CC BY
37
Инженерия Д7
ОДНОФАЗНО-ТРЕХФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ МАШИН
С. Ю. ЕРЕМОЧКИН,
аспирант, Алтайский государственный технический университет имени И. И. Ползунова
656038, Алтайский край, г. Барнаул, пр. Ленина, д. 46; тел. 89231669110; e-mail: [email protected]
Положительная рецензия представлена А. А. Багаевым, доктором технических наук, профессором, заведующим кафедрой электрификации и автоматизации сельского хозяйства Алтайского государственного аграрного университета.______________________________________________________________________________________________
Ключевые слова: электропривод, трехфазный электродвигатель, система управления, коммутатор, векторно-алгоритмическое управление.
Keywords: electric drive, three-phase electric motor, control system, commutator, vector-algorithmic control.
Сельское хозяйство является одной из самых важных отраслей экономики России. В развитии сельского хозяйства России все большую роль играют фермерские хозяйства и хозяйства населения [1]. Развитие сельского хозяйства сопровождается увеличением потребления энергии, в общем балансе которой значительную и быстро растущую долю занимает электрическая энергия. Большинство фермерских хозяйств и хозяйств населения находится в отдаленной сельской местности, для которой при проектировании систем электрификации применяются более простые и экономичные решения по распределению электроэнергии. По этой причине электроснабжение отдаленных хозяйств зачастую осуществляется от однофазной сети переменного тока. Основными потребителями электроэнергии в сельском хозяйстве в настоящее время являются электроприводы различных сельскохозяйственных электрифицированных машин, механизмов и поточных линий, а также систем вентиляции и микроклимата. Наибольшее распространение для электроприводов сельскохозяйственных машин получили трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором [2].
В настоящее время наибольшее распространение получили три способа включения трехфазного асинхронного электродвигателя в однофазную сеть:
— прямое включение;
— с использованием емкостных или индуктивноемкостных фазосдвигающих цепей;
— с помощью частотного преобразователя [3].
Главный минус первых двух способов запуска и
работы трехфазного электродвигателя от однофазной сети — это низкое значение момента и развиваемой мощности по причине эллиптической формы электромагнитного поля статора, а также необходимость в наборе конденсаторов различной емкости при различной величине нагрузки. Применение известных частотных преобразователей с явно выраженным звеном постоянного тока в однофазной сети для питания трехфазных асинхронных электродвигателей в ряде случаев экономически нецелесообразно.
Цель и методика исследований.
На основании вышеизложенного целью исследований является разработка устройства питания трехфазных асинхронных электродвигателей от однофазной сети переменного тока и проведение экспериментальных исследований разработанного электропривода. При непосредственном питании от однофазной сети переменного тока для запуска и работы трехфазного асинхронного короткозамкнутого
50
электродвигателя целесообразно использовать однофазно-трехфазный полупроводниковый реверсивный коммутатор, ведомый сетью (рис. 1) [4].
Сплошные и пунктирные линии со стрелками вдоль обмоток статора двигателя — соответственно прямое и обратное направление тока в обмотках статора.
В рамках экспериментальных исследований была проведена модернизация электропривода установки пневматического транспорта зерновых УПТ-6 в ООО «Мельник». Специализацией ООО «Мельник» является сбор и обработка сельскохозяйственных зерновых культур. Большинство пахотных земель ООО «Мельник» сосредоточены в отдаленных степных и лесостепных местностях Первомайского района Алтайского края, в которых электроснабжение осуществляется в основном от однофазного источника электроэнергии.
С целью механизации всех работ с зерном и обеспечения выполнения механизированным способом всех технологических операций при хранении и сушке зерна в ООО «Мельник» используется установка пневматического транспорта зерновых УПТ-6. Принципиальная схема (рис. 2) установки проста: вентилятор высокого давления (1) создает вакуум в заборном циклоне (2), в который по приемному
Принципиальная электрическая схема однофазнотрехфазного транзисторного реверсивного коммутатора,
ведомого однофазной сетью Где:
Ф — фаза источника переменного напряжения; 0 — ноль источника переменного напряжения; L1, L2, L3 — статорные обмотки трехфазного
электродвигателя; ^1, ^2, ^3 — ток в статорных обмотках L1, L2 и L3
соответственно;
UL1, UL2, UL3 — напряжение в статорных обмотках L1, L2 и
L3 соответственно; VT1, VT2 — биполярные транзисторы.
