авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

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

Автономный источник питания для диагностики и технического обслуживания трансформаторных подстанций сельскохозяйственного назначения

На правах рукописи

ЕКИМЕНКО Птр Павлович АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ Специальность: 05.20.02 – «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар – 2010

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет» (ФГОУ ВПО Кубанский ГАУ) Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент Богатырв Н.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Григораш Олег Владимирович;

кандидат технических наук, доцент Медведько Юрий Алексеевич.

Ведущая организация: Федеральное государственное образова тельное учреждение высшего профессиональ ного образования «Ставропольский государст венный аграрный университет» (ФГОУ ВПО Ставропольский ГАУ).

Защита диссертации состоится «17» ноября 2010 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д220.038.08 ФГОУ ВПО «Ку банский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина 13, КубГАУ, корпус факультета энергетики и электрификации, аудитория № 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».

Автореферат размещен на сайте www.kubsau.ru 15 октября 2010 г.

Автореферат разослан 15 октября 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, доцент В.С. Курасов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В энергетических компаниях и крупных предприятиях Краснодарского края эксплуатируются около 25 тыс. сило вых трансформаторов разных уровней напряжения. Около 70% трансфор маторов эксплуатируются 20 лет и более, 30% -30 лет и более. В работе на ходятся трансформаторы, имеющие срок службы 40 и даже 50 лет.

Изношенность трансформаторов вносит дополнительные потери при передаче электроэнергии, которые не учитываются современными методи ками при расчете технологических потерь и эти потери входят в состав коммерческих потерь, что влияет, в конечном счете, на тариф. Приказ Минэнерго от 30. 12. 2008 № 326 разрешил эти потери включать в техноло гические потери, цена которых меньше коммерческих потерь.

Для измерения потерь холостого хода (ХХ) силовых трансформато ров (СТ) в полевых условиях и проведения технического обслуживания (ТО) электрооборудования с применением электрифицированного инстру мента необходимы автономные источники с генераторами, имеющими ка чественное выходное напряжение и высокие эксплуатационные показате ли. К таким генераторам относятся асинхронные генераторы (АГ), которые характеризуются малой удельной массой, габаритами, отсутствием сколь зящих контактов, прочностью ротора, низкой рыночной стоимостью.

Тема диссертации обусловлена необходимостью разработки для ав тономных источников питания асинхронных генераторов с конденсатор ным возбуждением с улучшенными показателями качества энергии.

Работа выполнена в соответствии с планами госбюджетных НИР КубГАУ по теме: «Разработка и исследование энергосберегающих техно логий, оборудования и источников электропитания для АПК» – № ГР 01.2001.13477. - 2001 – 2005 гг.;

«Теоретическое обоснование и практиче ская реализация энергосберегающего оборудования, электротехнологий и источников электроснабжения для снижения эксплуатационных затрат на производство и переработку сельскохозяйственной продукции» – ГР 01.2006.06851. - 2006 – 2010 гг.;

постановления ЗСК Краснодарского края от 14.12.2005 г. № 1878-П «Об основных принципах формирования тари фов на электрическую и тепловую энергию на 2006 и последующие годы».

Проблема состоит в том, что при расчете нормативных технологиче ских потерь электрической энергии учитываются паспортные данные по терь ХХ СТ, которые значительно возрастают за время эксплуатации. Это обстоятельство указывает на необходимость определения реальных значе ний потерь ХХ СТ и корректировку этих значений с учетом реального на пряжения в сетях.

Существующие электротехнические лаборатории по измерению по терь ХХ СТ имеют однофазные синхронные генераторы, которые совмест но с автотрансформаторами позволяют измерять потери ХХ трансформа торов в однофазном режиме при малом напряжении возбуждения. Этот ме тод дает большие погрешности при пересчете потерь к номинальному на пряжению, т.к. в реальных условиях сельских электрических сетей на мно гих силовых трансформаторах отсутствуют их паспортные данные и неиз вестны свойства их магнитной системы.

Научная гипотеза - повысить экономичность электроснабжения сель скохозяйственных потребителей можно путем включения реальных потерь ХХ силовых трансформаторов в технологические потери посредством из мерения в полевых условиях характеристик холостого хода СТ регулируе мым автономным источником питания (без промежуточных автотрансфор маторов и фазорегуляторов), и использовать этот источник для проведения регламентных работ по техническому обслуживанию оборудования.

Цель работы: разработка автономного источника питания с асин хронным генератором для замера потерь холостого хода силовых транс форматоров в полевых условиях с целью повышения экономичности элек троснабжения сельскохозяйственных потребителей и выполнения техниче ского обслуживания электрооборудования в сельских электрических сетях.





Задачи исследования:

– определить закономерности изменения потерь энергии ХХ силовых трансформаторов и их взаимосвязь с тарифами на электроэнергию;

– установить требования к автономным источникам для исследования потерь холостого хода трансформаторов в полевых условиях;

– провести анализ свойств и характеристик статорных обмоток, уста новить их влияние на эксплуатационные показатели асинхронных генера торов и определить пути улучшения этих характеристик;

–теоретически обосновать и разработать новые схемы статорных об моток и технические решения для формирования внешних характеристик асинхронных генераторов, улучшающие их эксплуатационные показатели;

– провести экспериментальные исследования новых асинхронных ге нераторов при различных нагрузках с целью определения их эксплуатаци онных характеристик и уточнения требований к источнику питания, – обосновать параметры, разработать схему автономного источника питания с асинхронным генератором и провести его испытание;

– определить реальные потери холостого хода силовых трансформа торов с применением АГ в качестве автономного источника питания;

– провести технико-экономические расчеты при использовании ново го автономного источника с асинхронным генератором для определения потерь холостого хода силовых трансформаторов и влияние этих потерь на тарифы электроэнергии.

