WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 14 |
-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САРАТОВСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н.И. ВАВИЛОВА»

Факультет электрификации и энергообеспечения

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

ЭНЕРГЕТИКИ АПК

Материалы II Международной

научно-практической конференции

САРАТОВ

2011 УДК 338.436.33:620.9 ББК 31:65.32 Актуальные проблемы энергетики АПК: Материалы II Международной научно практической конференции. / Под ред. А.В. Павлова. – ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2011. – 324 с.

Редакционная коллегия:

д-р. техн. наук, профессор СГАУ Г.П. Ерошенко;

д-р. техн. наук, профессор СГАУ В.А. Стрельников;

д-р. техн. наук, профессор СГАУ В.А. Глухарев;

д-р. техн. наук, доцент СГАУ К.М. Усанов;

канд. техн. наук, доцент СГАУ В.А. Трушкин;

канд. техн. наук, доцент СГАУ В.А. Каргин;

д-р. техн. наук, профессор СГТУ Г.Г. Угаров;

д-р. техн. наук, профессор СГТУ И.И. Артюхов.

УДК 338.436.33:620. ББК 31:65. Материалы изданы в авторской редакции © ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», ISBN Fraccaro G.

Via Sile 32, Castelfranco Veneto, Italy

FRACCARO Srl : 30 ANNI DI GRANDI ESPERIENZE PREMESSA

La Fraccaro una realt industriale forte della paziente opera di costante innovazione e ricerca;

l’esperienza di questi trent’anni, nello specifico campo del riscaldamento per irraggiamento, ha reso consapevoli del grande contributo al risparmio energetico che abbiamo dato al mondo produttivo ed alla collettivit. Sulla base di questa esperienza la FRACCARO si muove dando impulso alla costante ricerca di nuovi prodotti e tecnologie volte al massimo risparmio energetico nel riscaldamento delle grandi aree. Siamo certi che questa nuova edizione del manuale tecnico sar oggetto delle vostre osservazione e miglioramenti.

PRODUZIONE FRACCARO

TIPO MODELLO APPLICAZIONE e VANTAGGI

Riscaldamento di locali ove la presenza di polveri, vernici o GSR50 DA 35-50 kW materiale infiammabile impedisca a norma di legge GSR100 da 70-100 kW l’installazione di apparecchi a scambio diretto al suo interno GIRAD (falegnamerie locali di verniciatura ecc.).

GSR200 da 100-200 kW Riscaldamento di locali ove risulti problematico o sconsigliabile la foratura della copertura per l’aspirazione e l’evacuazione dei GSR300 da 100-300 kW gas o l’entrata degli stacchi gas.

FRA2 da 10-20 kW Riscaldamento di locali ove si voglia privilegiare un FRA3 da 20-30 kW riscaldamento rapido e parzializzabile. Adatto anche per locali

PANRAD

FRB4 da 30-40 kW ed efficace per riscaldare carpenterie, depositi, ferrerie ecc.

delle esigenze con Riscaldamento ai locali nei quali si svolgono particolari attivit RED-LINE SUNRAD IEM18 da 18 kW Riscaldamento immediato con messa a regime istantanea, e

TERMOCONVET

SIERRA FISSO da 13 kW Riscaldamento di zone esterne a cielo aperto o sotto tettoie quali WS2 passo tubi 150 mm Riscaldamento radiante convettivo di locali particolari con

WATERSTRIP

WS3 passo tubi 100 mm temperatura superficiale inferiore a 100 °C.

SCAMBIATORI PER

ALTRO CALDATORI A GAS AD IMMERSIONE

PRODUZIONE FRACCARO COS’ L’IRRAGGIAMENTO

L’irraggiamento termico tra due corpi a temperature diverse il passaggio di calore dal corpo a temperatura maggiore a quello a temperatura minore. La quantit di energia scambiata, e quindi l’entit dello scambio termico, dipende dalla natura dei corpi scaldanti, dalla loro reciproca posizione, dalla temperatura delle loro superfici e dall’eventuale assorbimento del mezzo interposto. Il mezzo trasparente delle onde elettromagnetiche il vuoto;

l’aria, entro certi limiti e distanze (20 mt), pu essere paragonata al vuoto con buona approssimazione. La possibilit di scambiare calore tra due corpi a diversa temperatura, con interposta aria tra di esse, mette in evidenza la particolarit principale di questo modo di trasmissione del calore. Infatti sia nella conduzione che nella convezione, la trasmissione di calore richiede la presenza di un supporto materiale. Il pi chiaro esempio di trasmissione di calore per irraggiamento fra due corpi a temperature diverse, ci fornito dal sole e dalla sfera terrestre;

il calore fornito dal sole giunge alla terra proprio per irraggiamento attraverso il vuoto e l’aria. Tutti i corpi, per il fatto di trovarsi ad una data temperatura, emettono energia sotto forma di onde elettromagnetiche, e la quantit di energia emessa dipende, oltrech dalla temperatura, dalla natura della superficie emittente. Un corpo che emette energia in tal modo tender quindi a portarsi ad una temperatura minore;

viceversa se sulla superficie di un corpo incidono radiazioni elettromagnetiche il corpo assorbir energia e la sua temperatura aumenter. Fra due corpi a temperatura diversa, non a contatto, si stabilir allora un mutuo scambio di energia finch i due corpi non si portano alla stessa temperatura. Se la differenza di temperatura permane costante la quantit di energia scambiata permane anch’essa costante nel tempo e ci dura finch il sistema resta in regime permanente.





http://www.fraccaro.it ;

Castelfranco Veneto, Italy Tatyana Stern Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Energy and Technology, Uppsala, Sweden

UTILISATION OF ORGANIC WASTE FOR BIOFUEL PRODUCTION

- STRATEGY OF DEVELOPMENT OF THE BIG CITIES IN SWEDEN

Greenhouse gas emissions from transport account for 25 % of total emissions, while transport con sumes more than a half of world’s oil resources in the market. That’s why reduction of harmful emis sions from vehicles is an important part in solving the problems of climatic crisis. The governments of the Nordic countries have decided to make the northern region a world leader in the development of energy efficiency and clean, sustainable transport – «The Green Valley of Europe». The Northern re gion has to become a site for testing solutions related to clean transport which includes sustainable domestic transport and transportation of export goods, both on land and at sea, including fishing fleet.

The development of large cities is accompanied by an increase of road transport and the amount of garbage which are powerful sources of environmental pollution and greenhouse gas (GHG) emis sions. Solving these problems is especially important when planning a strategy of development of large cities. The use of alternative motor fuels would reduce greenhouse gas emissions and the Euro pean Union is planning to increase its use up to 10 % by 2020. Energy technologies which allow to recycle waste to produce biofuels will play a key role in achieving these goals. Growth and more effi cient utilization of municipal, industrial and agricultural wastes and other local biomass resources is of great importance not only for protecting the environment and the economy, but also, for ensuring of sustainable supply of residents with heat, electricity and motor fuel by using the latest technologies.

Annually Sweden increases the use of renewable energy: in 2008 – 39 % in 2020 – 50 % of energy consumption, and the use of biomass will give more than three-quarters of the increase. This is facili tated by the fixed taxes and support system: a tax on carbon dioxide emissions and «green» certificate, transport biofuels tax exemption, and a system of trading of greenhouse gases emissions, as well as funding for research and demonstration projects.

In Sweden in 2005, carbon dioxide emissions from road transport accounted for 29 % of the total, and the amount of recycled municipal waste 4,35 million tons, or 480.5 kg per capita, an increase of 5 % from 2002. In 2005 of that amount there were (in brackets the data of 2002): 0,6 % – hazardous waste;

33.9 % – returnable material (metal, paper, plastic, etc.) 10,5 % (8, 5) – biologically processed;

50,2 % (40,2) – burning for energy production;

landfilling – 4,8 % (19,8). ). In Stockholm, the amount of collected waste is 543 kg per capita per year, the amount of waste sorted by residents for the bio logical treatment increased from 2002 till 2008 from 500 to 4,475 tons. In addition, 4.5 million tons of industrial sewagesludge is subjected to the processing.

