Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 11
1.1 Выбор электрооборудования почвенно-экологической лаборатории и анализ его установленной мощности 11
1.2 Анализ существующих автономных источников, применяемых в АПК ... 20
1.3 Существующие методы и схемы стабилизации напряжения асинхронных генераторов . 24
1.4 Современный уровень развития технических и электротехнологических показателей статорных обмоток асинхронных генераторов 31
1.5 Выводы, обоснование рабочей гипотезы, цель работы и задачи исследования . 36
2 Разработка и исследование асинхронного генератора с шестизонной обмоткой статора 38
2.1 Математическая модель асинхронного генератора с серийной обмоткой статора при включении несимметричной нагрузки 38
2.2 Синтез схемы шестизонной обмотки статора асинхронного генератора . 58
2.3 Математическая модель асинхронного генератора с шестизонной обмоткой статора при включении несимметричной нагрузки 66
2.4 Выводы по второй главе 73
3 Результаты расчетов и лабораторных исследований асинхронного генератора с шестизонной обмоткой 74
3.1 Оценка степени стабилизации напряжения асинхронного генератора с серийной, автотрансформаторной и шестизонной обмоткой статора. 74
3.2 Методика и результаты испытания асинхронного генератора с шес-тизонной обмоткой статора . 83
3.3 Выводы по третьей главе 102
4 Экономическое обоснование применения асинхронного генератора с шестизонной обмоткой статора в автономном источнике питания 103
4.1 Экономическая эффективность внедрения асинхронного генератора с шестизонной обмоткой статора в автономном источнике при проведении полевого почвенного обследования 103
4.2 Выводы по четвертой главе . 114
Выводы 115
Литература .
- Анализ существующих автономных источников, применяемых в АПК
- Синтез схемы шестизонной обмотки статора асинхронного генератора
- Методика и результаты испытания асинхронного генератора с шес-тизонной обмоткой статора .
- Экономическая эффективность внедрения асинхронного генератора с шестизонной обмоткой статора в автономном источнике при проведении полевого почвенного обследования
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Проблема рационального использования почв в Краснодарском крае заключается в улучшении мониторинговых исследований, разработке и внедрении технологий, адаптивных к природным условиям региона, обеспечивающих воспроизводство плодородия почв.
В связи с этим разработана нормативная база в виде постановления правительства, федерального закона и концепции развития сельских территорий.
Улучшения качества, сокращение сроков проведения почвенного мониторинга, ведущего к сокращению стоимости обследования, невозможно без применения новейшего электрооборудования, что диктует новые требования к автономным источникам питания.
Включение однофазных токоприемников к трехфазным автономным источникам соизмеримой мощности – это особый режим для генератора, требующий дополнительных исследований для определения оптимальной конструкции статорной обмотки. С учетом специфики электрооборудования почвенно-экологической лаборатории существует необходимость в разработке автономного источника питания с асинхронным генератором, который будет находиться в передвижной лаборатории и питать необходимое однофазное и трехфазное электрооборудование.
Работа выполнена по плану НИР Кубанского ГАУ ГР 01.2006.06851 – раздел 27.1 (2006 - 2010 гг.); № ГР 01.2011.53641 раздел – 27.4 (2011 - 2015 гг.).
Рабочая гипотеза – используя нагрузочную диаграмму подключений электрооборудования для технологического процесса анализа почвы в полевых условиях и учитывая требования к качеству электроэнергии для данного электрооборудования можно разработать асинхронный генератор автономного источника с особой конструкцией обмотки статора для электроснабжения однофазного и трехфазного электрооборудования почвенно-экологической лаборатории.
Целью работы является обоснование и разработка параметров обмотки статора асинхронного генератора, позволяющей рационально использовать габарит электрической машины и обеспечивающей максимальную загрузку асин-3
хронного генератора с нормированным качеством электрической энергии при питании однофазного и трехфазного электрооборудования почвенно- экологической лаборатории для оперативных мониторинговых исследований почвы в полевых условиях.
Задачи исследования:
-
Определить состав электрооборудования для проведения исследования почвы в полевых условиях, смоделировать график электрических нагрузок поч-венно-экологической лаборатории и обосновать параметры асинхронного генератора автономного источника электропитания.