'М'М'М. т-эуи. пэгоб. ги
Инженерия
трубопроводу (3) засасывается зерно с помощью специального заборного устройства (4) в определенной пропорции с воздухом. Освободившийся в циклоне от зерна воздух подается вентилятором в напорный трубопровод (5), через шлюзовое устройство (6), разделяющее вакуум циклона и давление напорного трубопровода и одновременно пересыпающее зерно в напорный трубопровод, по которому продукт поступает в точку выгрузки (7).
С целью обеспечения функционирования установки УПТ-6 в отсутствие трехфазного источника электроэнергии была проведена модернизация электропривода путем установки однофазно-трехфазного полупроводникового реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью. Однофазно-трехфазный полупроводниковый реверсивный коммутатор, ведомый однофазной сетью, позволяет осуществлять запуск и работу трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя УПТ-6 от однофазной сети переменного тока посредством векторно-алгоритмической коммутации статорных обмоток.
Векторно-алгоритмическое управление однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью, осуществляется следующим образом. В статорные обмотки трехфазного асинхронного двигателя подается однофазное переменное напряжение посредством коммутации соответствующих полупроводниковых ключей (транзисторы УТ1 и УТ2), обеспечивающих получение вращающегося магнитного поля статора (рис. 3).
Кроме того, в работе однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью, используется свойство транзисторов пропускать ток в ключевом режиме в прямом и обратном направлениях вследствие симметричной структуры.
Для обеспечения вращения вектора магнитного потока вращающегося поля статора двигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на
смесь воадух-процукт
Рисунок 2
Принципиальная схема установки УПТ-6
Векторная диаграмма кругового вращающегося поля статора электродвигателя
рис. 3, в последовательности І-П-Ш-ГУ-У-УІ, необходимо подавать управляющее напряжение на базы транзисторов УТ1 и УТ2 в следующей последовательности. В начальный момент времени Ш (рис. 4) подается отпирающее управляющее напряжение на базу транзистора УТ2. Ток протекает по обмотке L1 в прямом направлении, по обмотке L3 в обратном направлении (рис. 5) — обеспечивается получение Г фиксированного положения вектора магнитного потока поля статора.
В момент времени и (рис. 4) подается отпирающее управляющее напряжение на базу транзистора УТ1, транзистор УТ2 остается открытым. Ток протекает по обмотке L1 в прямом направлении, по обмоткам L2 и L3 в обратном направлении — обеспечивается получение ГГ фиксированного положения вектора магнитного потока поля статора. В момент времени t2 снимается отпирающее управляющее напряжение с базы транзистора УТ2, транзистор УТ1 остается открытым. Ток протекает по обмотке L1 в прямом направлении, по обмотке L2 в обратном направлении—
№№№. т-Э¥и. ПЭГОб. Ги
51
Инженерия Д7
Рисунок 4
Осциллограммы напряжений статорных обмоток двигателя
обеспечивается получение III фиксированного положения вектора магнитного потока поля статора. В момент времени t3 снимается отпирающее управляющее напряжение с базы транзистора УТ1 и подается на базу транзистора УТ2. Ток протекает по обмотке L1 в обратном направлении, по обмотке L3 в прямом направлении — обеспечивается получение IV фиксированного положения вектора магнитного потока поля статора. В момент времени t4 подается отпирающее управляющее напряжение на базу транзистора УТ1, транзистор УТ2 остается открытым. Ток протекает по обмотке L1 в обратном направлении, по обмоткам L2 и L3 в прямом направлении — обеспечивается получение У фиксированного положения вектора магнитного потока поля статора. В момент времени t5 снимается отпирающее управляющее напряжение с базы транзистора УТ2, транзистор УТ1 остается открытым. Ток протекает по обмотке L1 в обратном направлении, по обмотке L2 в прямом направлении — обеспечивается получение У! фиксированного положения вектора магнитного потока поля статора. Далее алгоритм работы повторяется.
Результаты исследований.
Запуск электродвигателя производился на холостом ходу по вышеприведенному порядку работы без изменения частоты тактирования транзисторов, но с использованием ШИМ для уменьшения напряжения и тока во время пуска. В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что электропривод установки пневматического транспорта зерновых с использованием однофазного-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью,
52
Рисунок 5
Направления магнитного потока и протекающего тока по
обмоткам статора электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на рис. 3.
работает четко и без сбоев. Запуск и работа трехфазного асинхронного электродвигателя (тип АДМ90Ь4Н2, р = 12,1 кВт, П{ = 1400 об./мин., ООБф = 0,8) установки осуществлялась от однофазной сети посредством векторно-алгоритмической коммутации статорных обмоток. Работа электропривода осуществлялась с 50, 60 и 70 % загрузкой. Нагрева электродвигателя до недопустимой температуры не наблюдалось. Режим работы механизма длительный. При нагрузке, равной номинальной, обмотки электродвигателя нагревались до температуры 50 градусов за 45 минут.
