CC BY
44
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.371+632.51
АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЕ
НАВЕСНОЙ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОПОЛКИ СОРНЯКОВ ПРИ ЕЁ РАБОТЕ
ANALYSIS OF PROCESSES FLOWING IN THE ELECTRICAL CIRCUIT OF THE UPGRADING SET FOR ELECTRICAL-IMPULSE CROP WEEDS, WHILE IT’S WORK
И.В. Юдаев, И.В. Баев, B.A. Кривощапов,
П.В. Прокофьев, А.Н. Слюсаренко
ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
I.V. Udaev, I.V. Baev, V.A. Krivochapov,
P.V. Prokofiev, A.N. Slusarenko
Volgograd state agricultural academy
При обосновании конструкции
электрической части агрегата для электроимпульсной прополки сорняков, одним из основных элементов которого является блок формирования импульсов, необходимо проанализировать влияние параметров электрической схемы замещения установки и случайных событий на нагрузку проектируемой установки.
During science basing of electrical part’s construction of the set for electrical-impulse crop weeds, in which one of the most important elements is the module for impulses forming, must be analyzed influence of the set’s electrical scheme parameters and accident events on the load of the projected set.
При разработке электрической схемы агрегата для электроимпульсной прополки сорных растений [1, 2] необходимо проанализировать влияние параметров электрической схемы замещения агрегата и случайных событий на нагрузку проектируемой установки.
Предварительно составим расчетную схему замещения зарядных цепей (рис. 1). Зная технические характеристики трансформатора ТМГ 25/15, предлагаемого к использованию в навесном устройстве, можно определить параметры его схемы замещения. Так как потери холостого хода в трансформаторе малы, то намагничивающее сопротивление трансформатора будет велико и можно считать, что между первичной электрической сетью и выводами трансформатора будут включены только элементы, характеризующие параметры короткого замыкания (.RK, LK). Их следует привести ко вторичной обмотке (обмотке ВН):
як=^ = Р^1’ 0)
з-1„ з-б;
где Рк - потери короткого замыкания, Вт (Рк = 690 Вт); 1н - номинальный ток трансформатора на стороне ВН, А; 5Я ,£/„ - номинальные мощность и напряжение, ВА и В.
Кк = —= 82,8 Ом.
3-1,667 2
Полное сопротивление:
2 _ цк _ »к%-ин _ 4.7-15-103 _И1П« (2)
к 3-1Н 3-1н-100 3-1,667-100
где ик% - напряжение КЗ трансформатора, %.
Индуктивное сопротивление и индуктивность равны:
XI = = V1412 -82,82 = 114,1 Ом; (3)
Ьк = - = 114,1 = 0,363 Гн. (4)
2-я--/ 2-Я-50
В каждой ветви выпрямителя установки предложено использовать по диоду типа 2Ц203А. Сопротивление каждой
выпрямительной ветви равно:
_ ипрср. _8_ Ом, (5)
ЛО - 1<Г)1 - ------ - - <3
*пр.ср. *
где КВ1 - сопротивление прямой полярности тока одного диода, Ом.
Сопротивление обратной полярности примем равным
бесконечности.
Из предварительно выполненных расчетов известно, что резисторы, включенные до выпрямительного блока, имеют
сопротивление, равное Кр = 84,5 Ом, а значения емкостей соответственно равны: буферная- Сб = 0,138 мкФ, разрядная - Ср = 4700 пФ. Токоограничивающее сопротивление разрядного контура для упрощения расчетов будем считать одинаковым для всех электродных секций. Примем его равным 50 кОм.
Схему замещения можно представить в следующем виде на рисунке 1 (п - число электродных секций универсальной электродной системы).
Як Ьк
п
Рис. 1. Схема замещения зарядных цепей агрегата для электроимпульсной прополки
В связи с тем, что одновременно в выпрямительном блоке работают только две фазы, а сопротивление обратной полярности выпрями-тельной ветви мы приняли равным бесконечности, эту схему можно преобразовать к следующему, упрощённому виду (рис. 2).