-
На основе современной матричной теории разработать шестизонную обмотку статора, позволяющую рационально использовать габарит электрической машины и обеспечивающую максимальную загрузку асинхронного генератора с нормированным качеством электрической энергии при питании однофазного и трехфазного электрооборудования почвенно-экологической лаборатории.
-
Разработать математическую модель асинхронного генератора и проверить ее работоспособность в пакете MathСad с серийной, автотрансформаторной и шестизонной обмоткой статора при включении несимметричной однофазной и трехфазной нагрузки.
-
Рассчитать, изготовить и провести лабораторные исследования экспериментального образца асинхронного генератора с шестизонной обмоткой и сравнить с характеристиками генератора с серийными обмотками.
-
Провести сопоставление теоретических и экспериментальных данных степени стабилизации напряжения асинхронного генератора с серийной, автотрансформаторной и шестизонной обмоткой статора.
6. Выполнить технико-экономическое обоснование эффективности при
менения асинхронного генератора с шестизонной обмоткой для питания элек
трооборудования почвенно-экологической лаборатории.
Объект исследования – электрооборудование почвенно-экологической лаборатории, графики электрических нагрузок, асинхронный генератор с ше-4
стизонной обмоткой статора с конденсаторным возбуждением, схемы регулирования и стабилизации напряжения асинхронного генератора.
Предмет исследования – внешние и регулировочные характеристики асинхронных генераторов, электромагнитные и конструктивные параметры обмоток статора и их влияние на качественные характеристики асинхронных генераторов, компьютерные модели асинхронных генераторов.
Методы исследования базируются на теории электромеханики, системного анализа, математического и компьютерного моделирования, матричной теории формирования схем обмоток статора, на учете воздействия параметров обмоток статора и ротора на магнитное состояние асинхронных генераторов. Компьютерное моделирование выполнено в программных продуктах MathCad. Экспериментальные исследования асинхронных генераторов выполнены на специальном испытательном стенде, запатентованном Кубанским ГАУ.
Научную новизну работы составляют:
1. Математические модели асинхронного генератора с серийной, авто
трансформаторной и шестизонной обмотками статора для определения внеш
них характеристик при несимметричном подключении однофазной и трехфаз
ной нагрузки.
-
Методика определения рациональной мощности асинхронного генератора по графикам электрических нагрузок при случайной однофазной и трехфазной переменной нагрузке, создаваемой электрооборудованием почвенно-экологической лаборатории.
-
Параметры шестизонной обмотки статора, полученные методом фазной модуляции, позволяющие рационально использовать габарит электрической машины и обеспечивающие максимальную загрузку асинхронного генератора с нормированным качеством электрической энергии при питании однофазных и трехфазных электропотребителей.
Практическая значимость работы заключается:
- в результатах сравнительных испытаний существующих автономных источников с синхронными и асинхронными генераторами;
в выборе электрифицированного лабораторного оборудования для проведения почвенного анализа в полевых условиях и инженерной методике расчета необходимой мощности автономного генератора по электрическим нагрузкам и установлению требований к автономному генератору (свидетельство на программный продукт № 2012615763);
в разработке методики расчета обмоток статора и их параметров с использованием емкости конденсаторов возбуждения с учетом размагничивающего действия короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного генератора, позволяющей проектировать новые и модернизировать существующие источники электроэнергии;
- в новых технических решениях для стабилизации напряжения асин
хронных генераторов (патенты № 2373630, 2457612); генераторных установок и
источников питания (патенты № 2332772, 2332773, 2332779, 2336151, 2356709);
новой схеме двухполюсной обмотки статора (патент № 2475927);
- в экспериментально полученных внешних и регулировочных характери
стиках образцов асинхронного генератора с шестизонной обмоткой для рацио
нального использования габарита асинхронного генератора, адаптированного
для питания трехфазного и однофазного электрооборудования почвенно- эко
логической лаборатории;
- в технико-экономическом обосновании эффективности применения
асинхронного генератора с шестизонной обмоткой для питания электрообору
дования почвенно-экологической лаборатории.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований реализованы в экспериментальных образцах асинхронных генераторов. Материалы исследований применяются в учебном процессе на факультете энергетики и электрификации Кубанского ГАУ и научной деятельности Всероссийского научно- исследовательского института риса.