На основании вышеизложенного можно заключить, что с использованием предлагаемого однофазного-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью, возможно осуществлять запуск и работу трехфазных асинхронных короткозамкнутых электродвигателей от однофазной сети переменного тока на нагрузке, не более 70 % от номинальной, что во многих случаях удовлетворяет условиям эксплуатации. У предлагаемой схемы запуска и работы трехфазных асинхронных короткозамкнутых электродвигателей от однофазной сети имеются следующие достоинства:
— нет громоздких бумажных конденсаторов;
— нет сложного двойного преобразования энергии, что понижает общий коэффициент полезного действия, как при частотном управлении;
— более низкие эксплуатационные расходы;
— более низкая стоимость всей установки;
— повышенная надежность.
Выводы.
Разработанный однофазно-трехфазный транзисторный реверсивный коммутатор, ведомый однофазной сетью, рекомендуется для широкого
'М'М'М. т-эуи. пэгоб. ги
использования в нерегулируемом электроприводе короткозамкнутых электродвигателей, питание котосельскохозяйственных электрифицированных машин рых осуществляется от однофазной сети переменного с использование трехфазных асинхронных тока.
Литература
1. Гайдар Е. Т. Кризисная экономика современной России: тенденции и перспективы : учебник. М. : Проспект, 2010. 656 с.
2. Khalina T. M., Stalnaya M. I., Eremochkin S. Y. The rational use of the three phase asynchronous short circuited electric motors in a single phase network // The Seventh International Conference on Technical and Physical Problems of Power Engineering (ICTPE-2011). 2011. № 22. P. 105-107.
3. Сабинин Ю. А., Ковчин С. А. Теория электропривода : учебник для вузов. М. : Энергоатомиздат, 2000. 496 с.
4. Стальная М. И., Еремочкин С. Ю., Халтобина Т. А. Патент №109938 МПК Н02Р 27/16 (2006.01) «Однофазно-трехфазный транзисторный реверсивный коммутатор, ведомый однофазной сетью». № 2011120730/07(030632). Дата подачи заявки 23.05.2011.
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ
О. Г. ОГНЕВ,
доктор технических наук, профессор,
Санкт-Петербургский государственный аграрный университет,
И. Г. ОГНЕВ,
кандидат технических наук, доцент,
Ю. Н. СТРОГАНОВ,
кандидат технических наук, доцент,
Уральская государственная сельскохозяйственная академия
620048, г. Екатеринбург, ул. К. Либкнехта, д. 42
Положительная рецензия представлена Ю. Н. Сидыгановым, доктором технических наук, профессором (Поволжский государственный технологический университет).
Ключевые слова: технические средства, растениеводство, критерии оценки, адаптивные свойства, система машин, методы, количественная оптимизация, системные параметры.
Keywords: means, plant growing, criteria of an estimation, adaptive properties, system of machines, methods, quantitative optimization, system parameters.
На снижение эффективности работы предприятий АПК в последние годы определяющее влияние оказывает технический фактор: ухудшение количественного и качественного состава парка технических средств, параметров его использования. В результате разрушения комплексной целостности системы технической оснащенности земледелия, выхода системных показателей за границы оптимальных значений, ее способность эффективно функционировать, особенно при неустойчивости входных (прежде всего стоимостных) возмущений, существенно ухудшилась. Низкая вероятность улучшения оснащенности АПК техникой в ближайшее время определяет, для повышения общей рентабельности производства продукции растениеводства, первоочередную роль улучшения эффективности эксплуатации, обеспечения высоких качественных характеристик функционирования технических средств сельскохозяйственных предприятий.
Весь набор технических средств растениеводства должен представлять собой единую 'М'М'М. т-эуи. пэгоб. ги
сбалансированную, комплексную систему, обеспечивающую наилучшие характеристики качества ее функционирования. Для этого система должна быть адаптирована к конкретным условиям существования и оптимизирована (по количественному и качественному составу, режимам использования) к запланированному объему полевых технологических работ.
Главной проблемой интенсивного развития агропромышленного комплекса мира в последнее время становится минимизация энергозатрат, достигаемая использованием ресурсосберегающих технических средств и технологий. В таком случае эффективность системы средств технической оснащенности в растениеводстве можно оценить энергетическим КПД — отношением полученной за какой-либо период времени (полезной) энергии Еп к общим энергозатратам системы Е3 на ее функционирование. Воздействие на адаптивные свойства (энергетический КПД) технической системы земледелия, следовательно, можно осуществлять на двух уровнях:
