Введение к работе
Актуальность темы. Мостовое земледелие относиться к числу наиболее перспективных направлений развития полеводства, поскольку позволяет существенно повысить его эффективность' за счет увеличения урожайности, использования наиболее удобной электрической энергии, возможности полной или частичной автоматизации процессов в полеводстве и устранения таких недостатков традиционного полеводства, как переуплотнение почвы, нарушение плодородия и др.
В странах с развитым сельским хозяйством (США, Великобритания, Франция, Япония, Австралия, Нидерланды и др.) развитию мостового земледелия уделяется первостепенное внимание. Необходимость активизации научных исследований этого направления в России отмечается в документах РАСХН и ВАК РФ.
Разработка мостового комплекса на базе дождевальной машины фронтального действия "Кубань-Э" с центральным электроснабжением, активно проводящайся-в краснодарском крае совместными усилиями Крайводхоза, Куб ГАУ, ВИЭСХа и рядом других организаций, потребовалй-решения ряда новых инженерных задач и, в частности, разработки методов расчета и анализа переменных параметров разветвленных электрических сетей мостовых комплексов. Такие сети характеризуются большой протяженностью ЛЭП и наличием двигателей оказывающих значительное взаимовлияние на параметры нагрузки.
Большой вклад в решение научных проблем электропривода и электрификации мобильных процессов в полеводстве внесли работы Мусина A.M., Листова ПН., Лебедева СП., Титова B.C. и др. Научные школы этого направления сложились в ВИЭСХе, в Челябинским ГАИУ, Горском СХИ, на Украине, в Грузии. Однако специфика многодвигательного электропривода мостовых комплексов остается малоизученной проблемой. Исследования, направленные на разработку методов анализа и математического моделирования электрической сети широкой гаммы мостовых комплексов, позволяют
расширить возможности разработки новых мостовых комплексов и электрифицированных машин и агрегатов для усовершенствования действующих.
Тема диссертации связанна с комплексным планом НИР КГАУ, тема №16.4: "Разработка энергосберегающего электропривода мостового комплекса орошаемого земледелия"
Цель работы - разработать математическую модель электрической цепи мостового комплекса орошаемого земледелия для обоснования параметров электрооборудования при разработке различных конструктивных вариантов мостовых комплексов.
Объект исследования - электрическая сеть мостовых комплексов орошаемого земледелия с многодвигательным электроприводом на базе трехфазных асинхронных короткозамкнутых электродвигателей.
Предмет исследования - механическая характеристика электродвигателей современных серий в области скольжений от 0 до критического, режимы нагружения электроприводов в составе мостового комплекса, взаимное влияние нагружения электроприводов отдельных машин в составе комплек-. са и параметры силовой цепи мостового комплекса.
Методика исследований. Теоретические исследования многодвигательного электропривода, работающего в сеги с ограниченной пропускной способностью, базируется на использовании классических методов расчета переменных параметров электрической цепи с дополнением новыми методами определения расчетного скольжения двигателей, учета нелинейности параметров асинхронных-электродвигателей и взаимного влияния электроприводов на режим нагружения. Электрическая цепь мостового комплекса представлена традиционной схемой замещения ее отдельных элементов.
Моделирование электродвигателей в составе комплекса основано на новой аппроксимации механической характеристики асинхронного двигателя и использовании метода возмущений для определения рабочего нагружения в комплексе с рабочей машиной в стационарных и квазистационарных режимах.
Экспериментальные исследования проводились на экспериментальном электрифицированном мостовом комплексе "Кубань" в учхозе
"Краснодарское" КГАУ и в лабораториях кафедры электрических машин и электропривода КГАУ.
Научная новизна заключается в получении новой аппроксимации механической характеристики асинхронных двигателей серии 4А и АИР в диапазоне скольжений от 0 до критического, использовании нового подхода к определению рабочего скольжения асинхронного электродвигателя, позволяющего повысить точность расчетов и адаптированно к использованию на ЭВМ, в разработке алгоритмов решения вычислительных задач и построении математической модели электрической сети мостового комплекса, обосновании параметров силового электрооборудования конкретного мостового комплекса.
Практическая ценность работы. Разработанная математическая модель электрической цепи мостового комплекса позволяет прогнозировать работу электрической цепи в различных ситуационных задачах и для широкого круга используемых рабочих машин. Модель может использоваться для проверки и корректировки проектных решений при выборе параметров распределительной сети и электропривода мостовых комплексов. Использование модели позволило обосновать параметры распределительной сети, технологического оборудования и электропривода мостового комплекса "Кубань" и выработать рекомендации по его использованию. Разработанная методика расчета локальной электрической сети с многодвигательным электроприводом и математическая модель могут быть использованы в смежных областях, как сети горнодобывающих комплексов, транспортных средств и др.
Реализация результатов исследований. Рекомендации по оптимальному выбору параметров распределительной сети, технологического оборудования и электроприводов, а так же рекомендации по управлению технологическим оборудованием комплекса реализованы в экспериментальном образце электрифицированного мостового комплекса "Кубань". Методика анализа состояния электрической цепи и проверки проектных решений передана в про-ектно-изыскательный институт "Кубаньводопроект", для использования при проектировании электрифицированных мостовых комплексов, используемых в орошаемом земледелии.
Публикация результатов работы. Основные научные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях Кубанского госагроуниверситета в 1990-1997 гг., на научно-практической конференции Кубанского технологического университета в 199S г., на научных конференциях краевой школы семинара молодых ученых (г.Краснодар) в 1995 и 1997 гг., Челябинского госагроинженерного университета в 1993 г.
Объе^ работы. Диссертация состоит из из введения, пяти глав, общих выводов,/списка использованной литературы из 107 наименований и приложений, содержит 11S страниц, включая 19 рисунка и 11 таблиц.
Приложение содержит программу для ПЭВМ по определению коэффициентов аппроксимационного выражения и таблицы с их численными значениями для АД серии 4А в диапазоне синхронных скоростей от 750 об/мин до 3000 об/мин, математическая модель реализованная на программном языке Visual Basic v.3.0., а также фрагменты экспериментальных значений переменных параметров сети мостового комплекса.
На защиту выносится следующие научные и практические положения работы:
-
Новая аппроксимация устойчивой части механической характеристики асинхронного двигателя, с учетом нелинейности параметров схемы замещения и переменного уровня напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя.
-
Использование метода возмущений для определения нагружения асинхронного электродвигателя в стационарных режимах с учетом механической характеристики рабочей машины и напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя.
-
Методика и результаты расчета электрической цепи мостового комплекса на базе ЭДМФ"Кубань-Э".
-
Результаты испытаний электрической цепи мостового комплекса.
5 Рекомендации по использованию модели электрической цепи для проектирования электрооборудования мостового комплекса на базе ЭДМФ "Кубань-Э"
