи. В результате теоретического анализа получены математические выражения для расчета напряженности электрического поля в ядре, в воздушном промежутке между ядром и лузгой, в лузге, возле семени клещевины при частоте поля 2,4 ГГц с учетом диаметра и относительной диэлектрической проницаемости каждого сферического слоя. Установлено, что в сферических слоях величина напряженности электрического поля существенно превышает величину напряженности электрического поля в ядре семени клещевины. Это обстоятельство необходимо учитывать при разработке технологии нагрева семян в СВЧ-электрическом поле и обосновании мощности источника СВЧ-энергии.
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
Статья научная
Описаны результаты экспериментального исследования, в котором на физической модели сети 380/220 В, с однородной несимметричной нелинейной нагрузкой, продемонстрирована возможность использования трансформатора со схемой соединения обмоток «двойной зигзаг с нулем» в качестве шунто-симметрирующего устройства (ШСУ) для токовой разгрузки нулевого провода линейной сети. Приведены схема экспериментальной установки, программа и методика проведения эксперимента. Оценивались действующие значения несинусоидальных токов и напряжений на различных участках модели сети, мощности, значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжений и токов. Результаты измерений, выполненных с помощью сертифицированного прибора HIOKI 3196, получали как в статике, так и в динамике, с возможностью их фиксации и последующего анализа. Получены уравнения, описывающие эти токи и напряжения. Осциллограммы токов и напряжений, записанные на участках модели сети до и после подключения ШСУ, доказывают, что трансформатор со схемой соединения обмоток «двойной зигзаг с нулем» при его включении перед нелинейным несимметричным однородным приемником в четырехпроводной трехфазной цепи действительно значительно уменьшает ток в нулевом проводе. При этом с увеличением несимметрии и мощности нагрузки использование трансформатора со схемой соединения обмоток «двойной зигзаг с нулем» для снижения тока в нулевом проводе более эффективно. Кроме этого уменьшаются токи нулевой последовательности основной и третьей гармоник. Полученные результаты могут быть использованы на практике в нагруженных кабельных линиях с сечением нулевого провода меньше фазного, питающих несимметричную нелинейную нагрузку.
Бесплатно
Статья научная
Асинхронный электропривод широко распространен в сельхозпроизводстве и отличается простотой, надежностью и невысокой стоимостью по сравнению с другими типами электроприводов. Значительные пусковые токи при прямом пуске вызывают механические перегрузки в рабочей машине, для уменьшения которых могут использоваться преобразователи частоты (ПЧ). В целях выявления закономерностей изменения переходного момента при пуске электропривода турбомеханизма при различных настройках преобразователя частоты использовалась экспериментальная установка, в которой динамический момент при пуске электропривода измерялся по величине смещения поворотной платформы при помощи упругой пластины с закрепленным на неё тензорезистором, оказывающей сопротивление повороту. Динамический момент измерялся при помощи платы аналогового ввода с АЦП, установленной в персональный компьютер. Для обработки результатов измерения применялось специализированное ПО платы ввода, программы MS Excel и STATISTICA. Выявлено, что степень снижения механических перегрузок в электроприводе зависит как от выбора закона изменения отношения напряжения на обмотке статора к частоте, так и от установленного в ПЧ времени разгона. Зависимость максимальной амплитуды колебания динамического переходного момента от установленного времени разгона носит экспоненциальный характер, что означает невозможность уменьшения механических перегрузок ниже определенной величины, зависящей от конкретной реализации ПЧ и электропривода. В процессе исследований наблюдалось максимальное уменьшение амплитуды колебания динамического момента в 10,2 раза, что соответствует установленному в ПЧ времени пуска более 0,4 с. Для турбомеханизмов целесообразным является использование закона изменения отношения напряжения на обмотке статора к частоте, имеющего начальный участок с уменьшенным градиентом нарастания напряжения в начальный период пуска, что дает возможность «сгладить» электромагнитные переходные процессы в электродвигателе на пониженном напряжении, пока происходит ускоренный разгон при относительно небольшом моменте сопротивления рабочей машины.
Бесплатно
Электромагнитные процессы в трехфазном трансформаторе при прогреве
Статья научная
Рассмотрены особенности нагрева трехфазных силовых трансформаторов несинусоидальными переменными токами частоты ниже промышленной при подготовке их к сезонным работам. Отмечено, что анализ токов в первичных и вторичных обмотках при питании трансформатора в режиме короткого замыкания от трехфазного источника переменного напряжения несинусоидальной формы имеют специфические отличия от методов анализа электромагнитных процессов в однофазном трансформаторе, для которого известны уравнения мгновенных и действующих значений токов, полученные точными аналитическими методами. Показана связь электромагнитных процессов в трехфазных трансформаторах с процессами в однофазных трансформаторах и причины отличий процессов в них. Применению точных аналитических методов описания электромагнитных процессов в трехфазном трансформаторе и, частности, применению операторного метода с преобразованиями Хевисайда препятствует высокий порядок характеристического уравнения электрической цепи и операторных уравнений токов, решение которых достигается численными методами. Однако при использовании метода аналогии процессов в электрической цепи с шестью фазными обмотками с процессами в цепи с двумя обмотками удается получить частные уравнения мгновенных значений токов в обмотках. Представлены уравнения мгновенных значений токов в фазных обмотках трехфазного трансформатора, полученные на основе принятых допущений, идеализирующих электромагнитный процесс в преобразователе частоты и трансформатора. В статье приводятся расчетные схемы процесса нагрева обмоток и осциллограммы токов переходного процесса при коммутациях силовых элементов преобразователя, позволяющие пояснить характер протекания электромагнитных процессов в блоке «преобразователь - трансформатор» и дать качественную оценку возможности управления этими процессами. Полученные результаты расчетов мгновенных значений токов в обмотках дают сходимость с экспериментальными данными с погрешностью не более 10%. Полученные уравнения позволяют обоснованно решать проблему выбора преобразователя частоты для обеспечения заданной интенсивности прогрева или подсушки трансформатора.
Бесплатно