Объект исследования – автономные источники питания, статорные обмотки АГ, схемы регулирования и стабилизации напряжения АГ, сило вые трансформаторы сельских электрических сетей.

Предмет исследования – внешние и энергетические характеристики АГ, свойства статорных обмоток АГ и характеристики потерь холостого хода силовых трансформаторов сельских электрических сетей.

Методика исследования базируется на теории вынужденных элек тромагнитных колебаний, на матричной теории формирования схем ста торных обмоток асинхронных машин, на гармоническом анализе МДС и оценке величины коэффициента дифференциального рассеяния обмоток по диаграммам Гргеса. Экспериментальная часть выполнена в специализиро ванной лаборатории на кафедре электрических машин и электропривода Кубанского ГАУ с использованием специального стенда (выполнен по па тенту РФ № 2281524).

Научную новизну работы составляет:

- методика расчета схем статорных обмоток асинхронных генерато ров с конденсаторным возбуждением на основе гармонического анализа магнитодвижущих сил и диаграмм Гергеса;

- методика исследования потерь холостого хода силовых трансфор маторов в полевых условиях с использованием автономного источника с асинхронным генератором специальной конструкции;

- развитие метода пространственной и фазной модуляции примени тельно к МДС статорных обмоток асинхронных генераторов.

Практическую значимость работы составляют.

1. Зависимости потерь холостого хода трансформаторов, полученные в полевых условиях с применением автономного источника с асинхронным генератором и влияние этих потерь на тарифы электроэнергии.

2. Автономный источник регулируемого напряжения от 320 до 420 В для исследования потерь холостого хода силовых трансформаторов в поле вых условиях, а также для питания электроинструмента при техническом обслуживании трансформаторных подстанций.

3. Новые схемы статорных обмоток (пат. РФ № 2248082, 2248083, 2252475) и результаты их исследования по диаграммам Гргеса.

4. Экспериментально полученные внешние характеристики асин хронных генераторов для автономных источников питания.

5. Результаты расчета обмоточных данных статорных обмоток асин хронных генераторов, которые могут применяться в производстве.

6. Новые технические решения для формирования внешних характе ристик асинхронных генераторов (пат. РФ № 2241921, 2281524, 2366073).

7. Результаты технико-экономических расчетов при использовании нового автономного источника с асинхронным генератором для определе ния потерь холостого хода силовых трансформаторов и влияние этих по терь на тарифы электроэнергии.

Реализация результатов исследований. Опытные образцы асин хронных генераторов установлены в научной и учебной лаборатории ка федры электрических машин и электропривода Кубанского ГАУ. Материа лы исследований используются в учебном процессе Кубанского ГАУ. Ме тодика электромагнитного испытания трансформаторов в полевых услови ях используется при измерениях, проводимых электротехнической лабора торией Ставропольского ГАУ. Методика расчета асинхронных генераторов принята для внедрения ООО «Центр управления проектами» г. Краснодар.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-практических конференциях КубГАУ 2002 - 2010 гг.;



на научно-практической конференции «Основы достижения устойчивого развития сельского хозяйства» (г. Волгоград, 2004 г.);

на меж вузовских научных конференциях «ЭМПЭ» (г. Краснодар, 2004 - 2008 г.);

на ежегодной научной конференции АЧГАА (г. Зерноград, 2005, 2007 г.);

на международной конференции «Высокие технологии энергосбережения» (г. Воронеж, 2005 г.);

на всероссийской научно-практической конференции «Проблемы развития аграрного сектора региона» (г. Курск, 2006 г.);

на ме ждународных научно-практических конференциях «Новые технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности с использованием элек трофизических факторов и озона» (г. Ставрополь, 2005 - 2010 г.).

Публикации результатов работы. Основные результаты работы опубликованы в 33 печатных работах, в том числе:

- в изданиях, рекомен дованных ВАК, опубликовано 12 статей включая 6 патентов РФ;

- издано одно учебное пособие для студентов электротехнических специальностей.

Объем и структура работы. Работа изложена на 133 страницах, со держит введение, 4 главы, выводы, список литературы и приложения.

На защиту выносятся:

- методика расчета схем обмоток статора асинхронных генераторов с конденсаторным возбуждением на основе специального гармонического анализа магнитодвижущих сил и диаграмм Гргеса;

- методика исследования потерь холостого хода силовых трансфор маторов в полевых условиях с использованием автономного источника с асинхронным генератором специальной конструкции;

- усовершенствованный метод пространственной и фазной модуля ции применительно к МДС статорных обмоток асинхронных генераторов;

- технические и схемные решения, новизна которых подтверждена патентами РФ № 2241921, 2248082, 22248083, 2252475, 2281524, 2366073;

- результаты исследования внешних характеристик эксперименталь ных образцов асинхронных генераторов с конденсаторным возбуждением с изменяющимися параметрами статорных обмоток.

- количественная оценка реальных потерь холостого хода силовых трансформаторов полученная в полевых условиях посредством автономно го источника с АГ и влияние этих потерь на тарифы электроэнергии;

- результаты технико-экономических расчетов применения автоном ного источника питания с АГ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность исследований. Дана общая характеристика работы, сформированы цель работы, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ состояния сельских электрических сетей в Краснодарском крае. Подавляющая часть электрических сетей и трансформаторов сельскохозяйственного назначения была построена в 60 70 годы прошлого века. Более 50% линий электропередачи, напряжением 35 кВ и выше проработали свыше 25 лет, около 40%-более 30 лет, 50% распределительных сетей 0,4-10 кВ проработали сверх нормативных сро ков, а более 15% распределительных сетей непригодны для эксплуатации.

В энергетических компаниях и крупных предприятиях Краснодарско го края эксплуатируются около 25 тыс. силовых трансформаторов разных уровней напряжения, из них более 6 тысяч в сельских сетях (рис. 1).

19шт 6 250км 6 225шт 4 600км ТП(РП)-10(6)кВ ВЛ(КЛ) 10(6)кВ ВЛ(КЛ)-0.4кВ П/С-35/6кВ Рис. 1 – Структура сельских электрический сетей Краснодарского края В этой связи актуальной задачей является применение эффективных и экономически целесообразных мер по обеспечению качественного и бес перебойного электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.

Решению этой задачи посвящены работы многих научных коллекти вов: МГАУ, СПбГАУ, МЭИ (ТУ), ВИЭСХ, КубГАУ и ученых: И.А. Будзко, М.С. Левина, Т.Б. Лещинской, Н.М. Зуля, В.Ю. Гессена, А.Е. Мурадяна, Ю.С. Железко, В.А. Воротницкого, В.В. Тропина и др.

Исследования показали, что изношенность оборудования и транс форматоров вносят дополнительные потери при передаче электроэнергии, которые не учитываются современными методиками при расчете техноло гических потерь, и эти потери входят в состав коммерческих потерь, что влияет в целом на тариф. Анализ тарифов на электроэнергию за последние 10 лет показал, что по Краснодарскому краю тарифы возросли: для населе ния в 8 раз, для сельскохозяйственных потребителей в 13,6 раз (рис. 2).

По приказу Минэнерго РФ от 30.12.2008 № 326 «Об организации в Министерстве энергетики РФ работы по утверждению нормативов техно логических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим се тям» в качестве потерь ХХ СТ можно применять реальные потери, инстру ментально подтвержденные. Для этого необходим автономный источник с высокими показателями качества электрической энергии.

При выполнении ряда работ по техническому обслуживанию элек трических распределительных сетей агропромышленного комплекса требу ется применение электрифицированного инструмента. Эти работы выпол няются, как правило, на обесточенном электрооборудовании, поэтому так же необходимо применять автономные источники электроэнергии.

Рис. 2 – Изменение та рифов на электроэнер гию за последние 10 лет по Краснодарскому краю (руб. / кВт час) Автономные источники электрической энергии с экономической точ ки зрения должны быть конструктивно простыми и наджными в эксплуа тации. Создание электрических генераторов, наиболее полно адаптирован ных к различному роду потребителей, является актуальной задачей сель ской энергетики. АГ наиболее перспективны для этих целей.

Большой вклад по исследованию и применению АГ для систем авто номного электропитания потребителей внесли: Иванов А.А., Зубков Ю.Д., Фришман В.С., Торопцев Н.Д., Кицис С.И., Алиев И.И., Балагуров В.А., Григораш О.В., Джендубаев З.Р., Богатырев Н.И. и другие ученые.

На внешнюю характеристику АГ оказывает влияние не только реак ция магнитодвижущей силы от тока нагрузки, но параметры статорной об мотки. Современные методы формирования статорных обмоток позволяют создавать новые варианты схем обмоток с изменяющимися параметрами при нагрузке. Эти исследования опубликованы в работах Ванурина В.Н., Богатырева Н.И., Вронского О.В., Оськиной А.С. и других авторов.

К нерешенным проблемам относится то, что в известных работах не исследовано влияние параметров обмотки статора на гармонический состав выходного напряжения и не показана возможность применения известных источников для проведения испытаний СТ, в частности, по определению потерь ХХ, которые вносят существенный вклад в технологические потери.

Во второй главе проведены теоретические исследования для обосно вания необходимых параметров статорных обмоток АГ. При исследовании АГ сделаны общепринятые для асинхронных машин (АМ) допущения.

При моделировании электромагнитные величины представлены в ви де обобщнных пространственных векторов, проекции которых на оси фазных обмоток в любой момент времени равны мгновенным значениям фазных величин, представляемых этим вектором. Так, если ток в каждой фазе представить вектором (iа, iв, iс) модуль которого равен мгновенному значению фазного тока (iа, iв, iс), а направление совпадает с осью обмотки, и сложить эти векторы, то получим пространственный вектор тока (3/2)i.

Его модуль будет в 3/2 раза больше модуля вектора тока i, проекции кото рого на оси фазных обмоток равны мгновенным значениям iа, iв, iс (рис. 3).

Рис. 3 - К определению обобщенно го вектора тока.

i = 2 j(ia + aib + a2ic). (а = еj2/3 – опе ратор поворота на 1200).

Обобщнный вектор трхфазных синусоидальных токов 2I m 2I sin t (sin t 1200 )a (sin t 1200 )a 2 j m sin t i= j 3 sin t cos120 a cos t sin120 a sin t cos120 a cos t sin1200 a 2 (1) 0 0 0 11 jI m ( e jt e jt je jt je jt ) I m e jt.

2j j По аналогии МДС фазных обмоток при их пропорциональности току:

Fa Fam sin t;

Fb Fbm sin(t 1200 );

Fc Fcm sin(t 1200 ), (2) где Fam, Fbm и Fcm – амплитуды МДС на оси фазных обмоток.

Обобщнный вектор МДС трхфазной статорной обмотки F = Fmej – как и обобщнный вектор тока, вращается с угловой скоростью.

1 F1m Fam Fbm cos1200 Fcm cos 2400 Fbm (1 ) Fcm (1 ) Fam, (3) 2 В векторной форме МДС трхфазной обмотки F 1 1,5F1me jt.

Получено общее потокосцепление статора и ротора, соответствую щее режиму протекания токов по обмоткам статора и ротора:

1 11 12 L1 i1 M i 2e j. (4) Аналогичное выражение справедливо и для потокосцепления ротора.

Для ротора угол будет отрицательным, так как по отношению к статору этот угол отсчитывается в обратном направлении:

2 22 21 L2 i 2 M i`1e j. (5) Показано, что потокосцепления статора и ротора с учетом всех токов и независимо от выбранной системы координат запишутся в виде:

1 L1 i1 M i 2 11 12 ;

(6) 2 M i `1 L2 i 2 21 22.

Векторную сумму токов статора и ротора образует результирующий ток - ток намагничивания i, и потокосцепления статора и ротора можно представить через основной магнитный поток и через потоки рассеяния:

m M (i1 i 2 ) = Mi ;

1 L1 i1;

2 L2 i `2 в виде:

1 L1 i1 M i 2 ( L1 M )i1M i 2 L1 i1 M i 1 m ;

(7) 2 M i1 L2 i 2 ( L2 M )i 2 M i1 L2 i 2 M i 1 m.

Переходя от потокосцеплений к току намагничивания, получены уравнения напряжений в векторной форме для статора и ротора.

Уравнение напряжения для ротора в неподвижной системе координат d 2 d d 2 i 2 R2 j2 2, u 2 i 2 R2 j (8) dt dt dt где 2 = d/dt – текущая угловая скорость ротора.

Векторную сумму токов статора и ротора образует ток намагничива ния i, и потокосцепления статора и ротора можно представить через ос новной магнитный поток и через потоки рассеяния:

m M (i1 i 2 ) = M i ;

1 L1 i1;

2 L2 i ` Переход от системы координат xy к неподвижной системе координат привел к системе уравнений для АМ:

d d i di u1 i1 R1 i1R1 L 1 1 M ;

dt dt dt (9) d u i R d i d i j2 2 i 2 R2 L 2 j2 L 2 i 2 j2 M i.

M 2 dt dt dt Для двухполюсной асинхронной машины 1 = = 2f, поэтому:

U 1 I 1R1 j L 1 I 1 j M I ;

'.

(10) 0 I 2 R2 j L 2 I 2 j M I j L 2 I 2 2 j M I ' ' ' В окончательном виде математическая модель асинхронной машины:

U 1 I 1 R1 j L 1 I 1 j M I ;

(11) 2 0 I 2 R2 j L 2 I 2 (1 ) j M I (1 ).

' ' ' Имея в виду, что 1 – 2/ = s - скольжение ротора, получаем:

U 1 I 1 R1 jx1 I 1 jx I ;

(12) ' ' R 0 I 2 jx2 I 2 jx I.

'' s Вектор напряжения U 1 для режима АГ с самовозбуждением заменя ется напряжением на конденсаторах возбуждения U С.

Реальные АМ характеризуются определнной степенью насыщения магнитной цепи, неравномерным воздушным зазором;

их статорные об мотки состоят из катушечных групп с числом катушек q = Z/2pm (Z – число пазов статора), а токи создают МДС из множества гармоник, среди кото рых = р является основной гармоникой.

Для АМ с wkоб эффективными витками на фазу (kоб – обмоточный ко эффициент) m фазной статорной обмотки и с w2kоб2 эффективными витками на фазу m2 = Z2 фазной роторной обмотки (Z2 - число пазов ротора, w2 = 0,5, kоб2 = kс2 - обмотчный коэффициент он же коэффициент скоса пазов ротора) приведнные величины роторной обмотки:

I 2 I 2 / ki ;

E2 E2 ke ;

R2 R2 k ;

x2 x2 k, ' ' ' ' (13) где ki = mwkоб /m2w2kоб2 - коэффициент приведения тока;

Е2 - ЭДС неподвижного ротора;

ke = wkоб /w2kоб2 - коэффициент приведения ЭДС;

k = ki · ke = mw2 kоб /m2w22 kоб 2 - коэффициент приведения сопротивления.

2 Поиску рациональных схем статорных обмоток с переменными пара метрами способствуют современные методы их формирования. Согласно наиболее универсальному - матричному методу фазные зоны статора, ко личество которых соответствует определнному числу пар полюсов трх фазной обмотки, и симметричная трхфазная сеть представляется в виде матриц. Используя этот метод формирования обмоток, нами разработано и запатентовано несколько статорных обмоток для АГ.

Одним из критериев для выбора габарита АГ служит индуктивное сопротивление роторной обмотки, оказывающее существенное размагни чивающее действие на генератор при нагрузке. Сравнение АГ на базе двух асинхронных двигателей показали, что степень размагничивания тока ро тора генератора на базе АИР112М2 в 3,24 раза меньше, чем на базе АИР100L2. Практически на такую величину будет изменяться и падение напряжения при загрузке асинхронного генератора.

Рассмотрено влияние высших гармоник на энергетические показате ли АГ. При этом дополнительные потери в роторной обмотке от гармоники = 5 составляют 8,2 Вт, а дополнительное тормозное действие моментов от высших гармоник в генераторах практически не проявляется.

В третьей главе даны результаты расчета АГ, приведена методика и результаты испытаний генератора с модулированной статорной обмоткой.

Экспериментальный образец АГ выполнен на базе АИР112М2 по следующим расчетным данным. Число пазов - 36. Число витков на фазу 132. В катушке 11 витков. Катушки (w12) с током IA + IA выполнены из двух параллельных проводников, а катушки w11 с током IA + IВ из одного провода. В пазу N = 33 проводников диаметром 1,29 мм. Сечение провода 1,09 мм2. Сопротивление частей обмотки: R11 = 0,89 Ом;

R12 = 0,445 Ом.

Рис. 4 – Схема соединений фаз обмотки и направление токов в обмотке при нагрузке и разном включении конденсаторов возбуждения При включении конденсаторов на выводы «В», а нагрузки на выводы «Н» радиус основной гармоники МДС (kоб = 0,9235), полярный момент инерции пазовых точек диаграммы Гргеса и значение коэффициента диф ференциального рассеяния от тока возбуждения:

72 0,9235 R Zkоб 112, Rp 10,5825;

д 0 д 1 1 0,00307.

2 р 2 3,1416 1 10, Rр Rd 2(72 52 2 7 5 cos120 ) 2(92 32 2 9 3 cos120 ) 2(102 12 2 10 1 cos120 ) / 6 112,3333;

От тока нагрузки на выводах «Н» (kоб = 0,676):

72 0,676 R Zkоб 60, Rp 7,7464;

д 0 д 1 1 0,00544.

2 р 2 3,1416 1 7, Rр Rd 2(52 42 2 5 4 cos120 ) 2(72 12 2 7 1 cos120 ) 2(62 32 2 6 3 cos120 ) / 6 (122 114 126) / 6 60,3333;

Амплитуда основной и относительные амплитуды первых высших гармоник МДС обмотки от тока возбуждения и от тока нагрузки определе ны и показаны на рисунке 5. Испытания АГ проведены на исследователь ском стенде с приводом от ДПТ (рис. 6). Для стабилизации частоты враще ния применена схема автоматического управления. При испытаниях ем кость конденсаторов С1 - С3 изменялась от 32 до 60 мкФ с интервалом мкФ. Характеристика ХХ АГ предоставлена на рисунке 7. Из рисунка сле дует, что напряжение ХХ АГ изменяется от 320 до 420 В и в дальнейшем применяется для исследования СТ. Внешние характеристики АГ получены при различных емкостях конденсаторов возбуждения (рис.8). Для емкости возбуждения 60 мкФ показана зависимость изменения тока в частях обмот ки треугольника в зависимости от нагрузки (рис. 9).

Рис. 5 - Основная гармоника МДС - а), от носительные амплитуды первых высших гармо ник от тока возбуждения – б), относительные ам плитуды первых высших гармоник от тока на грузки – в) а) б) в) При испытании силовых трансформаторов применение синхронных генераторов малой мощности совместно с автотрансформатором или ин дукционным регулятором не обеспечивает требуемой симметрии регули руемого напряжения. Это связано с тем, что крайние стержни магнитопро вода силовых трансформаторов имеют поля рассеивания больше чем цен тральный стержень. Поэтому они имеют разные токи намагничивания, и это приводит к не симметрии маломощного синхронного генератора.

Разработанная нами методика предусматривает в качестве регули руемого источника для испытания СТ применять АГ специальной конст рукции с емкостным регулированием напряжения без дополнительных ав тотрансформаторов и индукционных регуляторов. Функциональная схема разработанного нами автономного источника приведена на рисунке 10.

Конденсаторы возбуждения Двулучевой осциллограф Комплект К Частотомер Ф Исследуемый АГ Приводной ДПТ Рис. 6 – Схема испытаний и общий вид лабораторной установки для испыта ний АГ. На схеме Rн - активная нагрузка;

LD - индуктивная нагрузка;

К1 и К2 - из мерительные комплекты в цепи возбуждения АГ и в цепи нагрузки;

TA1 и TA трансформаторы тока в плечах обмотки статора;

А1 и А2 амперметры для измере ния составляющих тока в плечах обмотки статора;

Нz - частотомер.

Рис. 7 - Характеристика холостого хода АГ U f (C ) при включении конденсаторов возбуждения по схеме « » на выводы «В» и изменении емкости конденсаторов от 32 до мкФ на фазу.

Источник имеет регулируемое выходное напряжение (рис. 7) для ис пытания СТ в полевых условиях. Коммутация конденсаторов происходит при переходе напряжения через «0», поэтому нет бросков напряжения, что важно при испытаниях силовых трансформаторов.