Апробация работы. Основные положения и выводы диссертации доложены и одобрены на ежегодных научных конференциях Кубанского ГАУ (2007-2013 гг.); на ежегодных Всероссийских научно-практических конферен-6
циях молодых ученых «Научное обеспечение АПК» (2008-2013 гг.); на 6-й Международной научно-практической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» ГНУ ВИЭСХ (г. Москва, 2008 г.); Международном конгрессе (г. Санкт-Петербург, 2009 г.); Всероссийских научно-практических конференциях (г. Ставрополь, 2010 и 2012 гг.).
Публикации результатов работы. Основные положения работы опубликованы в 31 печатной работе, в том числе 10 патентах РФ на изобретения, 7 статьях, опубликованных в изданиях из перечня ВАК и одном свидетельстве на программный продукт.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения с обоснованием задач исследований, 4 глав, основных выводов по работе, списка литературы, включающего 171 наименование и приложения. Общий объем диссертации составляет 191 страницу машинописного текста, включая 86 рисунков, 15 таблиц, 61 страницу приложений.
Анализ существующих автономных источников, применяемых в АПК
В практической деятельности сельскохозяйственному предприятию часто требуется провести быстрый анализ почв участка или всех посевных площадей. Экспресс-анализ не дает развернутых результатов, таких как лабораторные исследования почв, но позволяет сократить сроки исследований и их стоимость. Качество почв начинают определять с визуального осмотра, в ходе которого определяется типология почвы на сельскохозяйственном участке. Затем производится непосредственный отбор и проведение анализа почвы. Отбор почв может выполняться как для экспресс-анализа почвы, так и для комплексной оценки почвы и может производиться совместно для обоих исследований. Экспресс-анализ почв проводится с использованием портативной экспресс лаборатории, например, SCL-12, SТH, AST и др. Применение фотометрических приборов в таких лабораториях позволяют существенно снизить сроки проведения анализа почвы.
Отбор проб для агрохимического обследования почв проводят в течение всего вегетационного периода. На полях, участках сенокосов, пастбищах, лесных питомниках, где доза внесенных минеральных удобрений по каждому их виду составляла более 90 кг действующего вещества на 1 га, пробы отбирают спустя 2 месяца после внесения удобрений [53, 55].
Для учета показателей плодородия [54, 57] сроки определены следующие: 1 раз в 15 лет сбор и анализ данных общих показателей - мощность гумусового горизонта, уклоны поверхности, название почвы, включая почвообра-зующую породу и др., 1 раз в 5 лет сбор данных физических и химических показателей: плотность почвы, кислотность, щелочность, содержание подвижного фосфора, содержание макро- и микроэлементов (Са, Mg, Zn, Cu, Mo, S, В), содержание минеральных форм азота и др. [61]. Образцы пахотного слоя для детального исследования обычно отбирают на мощность этого слоя, обычно до глубины 20 см. В специальных исследованиях образцы берут из слоев 0 – 20, 20 – 40 и 40 – 60 см. Для агрохимического обследования обычно отбирают образцы почвы на глубину до 30 см. Для подробной характеристики почвенного профиля образцы отбирают из почвенных разрезов или буровых скважин сплошной колонкой мощностью по 10 см или 20 см послойно до глубины 2 м и более [43, 66]. Для отбора проб почвы используются пробоотборник почвы – бур.
Существуют ручные пробоотборники, пробоотборники пневматического типа и пробоотборники с электрическим приводом.
Ручные пробоотборники наиболее распространены, т.к. они не требуют дополнительных устройств, имеют небольшую массу и значительно дешевле других пробоотборников. Наиболее распространены следующие типы изделий для отбора почв – буры Эдельмана, ручные пробоотборники марки АМ-6, АМ-26 [91, 93]. Бурами часто не получается отобрать пробы почв, в связи с физическими особенностями определенных типов почв (слитых, уплотненных).
В настоящее время самый современный и быстрый пробоотборник гидравлического типа, который монтируется к шасси машины или трактора (рисунок 1.1). Время цикла взятия пробы составляет 2-5 секунд. Основными их недостатками являются: очень высокая стоимость, сложность в эксплуатации и необходимость в специальной подготовке персонала.
В настоящее время широко используют электрические сверлильные машины для отбора проб грунта на различную глубину. Как правило, мощность электробуров колеблется от 0,6 до 1,8 кВт с напряжением питания 220 В. Применение их обосновано для почвенных лабораторий, в которых имеется автономный источник для питания лабораторного и вспомогательного оборудования. От него же и получают питание электрические сверлильные машины. Они могут быть в виде ручного инструмента для отбора проб почвы до 1 м, например, сверлильная машина DS-101D мощностью 1,8 кВт, а могут быть в виде сверлильной установки для отбора почвы до 30 см, например сверлильная машина DS-5V 0,6 кВт, рисунок 1.2.
Почвенный гидравлический пробоотборник Niefeld N-2005 а) и цилиндрический почвенный бур с бензиновым отбойным молотком б)
Особенностями отбора проб при помощи электрического инструмента являются: низкая стоимость, удобство при использовании (уровень шума ниже, небольшая масса от 3 до 10 кг) в сравнении с приводом от двигателей внутреннего сгорания.
Для деления проб используют различные делители проб. Например, делитель проб Laborette 27 мощностью 90 Вт на напряжение 220 В рисунок 1.3. Почва, взятая в поле, должна быть высушена до воздушно – сухого состояния. С этой целью ее расстилают на чистой бумаге слоем 0,5–1,0 см, разла 14 мывают крупные агрегаты, удаляют корни, новообразования и включения [94,
Применяется микроволновая система подготовки проб, например Multiwave 3000 мощностью 1400 Вт, на напряжение 220 В и частоту 50 Гц, которая позволяет произвести высушивание образца, при этом действие происходят при высокой температуре и давлении. Подготовка проб образцов длится от 20 до 45 минут.
Высушенный образец почвы просевают через сито с диаметром отверстий 1 мм. Просеивающие машины AS 400 control мощностью 125 Вт на напряжение 220 В, частоту 50 Гц используются для рассева сухих материалов с контрольными ситами диаметром до 400 мм (рисунок 1.3, а)). Равномерное циркулярное и горизонтальное движение обеспечивает хорошее разделение просеиваемого материала [40, 53].
Для проведения точного анализа почвы в полевых условиях с минимальными затратами времени и снижения трудозатрат применяются разнообразные электронные устройства и электрооборудование.
Синтез схемы шестизонной обмотки статора асинхронного генератора
Моделирование различных нагрузочных режимов АГ возможно лишь при учете нелинейности его характеристики намагничивания. Поэтому для модулируемой машины был проведен опыт ХХ, результаты которого приведены в главе 3 и на ее основе построена зависимость F(B), где В - значение индукции в воздушном зазоре. А общий вид этой зависимости, представляемой как F(2?) = M0/(2?), характеризуется рисунком изображающим функцию уменьшения магнитной связи между обмотками.
Характеристика намагничивания асинхронного генератора и изменение магнитной связи между обмотками
В результате решения системы (2.1) получается значение потокосцепле Ч размер ния всех обмоток АГ. Их величины можно представить вектором которого зависит от числа обмоток АГ. Токи обмоток АГ находятся в результате решения системы алгебраических уравнений методом обратной матрицы где MB - обратная матрица взаимоиндукции между обмотками АГ.
Таким образом, определяются токи всех обмоток АГ. Матрица M учитывает взаимное расположение обмоток в расточке статора АГ, и в дальнейшем она будет представлять для различных схем их соединение.
При изменении нагрузок и схемы соединения обмоток статора АГ распо 42 ложение эквивалентных обмоток ротора не будет меняться. Поэтому в дальнейшем в выражениях записывать уравнения для потокосцеплений обмоток ротора не будем.
В описании математической модели для асинхронного генератора при несимметричном режиме приняты следующие допущения. Существует синусоидальное распределение магнитного поля и МДС вдоль воздушного зазора; наличие симметрии магнитопровода относительно осей a, fiи у; отсутствие потерь в стали и вытеснения тока в проводниках; независимость сопротивлений рассеяния от пространственного положения ротора; постоянство активных сопротивлений обмоток; токи во всех обмотках переменного тока принимаются синусоидальными и равномерным воздушный зазор генератора.
Рисунок 2.3 - Принципиальная схема для математического моделирования асинхронного генератора с серийной обмоткой статора соединенной звездой
Испытания проводились на специализированном стенде [100], в котором приводным двигателем является двигатель постоянного тока независимого возбуждения, то для адекватности моделирования рассматривается система двигатель постоянного тока - асинхронный генератор - нагрузка (рисунок 2.3).
Для схемы статорной обмотки асинхронного генератора, нагрузки и емкости, изображенных на рисунке 2.4 система контурных дифференциальных уравнений будет иметь вид (2.3).
Результатом расчета схемы будут токи І1, І2 Ц ,, поэтому необходимо остальные токи выразить через них. Первое допущение Схема соединения звездой серийной обмотки асинхронного генератора с однофазной нагрузкой и включением емкостей треугольником
При однофазной нагрузке система дифференциальных уравнений упрощается и для схемы статорной обмотки асинхронного генератора, нагрузки и емкости изображенных на рисунке 2.5 система контурных дифференциальных уравнений имеет вид
Использование автотрансформаторных обмоток дают определенные преимущества, как будет показано далее. Чтобы преобразовать схему статорной обмотки в автотрансформаторную, представим обмотку в виде шести частей, причем одна часть обмотки смещена относительно другой на угол в. В каждой фазе статора АГ имеется две полуобмотки с разными токами. Например, в фазе А ток i7 , проходящий по обмотке, создает падение напряжения на ее активном сопротивлении AU7 = (1 - ks)Rs i7. где Rs - активное сопротивление всей обмотки фазы статора. Падения напряжения на активном сопротивлении обмотки w, составит: Схема соединения звездой автотрансформаторной обмотки асинхронного генератора с включением емкостей треугольником для 3-фазной нагрузки, а) и преобразованная трехфазная электрическая машина в осях а , /3 и У , б)
Чтобы не загромождать рисунки с автотрансформаторными обмотками, в частях обмотки не изображены их активные сопротивления, но при моделировании они учтены с теми же индексами. Система дифференциальных уравнений для схемы по рисунку 2.7 следующая
При моделировании асинхронного генератора будут определены токи, проходящие по обмоткам, \, і2, Ц, 4, i5, i6. Для записи системы уравнений и ее однозначного решения необходимо остальные неизвестные \КАВ, Квс, КСА, КА, КВ, he) выразить через токи обмоток. Получим их с помощью преобразований.
Методика и результаты испытания асинхронного генератора с шес-тизонной обмоткой статора .
Уменьшить размагничивающее действие тока нагрузки можно соотношением МДС от тока нагрузки и МДС от тока возбуждения, применяя в генераторе автотрансформаторный вариант статорной обмотки, а также увеличивая воздушный зазор машины. В том и другом случае, снижается степень использования габарита электрической машины практически пропорционально коэффициенту трансформации.
Анализ автотрансформаторной обмотки. При шаге у = 15 в одних и тех же пазах статора расположены проводники катушек последовательной части обмотки с намагничивающим током и общей части обмотки с общим током. По соотношению воздушных зазоров рассчитываемой и машины на базе двигателя АИР112М2 соотношение ЭДС Ев/Ен = 320/240 В (рисунок 3.4), со схемой обмотки (рисунок 2.13).
Схемы подключения трехфазной и однофазной нагрузки к автотрансформаторной двухполюсной обмотке генератора Использование автотрансформаторной обмотки позволяет уменьшить степень размагничивания от тока ротора до 0,07 и емкость возбуждения до 68 мкФ на фазу. Ток в общей части обмотки составит 11,01 А, а активный ток нагрузки 8,9 А. Соотношение амплитуд МДС от номинального тока нагрузки и от тока возбуждения холостого хода составляет 8,9 108/ (6,99 144) = 0,95.
При однофазной нагрузке в фазе А, потери в ненагруженных фазах В и С от тока 1м0 и в последовательной части фазы А от тока 1М составляют 142 Вт. Разности потерь в обмотке базового двигателя (402 - 142) Вт соответствует ток в общей части обмотки 16,1 А, а активный ток нагрузки 14,7 А. Анализ шестизонной двухслойной двухполюсной обмотки того же генератора, E/EH = 474/410 В. Трехфазная нагрузка подключается на выводы Bl, В2, ВЗ. При шаге у = 15 в одних и тех же пазах статора расположены проводники катушек с разным сечением по схеме на рисунок 3.5. Двухполюсная двухслойная обмотка диаметрального шага выполнима только из двух частей, при этом в каждой части вразвалку, что в некоторой степени затрудняет ее практическую реализацию. Положительной особенностью обмотки является то, что проводники частей фаз расположены в тех же пазах статора и могут иметь разное сечение, учитывая характер изменения тока при нагрузке на выводах «Н».
Особенностью обмотки является то, что при нагрузке на выводы «В» токи в частях обмотки разные (рисунок 3.6). При активном токе 6,4 А (ток нагрузки) во внешней цепи линейный ток равен 11,1 А. Витки с током (рисунок 3.6) + 1А = 10,23 А выполнены из двух проводов, а витки с током 1А + 1вм = 3,68 А из одного провода. В пазу 18 проводников диаметром d/dиз = 0,95/1,015 м и сечением 0,708 мм2, а также 36 проводников диаметром d/dиз = 1,06/1,14 м и сечением 0,88 мм2. Активное сопротивление 108 витков каждой части равно 2,38 Ом и 0,96 Ом. Потери в обмотке равны 97 + 301 = 398 Вт, не превышают потери в обмотке базового двигателя, как было уже нами показано в [156].
При том же токе нагрузки, что и в автотрансформаторной обмотке 9,5 А, а в пересчете на ток внутри кольца - 5,54 А, соотношение амплитуд МДС от номинального тока нагрузки и от тока возбуждения холостого хода составляет 3 216 0,828 5,48/((3 324 0,637) 4,46 = 1,02).
Особенность шестизонной обмотки состоит в том, что при однофазной нагрузке на части обмотки с меньшим активным сопротивлением из-за падения напряжения на этом участке и уменьшения ЭДС этого участка происходит выравнивание напряжений на всех участках за счет уравнительного тока в кольце. В результате этого эффекта ток нагрузки во внешней цепи больше тока нагрузки внутри нагруженной части обмотки.
Анализ экспериментального генератора на базе двигателя 4A100S4 с шестизонной обмоткой (рисунок 2.21). Параметры АД и расчетные данные АГ: D = 0,95 м; / = 0,11 м; 11н = 6,7 А; cosq)H = 0,82; w = 360; ko6= 0,637; В = 0,9 Тл; kju = 1,65; д = 0,3 мм; k = 1,32; Z/Z2 = 36/28; соотношение ЭДС 266/230 В; соотношение сечения проводников в частях обмотки 2/1 (приложение Д).
Расчетное сопротивление частей обмоток 2,44 Ом и 1,22 Ом. Намагничивающий ток / =3 А и степень размагничивания от тока ротора при номинальной нагрузке равна 0,217. С учетом увеличенной индукции принимаем степень размагничивания номинального тока ротора равной 0,2. Расчетное значение емкости конденсаторов 42 мкФ.
При активном токе нагрузки 1Н = 5,5 А и токах в частях обмотки IAM + ІА = 8,2 А и 1А + 1вм = 3,27 А потери в обмотках л0= л12+ л11=3-(8,72- 12+3,72і?11) = = 3-(8,22 -1,22 + 3,272 -2,44) = 246 + 78 = 324 Вт. Они практически совпадают с потерями в статорной обмотке базового двигателя (паспортные данные 320 Вт). Соотношение амплитуд МДС 3 210 0,828 5,5 /((3 360 0,637) 3,6 = 1,1).
Без учета перераспределения токов при однофазной нагрузке потери в 5 из 6 частей обмотки составляют 100 Вт. Разности потерь (320 - 100) Вт соответствует ток в обмотке 11но = л/220/1,22 = 13,5 А. Активный ток однофазной нагрузки hnoa = Jl12o t = 1 3,52 _ 32 =13,2 А. Из расчетов (рисунок 3.7) видно, что увеличение зазора с 0,3 (серийный двигатель) до 0,37 мм потери электрические будут составлять 142,1 Вт, что приведет к уменьшению степени размагничивания - 0,167 при роторе со скосом пазов. При роторе без скоса пазов увеличение зазора до 0,36 даст уменьшение степени размагничивания - 0,143, потери электрические в обмотке будут составлять 144,7 Вт, как показано на рисунках 3.8 и 3.9 (приложение Е2, Е3). а)
Экономическая эффективность внедрения асинхронного генератора с шестизонной обмоткой статора в автономном источнике при проведении полевого почвенного обследования
Оптовая цена единицы изделия определяется путем суммирования полной себестоимости и валовой прибыли Пв. Валовая прибыль учитывает экономическую ситуацию в стране, темпы инфляции, риски, уровень цен на данный вид продукции, уровень рентабельности производства или отрасли. С другой стороны она должна учитывать возможное удешевление издержек в условиях где К0ф - стоимость всех видов основных производственных фондов, непосредственно связанных с изготовлением автономного источника, при этом, изготовление новых установок возможно на имеющемся оборудовании, однако необходимы дополнительные затраты на новое оборудование и настройку имеющегося, в сумме 250000 руб.; Кос - пополнение оборотных средств, в состав оборотных средств включаются запасы сырья, материалов, топлива и полуфабрикатов, а также незавершенное производство (7оспринимается в размере20% от себестоимости годового выпуска продукции); Кпр - прочие капитальные вложения, связанные с предотвращением отрицательных социальных, экологических и других последствий, созданием социальной инфраструктуры (Кпр принимается в размере 5% от К0(р + Кос) [97].