One of the areas of biomass use is to get biogas out of it by gasification or anaerobic fermenta tion. Production of biogas from organic products (food waste, food processing industry, waste of cattle farms and poultry farms, slaughterhouses, grain residues, sludge of waste water treatment facilities, etc.) increases the rates both in Sweden and all over the world.

At the same time production technologies are improving and application area is expanding: biogas is used effectively for production of both heat and electricity and fuel. The adopted in European Union ban on the landfilling of organic waste promotes the increase in biogas production. Today in Sweden, biogas is produced on more than 230 plants, most of them are at waste water treatment facilities. The biggest biogas production (6 million Nm3, of which 95 % is motor gas) is at waste water treatment facilities HENRIKSDAL (Stockholm). It is enough for 55 buses serving Stockholm.

Here methane is produced from wastewater and sewer system organic waste. This year, another line for gas purification is being constructed, and by 2011that will allow to fill 140 buses with this gas. Large biogas plants were constructed to solve the problem of pollution from urban transport, for example, in the cities of Uppsala and Linkping, where all the buses and some personal vehicles are refueled with biogas. These plants, as well as a number of others use the sub strate consisting of various organic wastes as a raw material. Studies allow to select the opti mal composition of raw materials and processing mode. Raw materials for biogas production in Swe den are: 57 % – the sludge of waste water treatment facilities, 15.3 % – waste of slaughterhouses,13, % – sorted food waste, 7.2 % – food industry wastes, 3,4 % – manure, 3.3 % – other.

There are some examples. Company «Svensk Biogas» produces biogas in Linkping more than years. Per year 55,000 tons of raw material – waste of slaughterhouses, manure from local farms, the sludge of waste water treatment facilities, food and dairy leftovers are processed, and that provides 5– 6 % of the consumption of motor fuel in Linkping (140,000 inhabitants), where 13 gas stations and a bus depot were built, 68 buses, more than 1,000 cars and a train use biogas as a fuel. Fertilizers (resi dues from biogas production) are sold to 30 farmers. In Linkping biogas replaces 5 million liters of gasoline and results in reduced carbon dioxide emissions equivalent to 12,000 tons per year (burning liter of gasoline yields 2,4 kg of dioxide emissions emission).

The biogas plant in Uppsala (Uppsala, 144,800 people., 4 th city of Sweden) was built in 1996 to re duce air pollution from public transport. In accordance with the law on nature protection 50,000 of wastes (manure, slaughterhouse waste, food waste and food) is subjected to the processing on the plant, and they receive 25,000 tons of fertilizer, which is enough for 100 hectares of fields where food products are grown.

The biogas produced on this plant together with the biogas from Kungsngsverket waste water treatment facilities is purified from carbon dioxide and used to fuel 50 city’s Buses and cars.

Food waste is widely used for biogas production, which is especially important for large cities.

The experience of the «Vxtkraft» plant near the town of Vesteros (Fig. 2, 3, 4) is unique. In 1990 the initiative came from 17 farmers engaged in farming who were in need of organic fertilizers. However, the VafabMilj, dealing with garbage disposal, planned to increase the biological treatment of food waste. From 144,000 families in the region 90 % sort food waste and 14,000 tons are taken into the substrate, along with 2000 tons of sludge and 5,000 tons of green material, grown by farmers. As a result, obtained after refining gas (23,000 MWh) replaces 2.5 million gallons of gasoline, the received fertilizer return into the ground 100 tons of nitrogen, 11 tons of phosphorus and 60 tons of potassium, carbon dioxide emissions have decreased by 5,000 tons per year.

For the production of biogas the biogas plant in Orebro uses waste from brewing, silage and reeds that are cut in order to cleanse the landscape. 6 million m3 per year is produced in total and a half is transported to Stockholm. The biogas plant in Katrineholm will use pig and poultry manure for biogas production. Ten farmers are shareholders of this plant, which will produce the first gas in October 2010. AGA has entered into a contract to supply biogas to Stockholm. From the obtained fertilizer excess phosphorus will be removed and sold. The planned capacity is 3 million m3 per year.

It is estimated that in Sweden biogas production is more profitable if it is used not to produce heat and electricity but to produce fuel for vehicles, which is a great incentive for the development of such production. For vehicle owners biogas is cheaper than gasoline and diesel by more than 20 %, besides, they often receive benefits such as free parking, etc. The increased use of biogas as a motor fuel is in parallel with the use of natural gas for the same purpose. The number of models of gas vehicles and the demand for them is growing. In 2004 the world had 4.1 million of gas vehicles: in Russia – 41 800;

in China – 97,200;

in Brazil – 1 million;

in the U.S. – 130,000;

in Europe – 606,000;

in Argentina – 1 300 000;

in Pakistan – 475 000 and in 2008: all over the world – 8 000000;

in Russia – 95 000;

in Europe – 830000. The network of filling stations both in Sweden, and in other European countries is increasing rapidly.

Swedish Gas Association predicts the production of 3 TWh of biogas (today 1, 4) in 2013, two of them – for the production of motor fuels. Energy E. ON company estimates the biogas production in 2020 to 10 TWh, 8 of them for the production of motor fuels, 2 for heating. This will ensure the im plementation of the European Union directives. National target – the biological treatment 35 % of of organic waste in 2010 in Sweden is being performed.

REFERENCES

1. Producera biogas p grden, JTI informerar nr 107.

2. Grdsbaserad biogasproduktion – en mjlighet fr det ekologiska lantbruket. Jordbruksinformation 1 – 2006.

3. Biogas ger energi till ekologiskt lantbruk. Jordbruksinformation 22 – 2005.

4. www.agrigas.se 5. www.agrooptigas.se УДК: 621. С.С. Абрамов, М.И. Чернова Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова, г. Саратов

МАЛОГАБАРИТНАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ В УСЛОВИЯХ АПК

На современном этапе развития АПК в условиях фермерских хозяйств вопрос по созданию простых, дешевых и надежных установок для получения электроэнергии, преобразующих теп ловую энергию в электрическую стоит очень остро. Главным образом это связано с тем, что сейчас для выработки электроэнергии человек использует невозобновляемые энергоресурсы, которые с каждым днем дорожают, кроме того их сжигание нарушает экосистему, что ведет к глобальному потеплению.

Существующие способы, где используется фотоэффект для прямого преобразования энер гии, имеют низкий КПД. Для самых лучших преобразователей коэффициент преобразования солнечного излучения:

где Pэ – электрическая мощность;

Rн – номинальная нагрузка.

Второй недостаток – отдача мощности от фотоэлектропреобразователей не превышает 20– 30 Вт/м2;

а это требует больших площадей.

Существует способ прямого термоэлектрического преобразования энергии [2] основанный на эффекте Зеебека. Основной недостаток это также низкий КПД не более 20 %. Требуется очень большое количество термоэлементов, что существенно повышает себестоимость такого устройства.

Для устранения этих недостатков можно использовать блок термоэлементов, состоящих из электродов с разнородными физико-химическими свойствами.

Разнородность поверхностей электродов обеспечивается разницей энергии молекулярного взаимодействия контактных поверхностей электродов с проводящей жидкостью.

За основу здесь взят способ [1] который не имеет аналогов среди известных в настоящее время.

Эффективно использовать в качестве анизотропной проводящей жидкости состав раствори телей и жидких кристаллов НЖК. Различие энергии молекулярного взаимодействия контакт ных поверхностей электродов с анизотропной проводящей жидкостью получается за счет раз личной степени шероховатости их поверхностей.

Один термоэлемент дает мощность 0,05 кВт. Блок из 20 элементов дает 1 кВт. Этот блок ставится на выхлопную трубу ДВС электростанции, работающей на биогазе.

Сверху блока кожух теплообменника для нагрева воды на технологические нужды (мойка доильного оборудования, приготовление влажных кормосмесей, мойка животных).

1 – газгольдер P =10кбс/см;

2 – трехходовой кран;

3 – газовое оборудование;

4 – горелка;

На рисунке 1 представлена энергетическая установка, используемая в хозяйстве. Данная энергоустановка состоит из генератора с приводом от карбюраторного ДВС, работающего на биогазе, на выхлопной трубе которого находится энергоблок термоэлементов, преобразующих тепловую энергию выхлопных газов в электрическую, используемую для бытовых помещений и получения горячей воды. В часы пик (кормление, уборка навоза, дойка) работает генератор (2 кВт), который полностью обеспечивает технологические процессы электроэнергией.

В обычные часы, когда электростанция не работает, трехходовой кран открыт только на го релку и термоблок работает не за счет выхлопных газов, а за счет сжигаемого биогаза, прохо дящего через эту часть выхлопной трубы с энергоблоком т.е. процесс получения электроэнер гии и горячей воды постоянен. На рисунке 2 представлен энергоблок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Патент RU 2216 828 С 2 Н 01 М 14/00 Н 01 L 35/00 07.08.2001. Никифоров А.А. Способ термо электрического преобразования энергии.

2. Глухарев В.А., Абрамов С.С. Энергоблок для преобразования электрической энергии при сжига нии биогаза.

3. Физическая энциклопедия. – М. – 1998. Т 5. С. 98–99.

УДК 635.656: В.Н. Авдеева, А.Г. Молчанов, Ю.А. Безгина Ставропольский государственный аграрный университет, г. Ставрополь

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПОДАВЛЕНИЯ

ПАТОГЕННОЙ МИКОФЛОРЫ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ ПРИ ХРАНЕНИИ

В любой партии зерна, особенно свежеубранной, имеется значительное количество микро организмов, насекомых и клещей. Эти вредители способны при определенных благоприятных условиях паразитировать и пагубно влиять на зерно, сокращая в нем количество сухого веще ства, загрязняя, а также отравляя его токсинами своей жизнедеятельности. В 2007 г. Россель хознадзором из проверенных более 20 млн т зерна и продуктов его переработки, перемещаемых на внутреннем рынке, признано МДУ 535 тыс. т некачественной и опасной зерновой продук ции, в том числе:

• 4 тыс. т – с превышением ПДК содержания токсичных элементов;

• 800 т – содержания микотоксинов;

• 203 тыс. т – по зараженности вредными организмами.

Зараженность зерна вредителями и болезнями сказывается на его дальнейшей переработке в пищевой промышленности.

С увеличением партий поступающего на элеваторы зараженного патогенной инфекцией зерна пшеницы остается актуальной задача его обеззараживания. Электрофизические способы обеззараживания более разнообразны в средствах и возможностях (Сабешкина Л.М., 1976;

Гор ский, 2004 И.В.;

Шевченко А.А., 2004;

Юсупова Г.Г., 2005). В последнее время они привлекают большое внимание ученых разных направлений. К таким методам можно отнести обработки сверхвысокими частотами (СВЧ), ИК, УФ излучением, квантовым, лазерным облучением, ра диационную обработку гамма излучением (Юсупова Г.Г., 2005).

В Ставропольском государственном аграрном университете в течение ряда лет проводились эксперименты по влиянию озона, поля отрицательного коронного разряда (ПОКР), а также комплексного воздействия озона и ПОКР на подавление грибной инфекции, заселяющей зерно пшеницы.

Исследовалось зерно озимой пшеницы, полученное с элеваторов Ставропольского края, отобранное в соответствии с ГОСТ 13586.3 – 83. Анализ образцов зерна на присутствие гриб ной инфекции выполняли в соответствии с ГОСТ 12044 – 93 по стандартным микробиологиче ским методикам.

Обработку зерна пшеницы и зерносмесей озоном проводили с помощью генератора озона «Озон-60 П» с производительностью не менее 40 г/ч. Сущность обработки зерна озоном заклю чается в том, что озон определенное время нагнетается в обрабатываемую массу зерна. Эффек тивность обработки определяется дозой озона, зависящей от концентрации озона и от времени нахождения обрабатываемого материала в озоно-воздушном потоке. Концентрация озона изме рялась прибором «Циклон-5.41» – оптическим газоанализатором озона. Обработку зерна пше ницы полем отрицательного коронного разряда проводили на лабораторной установке. В ре зультате поисковых экспериментов из 12 режимов обработки озоном и ПОКР зерна пшеницы с целью подавления грибной инфекции выбраны оптимальные:

• III режим – доза озона 28,8 г·с/м3;

• VIII режим – ПОКР, напряженность поля 3,6·105 В/м, время обработки зерна 70//;

• IX режим – ПОКР + озон, напряженность поля 3,6·105 В/м, время обработки зерна 70//, доза озона 28,8 г·с/м3.

Последействие комплексной обработки зерна озимой пшеницы озоном и ПОКР на патоген ную микобиоту выявляли при хранении зерна в течение полугода с ежемесячной микробиоло гической проверкой развития патогенных грибов. Определялась динамика развития колоний грибов р.р. Alternaria, Rhizopus, Aspergillus, Penicillium и Fusarium. Ежемесячно зерно заклады вали на проращивание на картофельно-глюкозном агаре в чашки Петри при температуре 25 °C в четырехкратной повторности. Подсчет колоний грибов, развивающихся на зерне озимой пшеницы, проводился после 7 суток проращивания. Количество колоний рассчитывалось на 100 зерен образца. Статистическая обработка экспериментальных данных осуществлялась ме тодом дисперсионного анализа для двухфакторного опыта на ПЭВМ (Доспехов Б.А., 1985).

Наибольшему подавлению подверглись колонии грибов р. Fusarium. Результаты эксперимента представлены на рисунке. В частности, в результате комплексной обработки в IX режиме зара женность уменьшилась с 24,4 % в контроле до 1,9 %, НСРху = 1,3. Наблюдалась существенная разница между недельной (14,6 %) и двухнедельной экспозицией (7,6 %). При дальнейшем хра нении существенных изменений не произошло. Зерно после обработки в IX режиме может хра ниться 150 – 180. Озон в чистом виде не существенно подавил колонии грибов р. Rhizopus.

Количество колоний грибов, % Рис. Динамика развития колоний грибов р. Fusarium в зерне озимой пшеницы В большей или меньшей степени произошло подавление грибов р.р. Alternaria, Rhizopus, Aspergillus и Penicillium.

Таким образом, комплексная обработка зерна озимой пшеницы озоном и ПОКР подавляет патогенную микофлору и позволяет хранить зерно длительный период без опасности зараже ния грибной инфекцией.

УДК 621. В.В. Алмазов Кубанский государственный аграрный университет, г. Краснодар

СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Ежегодно в нашей стране возрастает энергетическая мощность автономных систем электро снабжения (АСЭ). Этому способствует политика государства, направленная на разработку и внедрение энергоэффективных, в том числе энергосберегающих технологий с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Как известно, все функциональные элементы АСЭ должны иметь согласованные характери стики и обеспечивать оптимальные показатели критериев эффективности (экономические пока затели, показатели надежности, качества электроэнергии, КПД, а для транспортных систем и массогабаритные показатели) в основных режимах функционирования системы. Поэтому про ектирование АСЭ имеет ряд особенностей.

Во-первых, кроме исследования графика и характера нагрузок, требований потребителей к качеству электроэнергии и бесперебойности электроснабжения, необходимо провести анализ возможностей местности для применения ВИЭ (оценка ландшафта, ветровых потоков, солнеч ной радиации и т.п.).

Во-вторых, из-за большого числа возможных структурных решений, в том числе, с варьи рованием функциональных элементов, структурная оптимизация АСЭ должна предполагать сравнение показателей основных критериев эффективности системы для определения рацио нального структурного решения.

В-третьих, для улучшения показателей критериев эффективности, кроме структурной опти мизации необходимо осуществлять параметрическую оптимизацию АСЭ, которая заключается в изменении внутри системы рода и частоты тока, напряжения.

В-четвертых, для автономных систем важным фактором, оказывающим влияние на основ ные критерии эффективности, является электромагнитная совместимость функциональных элементов, из-за компактного их размещения и ограниченной мощности. Поэтому параллельно с разработкой АСЭ должны проводиться математическое моделирование физических процес сов, протекающих в силовых схемах системы, и физическое моделирование основных функ циональных элементов и узлов, обеспечивающих оценку достоверности правильности прини маемых решений.

Как правило, показатели критерия экономической эффективности (капиталовложения, экс плуатационные затраты и удельные затраты на единицу мощности) являются основными при проектировании АСЭ. Значение этих показателей значительно увеличивается, если к системе предъявляются повышенные требования к бесперебойности электроснабжения, показателям надежности функциональных элементов, качеству электроэнергии, КПД и массогабаритных показателям.

При синтезе структур АСЭ необходимо осуществить выбор источников, преобразователей, коммутационной аппаратуры и параметров электроэнергии (номинального значения мощности и напряжения, рода тока, частоты, числа фаз), с учетом соблюдения правил техники безопасно сти, которые также оказывают влияние на технические характеристики АСЭ.

Эффективность решения задачи синтеза структур сложных АСЭ возможно только на основе полной и логически строгой систематизации всех альтернативных вариантов структур, удовле творяющих по своим характеристикам требованиям потребителей электроэнергии.

УДК 621. С.А. Андреев, А.А. Слепых Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина, г. Москва

АНАЛИЗ БАЛАНСА МОЩНОСТЕЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Возрастающий интерес исследователей всего мира вызывают термоэлектрические тепловые насосы. Эти насосы по сравнению с традиционными компрессионными или адсорбционными машинами обладают рядом преимуществ: бесшумностью, низкой инерционностью, отсутстви ем необходимости в дополнительном источнике энергии, сохранением работоспособности при любых расположениях в пространстве и в условиях динамических нагрузок, а также регули руемостью в широких пределах. Основными элементами термоэлектрического теплового насо са являются: термоэлектрический преобразователь (блок термопар – БТ), установленный в зоне разнотемпературных сред первичного контура, и нагревательный элемент, помещенный в теп лоноситель вторичного контура. При работе такого теплового насоса БТ преобразует тепловую энергию низкопотенциального источника в электрическую. Полученная электрическая энергия в дальнейшем снова преобразуется в тепловую, существенно повышая температуру небольшо го количества теплоносителя вторичного контура.

К сожалению КПД термоэлектрических тепловых насосов остается довольно низким. По этому большое значение играет поиск условий, при которых он достигает максимального зна чения. Для оценки рабочих значений КПД БТ, а также для теоретического определения наи лучших условий преобразования тепловой энергии в электрическую проанализируем баланс мощностей.

Известно, что тепло поступает к горячим концам элементов и отводится от их холодных концов при температурах Г и Х соответственно. Потери тепла в окружающее пространство с боковых поверхностей БТ малы и в первом приближении ими можно пренебречь. Количество тепла Q Г, расходуемое горячим спаем БТ, складывается из следующих частей:

где – коэффициент Пельтье, I – ток;

• тепла, теряемого вследствие теплопроводности материала БТ, где K – коэффициент теплопроводности;

• половины тепла Томсона, выделяющегося в обеих ветвях БТ, • половины тепла Джоуля, выделяющегося в БТ, Количество тепла, поступающего к горячим спаям, определится из выражения:

Аналогично количество тепла, отводимого от холодных спаев БТ, равно:

Очевидно, что баланс расхода мощности для рассматриваемой БТ определится как где W – полезная электрическая мощность, которая может быть определена из последнего соотношения:

Подставив сюда значения Q Г и QХ, получим:

Из энергетического баланса обратимых процессов Подставив это значение в предыдущее уравнение, получим:

где E П – разность потенциалов на нагрузке.

Поскольку теплообмен с теплоносителем первичного контура происходит на концах БТ, те пло Пельтье и Томсона можно рассматривать совместно. Пусть Тогда из предыдущего получим:

Подставим эти значения в выражение для Q :

и аналогичным образом Вычитая почленно, получаем:

Величина характеризует необратимый эффект передачи тепла Томсона к двум концам БТ (если =0, то QГ / QХ = Г / Х, что является признаком обратимости). Это не совсем точ но, так как выше было сделано допущение, что к обоим концам БТ передается одинаковое ко личество тепла Томсона. В действительности доля тепла Томсона, передаваемого каждому концу БТ, зависит от распределения этого тепла вдоль ветвей термоэлемента. Рассмотрим ус ловия, при которых эта неточность мала.

Функцию ( ) можно выразить в виде ряда по степеням ( ср ) :

Подставив этот результат в указанное выше определение ср, будем иметь:

Интегрируя это выражение, получим:

Подставляя этот результат в определение, находим, Отсюда следует, что величина порядка ( Г Х ) 2.

Если ( Г Х ) мало, то величиной / 2 можно пренебречь по сравнению с Q и Q. Тогда получаем:

Таким образом, при малой величине ( Г Х ) относительно СР суммарный эффект Пель тье и Томсона приблизительно эквивалентен одному эффекту Пельтье с постоянным усреднен ным коэффициентом Зеебека. Приближенные способы учета тепла Пельтье и Томсона дают возможность упростить расчет баланса энергии в термоэлементе. В этом случае подводимое к горячему спаю тепло определится из выражения где Г СР I – тепло Пельтье и Томсона;

K ( Г Х ) – тепло, отводимое теплопроводностью;

( I 2 r / 2) – половина тепла Джоуля, выделяющегося в БТ. Тепло, отводимое от холодного спая, Электрическая мощность на полезной нагрузке где E П = ( Г Х ) СР Ir – выходное напряжение на нагрузке.

Как видно из этого выражения, электрическая мощность БТ при заданных Г, Х, СР, r зависит от электрического сопротивления полезной нагрузки R. Полагаем, что R / r = m.

Видим, что максимальная мощность БТ имеет место при минимуме величины что соответствует m = 1, то есть при R = r.

Таким образом, максимальная модность БТ, отдаваемая полезной нагрузке, может дости где E – напряжение между концами разомкнутой БТ;

r – электрическое сопротивление самой БТ.

Рассмотрим общую картину изменения полезной электрической мощности БТ в зависимо сти от сопротивления R полезной нагрузки. Очевидно, что небольшие отклонения величины m от единицы (от 0,7 до 2,0) влияют на значение выходной мощности весьма незначительно.

КПД БТ при максимальной мощности (r = R) определим исходя из приведенных выше соот ношений, без учета влияния температуры на характеристики материала, пренебрегая потерями в окружающую среду, контактными сопротивлениями и т.д. Тепловой КПД такой БТ в общем виде может быть определен как ( ( Г Х ) / Г = K (КПД цикла Карно) и Z = 2 /( rK ) (добротность), после преобразований получим:

Из последнего выражения видно, что КПД БТ не зависит от геометрических размеров вет вей и кроме разности температур определяется величиной добротности.

Произведем оценку энергетических показателей термоэлектрического теплового насоса при его эксплуатации в зимнее время в условиях разнотемпературных сред, образуемых грунтовой водой и воздухом на поверхности Земли. Один кубический метр воды, имеющий массу 1000 кг, по отношению к окружающей среде обладает тепловой энергией в объеме где C – массовая теплоемкость воды;

C =4.19 кДж/кг град, m –масса воды;

Г и Х – температуры воды и воздуха соответственно;

Г =10°С, Х = –20°С, добротность Z =0,02.

При подстановке указанных численных значений получим:

• количество тепловой энергии Q =104750 кДж;

• количество полученной электрической энергии E =5238 кДж=1,45 кВт ч.