Рис. 8 - Внешние харак теристики АГ при различных значениях емкости возбуж дения и при включении на грузки на выводы низкого напряжения «Н» (1 – 60 мкФ, 2 – 56 мкФ, 3 – 52 мкФ, 4 – 48 мкФ, 5 – 44 мкФ) Рис. 9 - Характер из менения тока нагрузки и тока в частях обмотки треугольника при емко сти возбуждения 60 мкФ а б Рис. 10 – Схема функциональная автономного источника а), блок управ ления б). AG – асинхронный генератор новой конструкции В результате испытания ХХ СТ типа ТС – 160 мощностью 160 кВА реальные потери ХХ составили 1050 Вт при паспортном значении 590 Вт.

В четвертой главе выполнены расчты экономической эффективно сти. В результате внедрения оборудования и методики учета фактических потерь холостого хода трансформаторов можно в перспективе остановить рост, а потом и снизить тарифы на отпускаемую электроэнергию на 2,8 %.

На основе полученной закономерности роста цен на электроэнергию за по следние 10 лет и учитывая возможность снижения заявляемого тарифа электросбытовой компанией установлено, что к 2012 году можно будет уменьшить стоимость отпускаемой электроэнергии за 1 кВт·ч для различ ных потребителей в следующих интервалах: для городского населения – с 3,15 руб. до 3,06 руб.;

сельского – с 2,2 руб. до 2,14 руб.;

для сельскохозяй ственных потребителей – с 4,25 руб. до 4,13 руб.

Основные выводы по работе.

1. Необходимая мощность автономного источника для замера потерь холостого хода силовых трансформаторов составляет не менее 4 кВт, пре делы регулирования напряжения 320 - 420 В, при не симметрии линейных напряжения не более 3%. Обосновано преимущество для этих целей асин хронных генераторов с симметричным короткозамкнутым ротором и со единением обмотки статора « » в отличие от синхронных генераторов, в отсутствии нечетных гармоник и возможности регулирования выходного напряжения посредством конденсаторов возбуждения.

2. На основании обобщенных пространственных векторов описаны электромагнитные параметры асинхронного генератора в неподвижной от носительно обмотки статора системе координат и, позволившие полу чить математическую модель асинхронного генератора в составе автоном ного источника питания. Полученная система уравнений и схема замеще ния позволяет анализировать электромагнитные процессы, происходящие в обмотках статора и ротора АГ при переменной нагрузке.

3. На базе матричного метода получены рациональные схемы двух слойных обмоток с переменными параметрами для двух и четырхполюс ных асинхронных генераторов на частоту тока 50 Гц при частоте вращения приводного двигателя 3000 и 1500 об/мин. При обмоточном коэффициенте kоб = 0,9235, коэффициент дифференциального рассеяния от тока возбуж дения составляет д 0 = 0,00307, от тока нагрузки коэффициент дифферен циального рассеяния возрастает до д = 0,00544 при kоб = 0,676. По сравне нию с типовыми обмотками это на порядок ниже.

4. На основании гармонического анализа, разработана методика по строения новых схем обмоток статора, позволяющая рассчитывать гармо нический состав выходного напряжения на стадии проектирования обмо ток. Так, относительные амплитуды пятой гармоники от тока возбуждения разработанной обмотки не превышают 1,5 %, а от тока нагрузки - 3,2 %.

5. Получено экспериментальное подтверждение снижения тока практи чески в два раза в части обмотки при увеличении нагрузки, поэтому эту часть обмотки выполняют проводом меньшего сечения. При различных емкостях возбуждения и нагрузке от 3 до 6 кВт КПД асинхронного генера тора находится на уровне 83 - 84 %, что соответствует КПД асинхронного двигателя соизмеримой мощности. Несовпадение с расчетными данными составляет около 3,7 %.

6. Исследованы реальные потери холостого хода силовых трансформа торов 1966 года выпуска мощностью 160 кВА, которые составили 1050 Вт при паспортном значении 590 Вт. Показана возможность использовать асинхронные генераторы с регулируемым выходным напряжением для ис следования силовых трансформаторов.

7. В результате внедрения оборудования и методики учета фактических потерь холостого хода трансформаторов на основе полученной закономер ности роста цен на электроэнергию за последние 10 лет и учитывая воз можность снижения заявляемого тарифа сетевой компанией установлено, что к 2012 году можно будет снизить стоимость отпускаемой электроэнер гии за 1 кВт·ч для различных потребителей в следующих интервалах: для городского населения – с 3,15 руб. до 3,06 руб.;

сельского – с 2,2 руб. до 2,14 руб.;

для сельскохозяйственных потребителей – с 4,25 руб. до 4,13 руб.

Основные положения диссертации опубликованы: в изданиях ре комендованных ВАК Екименко, П.П. Энергосберегающий источник питания с асинхрон 1.

ными генераторами [Текст] / Н.И. Богатырв, А.С. Оськина, П.П. Екименко // Промышленная энергетика. – 2006. - № 12. – С. 4 – 6.

Анализ и синтез параметров обмоток асинхронного генератора 2.

[Текст] / Н.И. Богатырев, П.П. Екименко, А.В. Синицын и др. // Механиза ция и электрификация сел. хоз-ва. – 2007. - №8. - С. 33 – 35.

Выбор конденсаторов для возбуждения асинхронных генераторов с 3.

частотой тока 50/200/400 Гц / Н.И. Богатырев, П.П. Екименко и др. // Ме ханизация и электрификация сел. хоз-ва. – 2008. - №1. - С. 22 – 23.