п
Рис. 2. Упрощённая схема замещения зарядных цепей агрегата для электроимпульсной прополки
Схема (рис. 2) применима при расчете начальной зарядки буферной и разрядных емкостей установки, т.е. для случая приведения установки в рабочее состояние. Процесс начальной зарядки будет кратковременным. Больший интерес представляют процессы, происходящие в схеме при работе электроимпульсного агрегата. В этом случае надо учитывать, что на емкостях будет присутствовать
некоторое напряжение и что не все электродные секции при электропрополке будут работать одновременно. Число работающих электродных секций можно вычислить по следующим формулам: среднее значение:
Напряжение на буферной емкости обозначим как 17б (его значение определим позднее расчетом). Напряжение на разрядных емкостях неработающих электродных секций будет также равно иб. Напряжение на разрядных емкостях работающих электродных секций, согласно выражению
где и6е - напряжение на буферной емкости, В; иост - остаточное напряжение на разрядной емкости (приблизительно будет равно около 20% от напряжения пробоя (0,2 '11^,)), В; Т - постоянная времени, зависит от значений разрядной емкости и токоограничивающего сопротивления (Т = К СР), с,
будет равняться:
Напряжение ир может принимать любые значения при Ие [0;2]. Согласно вышесказанному, внесем изменения в схему (рис. 2). Сложим последовательно включенные активные сопротивления и индуктивности:
N = р-п;
доверительный промежуток значений с вероятностью 95,4 %:
(6)
N = р-п±2 • д/и • р-(1 - р)
(7)
(8)
ир — иост + (17б иост ) • (1 е " ),
(9)
где
И. = 2 -Ке +2-Кб +2-Кс =2-82,8+2-84,5+2-8 = 350,6 Ом\
Ь = 2-Ьк=2■ 0,363 = 0,726 Гн.
иб
и„
Кг
и,
р2
ыт
Сб с„
С„
■и,
р N
ыт
иб
С„
иб
Кг
ыт
с с
ч“хр ч“хр
иб
ыт
С„
N п-М
Рис. 3. Схема замещения при работе агрегата
Следовательно,
ир =иж +(и4 -иж)-А = А-и4 + (1 - А) • иа Ає [0,0,865].
Схема замещения примет следующий вид:
(10)
и„
Кт.о./(п-М)
(п-^Ср
Рис. 4. Расчетная схема При расчете будем считать процесс установившемся, и тогда
иб = ир +1-5^ = А- Ц + и„т-(1- А)+1-5^, (11)
иб = и-1-Я (12)
Найдем ток, решая как систему предыдущие уравнения:
І М(Ц-іи-(1-А) Н(Ц-іи-(1-А) (13)
вп.о+МЩІ-А)" вп.о.
Подставляя (13) в (11) найдем выражение для напряжения на буферной емкости:
ц ^'Кго.+иост'М-К-(1-А)
Я
(14)
то.
Для технических расчетов можно пользоваться приближенными формулами, так как 11т 0 >->- N ■ Я ■ (1 — А) .
Графически изобразим разброс тока при п = 29,р = 0,7, А=0,578 в зависимости от Кт.0.. Разброс будет определяться формулами (7) и (13).
Рт.о., Ом
Рис. 5. Разброс тока нагрузки при N = р ■ II + 2 ■ д//7 • р • (I — р )
Графически изобразим разброс тока при п = 29, р = 0,7, А е [0,1; 0,8] в зависимости от 7?т о.. Разброс будет определяться формулами (8) и (12).
Рт.о., Ом
Рис. 6. Разброс тока нагрузки при А £ [0,10,8]
Кривые, приведённые на рис. 5 и 6, характеризуют величину нагрузки при разных значениях токоограничивающего сопротивления с учетом случайных событий (количестве одновременно работающих электродных секций и среднего значения напряжения на них в определенный момент времени). Следует отметить, что от первого случайного события нагрузка изменяется медленнее, чем от второго. При большем числе электродных секций п вероятность того, что N будет равно среднему значению, увеличивается (7) и, соответственно, разброс тока (рис. 5) уменьшается. При большем числе работающих электродных секций N вероятность того, что А будет равно среднему значению, увеличивается и, следовательно, разброс тока (рис. 6) уменьшается. Следует также отметить, что применение электродных секций, помимо исключения шунтирования сорных растений с большим сопротивлением, способствует более стабильному характеру нагрузки, а также позволяет увеличить ширину захвата установки при одинаковой мощности источника питания. Характер тока на входе генератора будет несколько отличаться от характера тока, потребляемого электродными секциями, так как индуктивное сопротивление трансформатора и буферная емкость будут сглаживать кривую тока.
Библиографический список
1. Юдаев, И.В. Элекгроимпульсный пропольщик: научное обоснование и компоновка / И.В. Юдаев, И.В. Баев, Т.П. Бренина, П.В. Прокофьев, А.Г. Картушин. - Волгоград: ИПК «Нива» ВГСХА 2007. - 15 с.
2. Юдаев, И.В. Технологическое обеспечение электроимпульсной культивации / И.В. Юдаев, В.И. Баев, И.В. Баев, Т.П. Бренина, П.В. Прокофьев // Вестник Московского государственного областного университета. Серия «Естественные науки»; №3. - М.: Издательство МГОУ, 2006. - С. 19-23.