Для извлечения 1000 кг воды с глубины 10 м на поверхность в течение одного часа потре буется современный насос с потребляемой мощностью 0,7…1,0 кВт. За час работы этот насос израсходует E Н = 0,8 кВт ч электрической энергии. КПД инверторов (статических преобра зователей электрической энергии) составляет примерно 0,90…0,95). Следовательно, оставшая ся энергия (0,7 кВт ч) может быть использована для получения теплоты во вторичном контуре теплового насоса и для прокачки теплоносителя в системе отопления.

В течение того же часа циркуляционный насос израсходует примерно E Ц =0,1 кВт ч элек трической энергии. Поэтому для тепловых нужд остаются EТ = E E Н E Ц = 0,6 кВт ч.

Найдем количество воды во вторичном контуре теплового насоса, которую мы сможем на греть до температуры 2 =80 °С, имея в виду, что начальная температура теплоносителя со ставляет 1 =10 °С:

После подстановки численных значений получим m =7,4 кг.

Следует отметить, что в процессе расчета мы намеренно принимали ряд допущений, явно повышающих «меру строгости» по отношению к эффективности теплового насоса. Во-первых, добротность современных БТ несколько выше использованного значения. Во-вторых, в реаль ных условиях температура теплоносителя в обратном трубопроводе вторичного контура не бу дет опускаться до 10 °С и на его нагрев до 80 °С потребуется меньше энергии. В-третьих, для извлечения воды из скважины целесообразно использовать энергосберегающие приемы. В четвертых, при конструировании системы отопления можно исключить циркуляционный насос, используя естественное движение теплоносителя. Полученные результаты расчетов и перечис ленные выводы позволяют сделать заключение о перспективности использования термоэлек трических тепловых насосов в системах автономного теплоснабжения.

УДК 621. И.Н. Антонов, Ю.Н. Глубокий, А.Г. Лавкин, А.В. Бугарь Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова, г. Саратов Саратовский государственный технический университет, г. Саратов.

ИССЛЕДОВАНИЕ КВАЗИХАОТИЧНОЙ ДИНАМИКИ АВТОГЕНЕРАТОРОВ

НА ДИОДЕ ГАННА С МАГНИТНОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ

В последние годы значительно возрос интерес к распределенным СВЧ колебательным сис темам с длительным взаимодействием электромагнитных волн с активной нелинейной средой [1, 2, 3]. Распространение электромагнитных волн в безграничных плазменных средах твердого тела исследовано к настоящему времени достаточно полно [4]. Мало изучен вопрос при нали чии в среде направляющих поверхностей – это характерно для большинства устройств функ циональной СВЧ электроники [5].

Для исследования функциональных возможностей автогенераторов на микрополосковых линиях передачи СВЧ исследовались лабораторные макеты, реализующие физические прин ципы воздействия на распространение ЭМВ в линии в виде локальных магнитных полей, воз действующих на магнитную среду.

Рис. 1. Микрополосковая топология автогенератора на диоде Ганна Генератор на диоде Ганна типа 3А726Д выполнен в микрополосковом варианте на несим метричной микрополосковой линии с ферритовым заполнением в качестве диэлектрика. На ри сунке 1 представлена топология автогенератора. Диод Ганна (3) расположен в центре микропо лоскового резонатора (1) на подложке из феррита 3О-СЧ (9). Конструкция позволяет отбирать максимальную мощность от активного элемента в режиме генерации монохроматического сиг нала. Внесение локальной неоднородности (8) приводит к динамической неустойчивости всей системы. Наличие неоднородности в тракте микрополоскового автогенератора создает условия для возникновения дополнительного резонатора. Соотношение частот основного и созданного дополнительного резонатора, характер и величина связи резонаторов собственно и определяют режим работы автогенераторов (монохроматический, многочастотный, дискретный, шумовой).

Локальная неоднородность в тракте автогенератора создается цилиндрическим магнитом с ко нусным наконечником (8) из магнитомягкого материала. Магнит может перемещаться в плос кости ферритовой подложки (9). Величина магнитного поля между подложкой и конусным на конечником может регулироваться от 0 до 0.06 Тл путем изменения расстояния от магнита до подложки, что приводило к изменению величины локальной неоднородности по магнитному полю. На рисунке 2 приведены результаты исследования перестройки по частоте шумового ав тогенератора внешним магнитным полем. Видно, что с ростом внешнего магнитного поля от 0.01 Тл до 0.15 Тл происходит увеличение f0 от 12.0 ГГц до 13.5 ГГц [6]. Система критична к размещению магнита и его положение для установления того или иного режима подбиралось экспериментально. Теоретический анализ таких динамических систем проведен ниже.

Для исследования влияния внешнего однородного магнитного поля Ho на работу автогене ратора – он размещался в зазоре между полюсами электромагнита так, чтобы однородное поле Ho было касательным к поверхности ферритовой подложки (9). При Ho=0, когда внешнее поле отсутствует, генератор в стохастическом режиме имел выходную мощность Pвых = мВт, полосу шумового спектра f = 200300 МГц, в частотном диапазоне – 1214 ГГц в зави симости от выбора рабочей точки диода (рис. 2. при Ho =0), напряжением на диоде U = 6,27, В. Введение внешнего магнитного поля Ho при значениях H01 = 0.0010.010 Тл приводит к пере скокам по частоте и режиму неустойчивости шумовой генерации. Это связано с процессом уста новления взаимодействия электродинамической системы с внешним полем, можно наблюдать чередование дискретного и шумового спектра. Дальнейшее увеличение Ho (H0 H0 ) обеспечива ло стабильную шумовую генерацию. При этом наблюдалась перестройка центральной частоты шума в пределах f = 12.4113.94 ГГц. Мощность на выходе устройства Рвых.= 3060 мВт. Даль нейшее увеличение Ho 0.16 Тл привело к срыву генерации, что можно объяснить существенным изменением резонансной системы автогенератора под воздействием внешнего поля и нарушени ем условий генерации.

В основу физических представлений развития стохастических процессов в автогенераторе на диоде Ганна с основным и дополнительным резонатором положен анализ динамических сис тем с малым (с двумя) числом степеней свободы. Рассмотрим связанные системы на примере двухконтурных автогенераторов. В индуктивно связанных контурах будем считать независи мыми координатами токи. Характеристику нелинейного элемента можно аппроксимировать кубическим полиномом:

Такая схема описывается системой дифференциальных уравнений:

где 12, 2 – квадраты парциальных частот контуров, соответственно равны:

Решение системы (1) может быть весьма сложным в зависимости от коэффициентов и ха рактера нелинейности. Рассмотрим модель динамической системы, состоящей из двух конту ров с емкостной связью. Колебания в системах с большим числом степеней свободы можно возбудить различными способами, причем форма колебаний и их частота будут зависеть от способа возбуждения. Чем сильнее связь, тем эффективнее взаимное влияние контуров.

В работе [7] исследовалась динамическая система с парциальными частотами:

где L1, C1, L2, C2 – индуктивность и емкость соответственно первого и второго контуров;

С0 – емкость связи контуров.

Рассматриваемая модель диссипативной системы, автогенератор на диоде Ганна с емкост ной связью между контурами, описывается системой уравнений (2):

Коэффициенты 1, 2, 1, 2, s – выражаются через параметры контуров. Динамика таких конечномерных нелинейных диссипативных систем чрезвычайно сложна. В фазовом простран стве таких систем могут возникать странные аттракторы. Процесс изменения режимов колеба ний при изменении параметров системы подчиняется закономерности Фейгенбаума: при уве личении параметра происходит изменение устойчивого цикла и замена его циклом с удвоен ным периодом [6]. В приведенной системе дифференциальных уравнений (2) переменным па раметром является 2, т.е. отношение парциальных частот, в это выражение входит С0 – ем кость связи. Настроив контуры на кратные частоты, в численном эксперименте важно, чтобы изменение параметра приводило к изменению одного из коэффициентов системы уравнений, а другие оставались неизменными. Это существенно упрощает анализ динамической системы.

Исследование системы уравнений проводилось с помощью численного моделирования на ЭВМ.