Екименко, П.П. Обоснование рациональной схемы обмотки асин 4.

хронного генератора на частоту тока 200 Гц / Н.И. Богатырев, П.П. Еки менко, Я.А. Ильченко // Тр. / Куб. ГАУ;

Сер.: Агроинженер;

Вып. № 1. – Краснодар, 2008. – С. 37 – 40.

Асинхронные генераторы для систем автономного электроснабже 5.

ния. Часть 1. Обоснование параметров асинхронного генератора / Н.И. Бо гатырев, Екименко П.П. и др. // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2010. - №05(59). - Шифр:

04201000012/0095. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2010/05/26/p26.asp.

Асинхронные генераторы для систем автономного электроснабже 6.

ния. Часть 2. Базовая теория формирования статорных обмоток асинхрон ных генераторов и методы расчета обмоток / Н.И. Богатырев, В.Н. Вану рин, Екименко П.П. и др. // Научный журнал КубГАУ [Электрон. ресурс]. Краснодар: КубГАУ, 2010. - №06(60). - Шифр: 04201000012 /0116. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru /2010/06/31/p31.asp.

Пат. RU 2241921, МКП F 25 B 11/00 Автономное устройство для 7.

утилизации энергии газа [Текст] / Богатырев Н.И., Вронский О.В., Екимен ко П.П. и др. (РФ) заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2003110275/06;

Заявл. 09.04.03;

Опубл. 10.12.04;

Бюл. № 34. – 6 c.: ил.

Пат. RU 2248082, МПК H 02 K 17/14, 3/28 Статорная обмотка двух 8.

частотного асинхронного генератора [Текст] / Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Екименко П.П. и др. (РФ) заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2003126793/11;

Заявл. 01.09.03;

Опубл. 10.03.05;

Бюл. № 7. – 7 c.

Пат. RU 2248083, МПК H 02 K 17/14, 3/28 Статорная обмотка двух 9.

частотного асинхронного генератора [Текст] / Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Екименко П.П. и др. (РФ) заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2003126833/11;

Заявл. 01.09.03;

Опубл. 10.03.05;

Бюл. № 7. – 6 c.

10. Пат. RU 2252475, МПК H 02 K 17/14, 3/28 Статорная обмотка трех фазного электродвигателя [Текст] / Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Еки менко П.П. и др. (РФ) заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2003121670/11;

Заявл. 14.07.03;

Опубл. 20.05.05;

Бюл. № 14. – 5 c.: ил.

11. Пат. RU 2281524, МПК G 01 R 31/34. Электрифицированный стенд для исследования электрических машин [Текст] / Богатырев Н.И., Креймер А.С., Екименко П.П. и др. (РФ) заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2002123027/28;

Заявл. 27.08.02;

Опубл. 10.08.06;

Бюл. № 22. – 6 c.: ил.

12. Пат. 2366073, МПК Н02P 9/46 Стабилизатор напряжения асинхрон ных генераторов для автономных источников, ветроэнергетических уста новок, малых гидростанций [Текст] / Богатырев Н.И., Екименко П.П., Сте пура Ю.П. и др. заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2007140615/09;

Заявл. 01.11.07;

Опубл. 27.08.09;

Бюл. № 24. – 5 c.

Публикации в других изданиях:

13. Екименко, П.П. Регулятор частоты электроэнергетической установки Е.А. Зайцев, П. П. Екименко // Энергосберегающие технологии и процессы в АПК: материалы науч. - техн. конф. – Краснодар, 2002. – С. 81 – 83.

14. Генератор переменного и постоянного тока / О.В. Вронский, П.П.

Екименко, Н.В. Силяева и др. // Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе: сб. науч. тр. 2-й Рос.

науч. - практ. конф. Т.1. - Ставрополь, - 2003. – С. 86 – 87.

15. Екименко, П.П. Многофункциональная обмотка асинхронного гене ратора / Н.И. Богатырев, Н.В. Силяева, П.П. Екименко // Основы достиже ния устойчивого развития сел. хоз-ва: материалы междунар. науч.-практ.

конф., посв. 60-летию образования Волгогр. гос. с.-х. акад. – Волгоград, 2004. – С. 49 – 53.

16. Екименко, П.П. Асинхронный генератор в режиме нагрузочного уст ройства [Текст] / Н.И. Богатырев, П.П. Екименко и др. // Энергосберегаю щие технологии, оборудование и источники электропитания для АПК. – (Тр. / Куб. гос. аграр. ун-т;

Вып. 422(150). – Краснодар, 2005. – С. 81 – 90).

17. Екименко, П.П. Энергосберегающие источники с асинхронными ге нераторами [Текст] / А.В. Синицын, П.П. Екименко, Н.И. Богатырев // Вы сокие технологии энергосбережения: тр. междунар. школы - конф. – Воро неж, 2005. – С. 82- 83.

18. Методика определения электромеханических характеристик асин хронного генератора [Текст] / Н.И. Богатырев, П.П. Екименко, А.С. Оськи на и др. // Электротехнологии и электрооборудование в с.-х. пр-ве: сб. на уч.- тр. АЧГАА. Т. 2. – Зерноград, 2005. – С.93 – 97.