Рис. 3. Амплитудные реализации для различных параметров Р Эволюция системы (2) при изменении параметра развивалась следующим образом:

0.250 2 0.290 цикл оставался устойчивым, гиперболическим;

при значениях:

0.292 0.294 размер цикла отличен от нуля и продолжал существовать, но становился седловым. Вблизи него рождается пара устойчивых циклов, либо с ним сливается пара седло вых циклов. Возрастание С0 приводит к потере устойчивости цикла;

при 2 = 0.950 в системе происходит первая бифуркация. Дальнейшее увеличение связанно с очередной бифуркацией, цикл исчезает, система переходит в режим стохастических колебаний. С ростом параметра Р наблюдаются жесткие бифуркации, соответствующие прохождению спектра линеаризации отображения Пуанкаре через +1, в системе происходит чередование регулярного режима с «островками» хаоса. На рисунке 3 представлены амплитудные реализации системы при раз личных значениях параметра Р. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в диссипа тивных системах можно реализовать несколько режимов: монохроматический, дискретный и стохастический. Эволюцией спектра можно управлять, меняя параметры контура. Широкопо лосная шумовая перестройка обусловлена изменением среды во всей подложке: сохранение режима шумовой генерации в процессе перестройки мы связываем с тем, что в динамической системе пропорционально изменяются все соотношения связанной системы, что и позволяет ей оставаться в заданном режиме.

В работах [8, 9] показана принципиальная возможность эффективного использования поли кристаллических ферритов для управления связью между автогенераторами в микрополоско вом исполнении. На рисунке 4 приведены зависимости выходной мощности и частоты сигнала генератора на диоде Ганна АА715Д от величины однородного магнитного поля. Кривые на ри сунке 4 а и б описывают перестройку при различных направлениях подмагничивающего поля:

нормальном к плоскости подложки (рис. 4 а) и касательном к ней в плоскости, перпендикуляр ной направлению распространения электромагнитных волн (рис. 4 б).

Рис. 4. Зависимость выходной мощности и частоты генератора на диоде Ганна от величины нормального (а) и касательного к плоскости подложки (б) магнитного поля Из приведенных графиков видно, что увеличение нормального к плоскости подложки маг нитного поля от 0 до 0,1 Тл практически не влияет на частоту генерации и выходную мощность генератора. При дальнейшем увеличении Н происходит перестройка частоты со скоростью = 0,8 и падение уровня СВЧ мощности, причем изменение его на 3дБ от максималь ной мощности достигается при поле Н~0,165 Тл. В случае касательного подмагничивания на чальное изменение поля на 0,01 Тл приводит к небольшому уменьшению частоты. При после дующем увеличении Н частота монотонно возрастает со скоростью ~10 ГГц/Тл и при полях Н~ 0,11 Тл достигает максимума. Скорость уменьшения мощности при полях Н0,8 [Тл] сущест венно отличается от скорости падения ее при более сильных полях.

Исследуемая система двух связанных автогенераторов представлена на рисунке 5. На фер ритовой подложке размещены две генераторные секции, каждая из которых содержит диод в микрополосковом резонаторе. Входные 50-Омные линии от этих секций связаны между собой и коаксиально-микрополосковым переходом через фторопластовую прокладку, что обеспечи вает развязку между ними по постоянному току. Для осуществления возможно большей развяз ки генераторов по СВЧ выходные линии сходятся под углом ~ 120о.

Питание диодов автономно, что позволяет в некоторых пределах менять режим работы и вести индивидуальную подстройку напряжением питания. Над микрополосковой колебатель ной системой размещались источники локально сосредоточенного магнитного поля, выполнен ные в виде цилиндрических постоянных магнитов с полюсными наконечниками из магнито мягкого материала, в виде усеченных конусов, локализующими поле в малой области феррито вой подложки. Изменение магнитного поля производилось при изменении числа постоянных магнитов. Изменением эффективных размеров микрополосковой топологии СВЧ колебательной системы осуществлялась синхронизация диодов, обеспечивающая оптимальный режим работы двухгенераторной секции.

Оптимальные режимы работы диодов характеризуются следующими параметрами:

На рисунке 6 а и б представлены зависимости частоты и мощности генераторов, соответст венно, на Д1 и Д2 от напряжения питания на активном элементе. Заштрихованы области шумо вых колебаний. Наблюдалась работа генератора на Д2 на двух частотах. На рисунке 6 показаны зависимости fраб и Р от напряжения питания на Д2 при фиксированном напряжении питания на другом диоде. Уменьшение напряжения питания U2 приводит к изменению спектра СВЧ колебаний. На фотографиях представлена эволюция спектра от монохроматического к многочас тотному дискретному и далее к шумовому спектру.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Игнатьев А.А., Ляшенко А.В. Магнито-электроника СВЧ-КВЧ-диапазонов. М.: Наука. – 2005. – 379 с.

2. Астахов В.В., Астахов С.В. и др. Влияние задержки в канале связи на полную синхронизации хаоса. // Известия Саратовского университета. – 2008. – Т. 8. – Серия физика. – Выпуск 2. – С. 26–32.

3. Антонов И.Н., Пивоваров А.В., Овчинникова И.А. Дифференциальные уравнения с периолическими ко эффициентами в электродинамике СВЧ. // Прикладная физика. –2006. – № 3. – С. 21–25.

4. Пожела Ю.К. Плазма и токовые неустойчивости в полупроводниках. – М.: Наука. – 1977. – 367 с.

5. Антонов И.Н. Взаимодействие колебаний и волн с периодической структурой. // 5-Всеросийская школа – семинар «Волновые явления в неоднородных средах»: – Москва. – 1996. – С. 4–5.

6. Антонов И.Н. Эволюция спектра мощности при взаимодействии систем со стохастическим по ведением. // VII Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн»: Тез. докл. – М. – 1999. – С. 7.

7. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний. – М.: Физматгиз. – 1959. – 567 с.

8. Антонов И.Н. Преобразование колебаний и волн в электродинамических устройствах. – Саратов:

Изд-во Сарат. ун-та. – 1996. – 140 с.

9. Антонов И.Н., Дятлов Ю.В., Пурынзин В.А. Эволюция спектра мощности при взаимодействии систем со стохастическим поведением. // Письма в ЖТФ. – 1989. – Т. 15. – Вып. 13. – С. 45–48.

УДК 621. И.И. Артюхов1, Д.А. Дружкин Саратовский государственный технический университет, г. Саратов ООО «Саратовэнергострой», г. Саратов

ВАРИАНТЫ ПОСТРОЕНИЯ СХЕМ ДЛЯ ПЛАВНОГО ПУСКА АСИНХРОННЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ИСТОЧНИКА ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТИ

Известно, что асинхронный двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором при пуске потребляет ток, который в несколько раз превышает ток номинального режима [1]. Если мощность мехатрон ной системы в виде асинхронного двигателя с нагрузкой на валу соизмерима с мощностью источ ника электроснабжения, то переходные процессы, сопровождающие пуск двигателя, могут сопро вождаться перегрузками источника и колебаниями напряжения в сети [2].

Известен и хорошо исследован ряд способов уменьшения токовых перегрузок при пуске АД с короткозамкнутым ротором. Наиболее распространенные их них предусматривают снижение напряжения, подаваемого на двигатель в процессе разворачивания ротора. Так как электромаг нитный момент АД пропорционален квадрату напряжения на статорных обмотках, то этот спо соб применим, в основном, в электроприводе с вентиляторной нагрузкой.

Напряжение питания АД может быть снижено за счет включения последовательных эле ментов между источником электроснабжения и статорными обмотками двигателей. В началь ный момент пуска сопротивление этих элементов имеет максимальное значение. По мере раз гона двигателя и уменьшения тока, потребляемого от источника электроснабжения, сопротив ление последовательного элемента уменьшают до нуля, например, за счет замыкания парал лельного ему контакта, в результате чего двигатель получает электроснабжение непосредст венно от сети.