19. Екименко, П.П. Многофункциональный источник переменного и по стоянного тока [Текст] / Н.И. Богатырев, П.П. Екименко, А.В. Синицын // Электротехнологии и электрооборудование в с.-х. пр-ве: сб. науч. тр.

АЧГАА. Т. 2. – Зерноград, 2005. – С. 97 – 100.

20. Екименко, П.П. Автономный источник переменного и постоянного тока [Текст] / П.П. Екименко, А.С. Оськина и др. // Энергосберегающие технологии, оборудование и источники электропитания для АПК. – (Тр. / Куб. гос. аграр. ун-т;

Вып. 422(150). – Краснодар, 2005. – С. 91 – 97).

21. Екименко, П.П. Схема статорной обмотки генератора повышенной частоты тока [Текст] / В.Н. Ванурин, Н.И. Богатырв, П.П. Екименко. // Новые технологии и технические средства в животноводстве: разработка, испытание, эффективность. – Зерноград:

- 2006. – С. 179 – 183.

22. Екименко, П.П. Методика исследования асинхронных и синхронных генераторов [Текст] / Н.И. Богатырев, А.С. Оськина, П.П. Екименко // Но вые технологии в сел. хоз-ве и пищевой пром-сти с использованием элек трофизических факторов и озона: сб. науч. тр. по материалам Междунар.

науч.- практ. конф. – Ставрополь, 2006. – С. 113 – 116.

23. Екименко, П.П. Статорные обмотки асинхронных генераторов и многофункциональных машин [Текст]: науч.-метод. изд. / Н.И. Богатырев, В.Н. Ванурин, П.П. Екименко - Краснодар, 2006. – 67 с.

24. Екименко, П.П. Методика исследований параметров обмоток асин хронных генераторов [Текст] / Н.И. Богатырев, П.П. Екименко, В.Н. Вану рин // Энергосберегающие технологии: Тр. междунар. науч. – практ. конф.

– Волгоград, 2007. – С. 46 – 51.

25. Екименко, П.П. Методика формирования рациональных обмоток асинхронных генераторов [Текст] / Н.И. Богатырев, П.П. Екименко, А.С.

Оськина [Текст] // Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки:

материалы 5-й Всерос. науч. конф. «ВРНК» Т. 1. – Краснодар, КВАИ, 2007.

– С. 149 – 152.

26. Екименко, П.П. Рациональные схемы обмоток асинхронных генера торов [Текст] / Н.И. Богатырев, В.Н. Ванурин, П.П. Екименко // Физико технические проблемы создания новых технологий в АПК: сб. науч. тр. по материалам 4-й Рос. науч.- практ. конф. - Ставрополь, 2007. – С. 67 – 74.

27. Екименко, П.П. Перспективы городских муниципальных сетей в рамках ОАО «НЭСК - электросети» по повышению надежности и эффек тивности энергетического производства / П.П. Екименко // Пути повыше ния надежности и безопасности энергетического производства: материалы 11 Всерос. науч. - техн. конф. - Дивноморск, 2008. - С. 46 - 55.

28. Статорные обмотки асинхронных генераторов [Текст] / В.Н. Вану рин, Н.И. Богатырев, П.П. Екименко и др. // Инновационные технологии и технические средства в живот-ве: сб. науч. тр. ВНИПТИМЭСХ – Зерно град, 2008. – С. 252 – 262.

29. Екименко, П.П. Методика исследования асинхронного генератора и математическая обработка результатов [Текст] / Н.И. Богатырев, П.П. Еки менко, Я.А. Ильченко // Физико - технические проблемы создания новых экологически чистых технологий в АПК: сб. науч. тр. по материалам V Рос.

науч.- практ. конф. г. Ставрополь, 2009. – С. 20 – 25.

30. Екименко, П.П. Основные факторы, влияющие на надежность и ре сурс работы распределительных силовых трансформаторов и меры, пред принимаемые персоналом ОАО «НЭСК - электросети» по их снижению / П.П. Екименко // Пути повышения надежности и безопасности энергетиче ского производства: материалы 12 Всерос. науч. - техн. конф. - Дивно морск, 2009. - С. 23 - 33.

31. Екименко П.П. Итоги эксплуатации городских электрических сетей филиалами ОАО «НЭСК – электросети» в 2009 году. Задачи по эффектив ному и надежному электроснабжению городских муниципальных образо ваний края на 2010 год / П.П. Екименко // Пути повышения надежности и безопасности энергетического производства: материалы 13 Всерос. науч. техн. конф. - Дивноморск, 2010. - С. 16 - 22.

32. Элементы систем автономного электроснабжения мобильных элек тротехнологических процессов в АПК [Текст] / Н.И. Богатырев, П.П. Еки менко, Я. А. Ильченко, Н.С. Баракин // Новые технологии в сельском хо зяйстве и пищевой промышленности с использованием электрофизических факторов и озона: Сб. науч. тр. по материалам Всерос. науч.- практ. конф. Ставрополь, 2010. – С. 3 – 10.

33. Екименко П.П. Методика измерения потерь холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях [Текст] / П.П. Екименко // Новые технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности с использо ванием электрофизических факторов и озона: Сб. науч. тр. по материалам Всерос. науч.- практ. конф. - Ставрополь, 2010. – С. 30 – 36.

Подписано в печать 14.10.2010 Формат 60х84 1/ Бумага офсетная Печать офсетная Печ. л. 1. Заказ № Тираж 100 экз.



 


Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

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.