В качестве токоограничивающих элементов могут быть использованы, например, катушки индуктивности. Однако они являются громоздкими и при современном уровне цен на электро технические материалы имеют большую стоимость. Аналогичные недостатки имеет авто трансформаторный способ пуска.

В последнее время широкое распространение получили устройства плавного пуска (УПП) [4], построенные на базе тиристорных регуляторов напряжения. Современные УПП снабжены микропроцессорной системой управления, благодаря чему пользователю предоставляется ши рокий набор траекторий, по которым может развиваться процесс пуска АД. Стоимость УПП относительно не велика и составляет 20–30 USD на 1 кВт мощности двигателя в зависимости от фирмы-изготовителя и набора опций.

Варианты построения схем электроснабжения АД, оснащенных УПП, показаны на рисунке 1 и 2.

В первой схеме (рис. 1) все двигатели оснащены УПП, благодаря чему каждый из двигате лей может включаться в работу независимо от других. Вариант схемы на рисунке 2 предпола гает использование одного УПП на группу двигателей. В процессе пуска двигатель M i сначала подключается с помощью коммутатора K i,1 к дополнительной (пусковой) шине, затем по окон чании разгона коммутатором K i, 2 переключается на основную шину 0,4 кВ. Таким образом, запуск АД в группе производится последовательно, что существенно затягивает процесс выхо да на необходимый режим.

Возможны различные алгоритмы переключения запускаемого АД с дополнительной шины на основную шину. Например, в [5] предложен способ пуска группы АД, согласно которому переключение производится в момент, когда разность потенциалов между шинами становится меньше заданного значения.

Затраты на реализацию варианта по схеме рисунка 1 для N двигателей можно оценить по формуле:

где СУПП – стоимость одного УПП, который способен обеспечить запуск электродвигателя с номинальной мощностью Рном и cos ном ;

С АВТ, СМП – стоимость автоматического выключателя и магнитного пускателя соответст венно.

Для реализации варианта по схеме рисунка 2 необходимо только одно УПП, однако по сравнению с предыдущим вариантом требуется дополнительно приобрести еще N магнитных пускателей и один автоматический выключатель. Кроме того, необходимо изготовить и смон тировать дополнительную шину. Формула для оценки затрат на реализацию варианта по схеме рис.2 будет иметь следующий вид где С ДШ – сумма затрат на изготовление и монтаж дополнительной шины.

Сравнивая (1) и (2), получим выражение для сравнения затрат на реализацию рассмотрен ных вариантов Вариант с одним УПП на группу двигателей оказывается экономически привлекательным, если разность (3) является положительной. Тогда Разрешим неравенство (4) относительно N. В результате получим:

CУПП CМП

Необходимо заметить, что применение тиристорных УПП является эффективным для АД с достаточно большим cos 0,8. Если с помощью тиристорного регулятора производить пуск АД с низким cos, то переходный процесс существенно затягивается во времени, а при опре деленных условиях может завершиться «зависанием» двигателя на промежуточной скорости.

Применение УПП может быть целесообразным, например, в мехатронных системах, в которых передача вращающего момента от электродвигателя к вентилятору осуществляется через клиноре менную передачу. В таких системах применяются АД с небольшим числом пар полюсов (2 или 3), которые имеют cos = 0,85 0,9 и кратность пускового тока 6,5 7. Регулирование напряжения на статорных обмотках указанных АД в процессе пуска позволяет не только уменьшить ток источника питания, но и снизить нагрузки на механические узлы мехатронной системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. – М.: Энергия. – 1980. – 928 с.

2. Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазо вой промышленности. – М.: Недра. – 2000. – 487 с.

3. Аршакян И.И., Артюхов И.И. Динамические режимы в системах электроснабжения установок ох лаждения газа. – Саратов: СГТУ. – 2004. – 120 с.

4. Новые технологии и современное оборудование в электроэнергетике газовой промышленности. / И.В. Белоусенко, Г.Р. Шварц, С.Н. Великий и др. – М.: Недра. – 2002. – 300 с.

5. А.с. 1429264 СССР, МКИ Н02 Р 1/54. Способ пуска группы асинхронных двигателей от источника ограниченной мощности / И.И. Артюхов, Ю.Б. Томашевский, В.А. Серветник // Открытия. Изобретения.

– 1988. – № 36.

УДК 621. И.И. Артюхов1, Д.А. Дружкин2, Г.Н. Тулепова3, Е.Е. Артюхова Саратовский государственный технический университет, г. Саратов ООО «Саратовэнергострой», г. Саратов Западно-Казахстанский аграрно-технический университет имени Жангир хана, Республика Казахстан, г. Уральск

ГИБРИДНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

С ОБЪЕДИНЕННЫМ ЗВЕНОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Несмотря на развитие больших электрических сетей, остается актуальной задача автоном ного электроснабжения. Масштаб проблемы можно оценить по тому факту, что примерно 70 % территории России с суммарным населением до 20 млн человек не имеет централизованного энергоснабжения [1].

При отсутствии централизованного энергоснабжения при решении вопроса о составе гене рирующих установок выбор потребителя зачастую падает на дизель-генераторы. Однако по добные установки шумны, неэкологичны и, несмотря на относительно невысокую стоимость оборудования, требуют значительных затрат на эксплуатацию. Причем стоимость топлива для работы дизель-генераторов увеличивается пропорционально удаленности объекта электро снабжения от центральной энергосистемы. В среднем, стоимость электроэнергии, получаемой при помощи дизель-генераторов, составляет около 15 руб./кВт·ч.

График нагрузки автономного потребителя, как правило, резко неравномерен, то есть суще ствуют спады потребления в утреннее время суток и значительно превышающие среднее зна чение потребления пики. В то же время дизель-генераторы предназначены для постоянной ра боты, а регулярные включения-отключения и изменения выдаваемой мощности установки зна чительно уменьшают срок ее службы.

В конкретных природно-климатических условиях целесообразным может быть использова ние как ветроэнергетических установок (ВЭУ), так и фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), объединяемых вместе с дизель-генераторами в гибридную систему [2]. Необходимость комплексирования возобновляемых и традиционных источников обусловлена вероятностным характером выработки энергии ВЭУ (прямая зависимость от скорости ветра) и суточной (и се зонной) вариацией освещенности, определяющей выработку электроэнергии ФЭП. При этом дизель-генератор в составе гибридной системы является фактором надежности и бесперебой ности электроснабжения, а экономическая эффективность системы определяется экономией топлива и технического ресурса дизеля за счет «бесплатной» энергии возобновляемых источ ников. Необходимыми элементами гибридной электростанции являются преобразователи и на копители энергии – аккумуляторные батареи (АКБ). Расчет емкости АКБ в системе с возобнов ляемыми источниками энергии производится из соображений полного использования пиковой мощности ВЭУ и ФЭП, а также ограничений на величину допустимого зарядного тока аккуму ляторов для обеспечения их долговечности.

Возможны различные варианты схем управления потоками энергии в гибридных системах электроснабжения [3, 4]. На рисунке 1 показана схема с объединенным звеном постоянного то ка, в котором производится суммирование энергии ФЭП и дизель-генератора.

В состав ФЭП входят солнечные панели и регулятор напряжения. Дизель-генератор допол нен выпрямителем, через который генератор подключен к шине постоянного тока. К этой же шине через контроллер заряда / разряда присоединены аккумуляторные батареи.

Дизель-генератор в рассматриваемой схеме может работать в различных режимах. Один из ре жимов предполагает выдачу мощности параллельно с ФЭП. Возможен также режим эксплуатации дизель-генератора, при котором он будет использоваться для заряда АКБ в темное время суток.

Напряжение на шине постоянного тока преобразуется в напряжение промышленной частоты Гц с помощью стабилизированного инвертора. К шине постоянного тока может быть также под ключен асинхронный электропривод. Для этого предназначен регулируемый инвертор, с помощью которого осуществляется изменение частоты и напряжения на статорных обмотках двигателя.

Расчетная схема гибридной системы электроснабжения показана на рисунке 2.

Рис. 2. Расчетная схема гибридной системы электроснабжения Предполагается, что синхронный генератор выполнен с неявнополюсным ротором. В об мотках якоря генератора индуктируется трехфазная система ЭДС E Г = column (e А, eВ, eС ), ка ждая фаза источника имеют индуктивность L0 и активное сопротивление R0. Фазные токи ге нераторов являются компонентами вектора I Г = column (iА, iВ, iС ). Система трехфазных напря жений с выхода генератора поступает на выпрямитель, на выходе которого установлен сглажи вающий дроссель с индуктивностью Ld и активным сопротивлением Rd.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 14 |
 




Похожие материалы:

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФГБОУ ВПО Белгородская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Я. Горина Аничин В.Л., Сазонов С.В. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИИ МНОГОУКЛАДНОГО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА НА ИЗМЕНЕНИЕ ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ Белгород – 2011 2 ББК 65.32+65.010.11 УДК 338.431 А 67 Аничин В.Л., Сазонов С.В. Исследование реакции многоук ладного сельского хозяйства на изменение институциональных условий: Монография.- Белгород: Изд-во БелГСХА, 2011.- 181 с. ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГ О ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ Учреждение образования БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯ ЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИНТЕНСИВНОГО РАЗВИТИЯ ЖИВОТНОВОДСТВА Материалы XVI Международной студенческой научной конференции, посвященной 80-летию кафедры разведения и генетики сельскохозяйственных животных УО БГСХА (13-14 июня 2013 г.) Горки БГСХА 2013 УДК 631.151.2:636 ББК 65.325.2 А 43 Редакционная ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Министерство сельского хозяйства Республики Башкортостан ФГБОУ ВПО Башкирский государственный аграрный университет ООО Башкирская выставочная компания ИНТЕГРАЦИЯ НАУКИ И ПРАКТИКИ КАК МЕХАНИЗМ ЭФФЕКТИВНОГО РАЗВИТИЯ АПК Часть II АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ЭНЕРГЕТИКИ В АПК ПЕРЕРАБОТКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРЕДОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ, ТЕХНИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА КАК ФАКТОР ЭФФЕКТИВНОГО ХОЗЯЙСТВОВАНИЯ ...»

«ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ЗАОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АГРОИНЖЕНЕРИЯ Москва 2005 УДК 378.1 В вестнике приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на повышение эффективности сельскохозяйственного производства, ученых инженерного факультета и факультета комплексного использования и охраны водных ресурсов (КИОВР). Сюда же включены также несколько сообщений гуманитарного направления. Вестник предназначен ...»

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Отделение химии и наук о материалах Российский фонд фундаментальных исследований Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН Институт химической физики им. Н.Н.Семенова РАН OH CH3 VIII Международная конференция БИОАНТИОКСИДАНТ ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ 04 - 06 октября 2010 года Москва Биоантиоксидант ББК 24 Б 63 ОРГАНИЗАТОРЫ КОНФЕРЕНЦИИ: РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН Институт хими ческой физики им. Н.Н. Семенова РАН Б 63 ...»

«6 2. 86 Биохимі §54 д ш й 33 cs s i ! ББК 28.672Я M 54 ~ — Метревели T. B. M 54 Биохимия животных / Под ред. проф. Н. С. Шевелева.— СПб.: Издательство Лань, 2005. — 296 с.: ил. — (Учебники для вузов. Специальная литература). ISBN 5-8114-0579-0 В пособии достаточно подробно изложены основные разделы биохи­ мии. Охарактеризована структура и обмен углеводов, липидов, белков, н у ­ клеиновы х кислот и других органических соединений. Вкратце изложены свойства воды. Существенное внимание уделено ...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Владивостокский государственный университет экономики и сервиса Российская Академия наук Дальневосточное отделение Тихоокеанский институт географии _ Б.Ф. ПШЕНИЧНИКОВ Н.Ф. ПШЕНИЧНИКОВА ОСНОВЫ ПОЧВОВЕДЕНИЯ И ГЕОГРАФИИ ПОЧВ Учебное пособие Владивосток Издательство ВГУЭС 2006 ББК 40.3 П 94 Рецензенты: Академик РАЕН, проф. А.М. Ивлев (Дальневосточный государственный университет); д-р биол. наук, проф. В.И. Голов (Биолого-почвенный институт ДВО ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ФАКУЛЬТЕТ БИЗНЕСА И ПРАВА VIII студенческая научно-практическая конференция факультета бизнеса и права ОРГАНИЗАЦИОННО-ПРАВОВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА ХОЗЯЙСТВОВАНИЯ В СФЕРЕ АПК в рамках мероприятия Дни студенческой науки (г. Горки, 23 – 26 мая 2011 года) ГОРКИ 2012 УДК 631.145:347(063) ББК ...»

«Б92 Буровский А. М. Правда о допетровской Руси. Золотой век Русского государства //Яуза, Эксмо, М., 2010 ISBN: 978-5-699-33899-3 FB2: “Sergius ” s_sergius , 14.05.2010, version 1.1 UUID: E9EDA09F-86D2-42CD-A8CA-F952EB059FCF PDF: fb2pdf-j.20111230, 13.01.2012 Андрей Михайлович Буровский Правда о допетровской Руси. Золотой век Русского государства Один из главных исторических мифов Российской империи и СССР — миф о допетровской Руси. Якобы до пришествия Петра наша земля прозябала в кромешном ...»

«1 Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный инженерно-экономический институт ВЕСТНИК Нижегородского государственного инженерно нерно- инженерно- экономического института Серия экономические науки Выпуск 5 (6) Княгинино 2011 2 УДК 33 ББК 65.497я5 В 38 Центральная редакционная коллегия: А. Е. Шамин (главный редактор), Н. В. Проваленова (зам. главного редактора), Б. А. ...»

«HISTORIA ROSSICA Seymour Becker NOBILIТY AND PRIVILEGE INIATE IMPERIAL RUSSIA Сеймур Беккер МИФ О РУССКОМ ДВОРЯНСТВЕ Дворянство и привилегии последнего периода императорской России Перевод с английского Бориса Пинскера МОСКВА НОВОЕ ЛИТЕРАТУРНОЕ ОБОЗРЕНИЕ 2004 УДК 316.343-058(470)653 ББК 63.3(2)-282.5 Б 42 ХУДОЖНИК В. Передерий Редакционная коллегия серии HISTORIA ROSSICA Е. Анисимов, Р. Ворmман, В. Живов, А. Зорин, А. Каменский, Ю. Слезкин Беккер с. Б Миф о русском дворянстве: Дворянство и ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.И. ВАВИЛОВА ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ АПК Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию кафедры экономики и организации предприятий АПК САРАТОВ 2011 УДК 338.436.33 ББК 65.32 Проблемы и перспективы устойчивого развития АПК: Материалы ...»

«УДК 57+58+59+613 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ББК 28 Государственное образовательное учреждение С 37 высшего профессионального образования Пермский государственный университет Симбиоз Россия 2009: материалы II Всерос. С 37 с международным участием конгресса студентов и Биологический факультет аспирантов-биологов (25-29 мая 2009 г., Пермь) / Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН Перм. гос. ун-т. – Пермь, 2009. – 351 с. Пермское отделение МОО Микробиологическое общество ...»

«Михаил Зайцев Провокация //Эксмо, Москва, 2006 ISBN: 5-699-17019-7 FB2: “Chernov2 ” chernov , 07 September 2009, version 1.0 UUID: 800a1804-1b0d-4980-abee-b78bd9b9f7cc PDF: fb2pdf-j.20111230, 13.01.2012 Михаил Георгиевич Зайцев Провокация  Для кого-то чекист, для кого-то шпион, для себя – разведчик и истинный ариец, он сделал все, чтобы проклятые Советы не разгадали величайший секрет разгромленного Третьего рейха. То, что Земля на самом деле внутри полая и на ее внутренней поверхности есть ...»






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

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