Все составляющие капитальных вложений в производственные фонды определяются прямым счетом на основе соответствующей проектно-сметной и технической документации, действующих цен, норм и нормативов.
Капитальные вложения в основные фонды могут быть также рассчитаны исходя из показателей удельной фондоемкости или капиталоемкости действующего производства с учетом их корректировки в зависимости от увеличения объема производимых установок.
Для реализации проекта используется часть собственных средств и берется кредит в 900 тыс. руб. под 20% годовых с равномерными выплатами по кредиту в течение 3 лет. При этом необходимо затратить 226 тыс. руб. собственных средств.
При расчете общих экономических показателей инвестиционного проекта - чистого дисконтированного дохода, внутренней нормы доходности и срока окупаемости необходимо учитывать время на освоение производства и государственные испытания МИС. Поэтому первый год часто связан только с освоением серийного производства и прибыль пойдет только с последующих лет.
При ставке дисконтирования, равной 55 %, чистая приведенная стоимость проекта отрицательна, а при ставке дисконтирования 50 % - положительна. Следовательно, делаем вывод, что ставка дисконтирования, при которой чистая приведенная стоимость проекта равна нулю (внутренняя норма доходности) находится внутри границ диапазона от 55% до 50%. Для ее определения при известных границах диапазона ставки дисконтирования можно воспользоваться следующей интерполяционной формулой:
1. Получены графики нагрузок выбранного электрифицированного оборудования почвенно-экологической лаборатории, которые показывают возможные случайные включения нагрузки. По этим данным, в соответствии с принципом практической уверенности, с вероятностью более чем 0,05 максимальная мощность однофазной нагрузки не превышает 3,2 кВт, а наиболее вероятная мощность однофазной и трехфазной нагрузки составляет 2,5 кВт.
2. Разработана методика повышающая точность расчета и получено свидетельство на программу для ЭВМ по определению оптимальной мощности асинхронного генератора при случайной переменной нагрузке, создаваемой электрооборудованием почвенно-экологической лаборатории.
3. Получена математическая модель асинхронного генератора с серийной, автотрансформаторной и шестизонной обмоткой. Компьютерное моделирование показало, что в нагружаемой фазе до 0,9 кВт наблюдается отклонение напряжения со схемой серийной обмотки: до - 25,4 %, с автотрансформаторной обмоткой: до - 7,1 % и с шестизонной обмоткой: до - 3,0 %.
4. Разработана новая шестизонная обмотка для рационального использования габарита электрической машины, обеспечивающая максимальную загрузку асинхронного генератора с нормированным качеством электрической энергии при питании однофазного и трехфазного электрооборудования. Установлено, что при подключении однофазной нагрузки мощностью 1,1 кВт отклонение напряжения с этой обмоткой выше на 2,9 % в сравнении с автотрансформаторной обмоткой и на 11,9 % в сравнении с серийной обмоткой.
5. Определены основные параметры экспериментальной шестизонной четы-рехполюсной двухслойной обмоткой на базе асинхронного двигателя 4A100S4 с длиной статора /=110 мм.: ширина фазной зоны 120 с диаметральным шагом у = 9, обмоточный коэффициент коб =0,637, соотношение ЭДС на выводах
6. Экспериментальные исследования показали сходимость теоретических и экспериментальных данных: при однофазной нагрузке 1,1 кВт отклонение на 116 пряжения в нагружаемой фазе с шестизонной обмоткой – 3 %, а экспериментально получено значение – 7,9 %. При подключении несимметричной трехфазной нагрузки общей мощностью 2413 Вт и емкостью возбуждения 60 мкФ получено отклонение напряжения на трехфазных выводах генератора из опыта – до 7% , из расчета – до 5,4 %.
7. Получены новые технические решения для стабилизации напряжения асинхронных генераторов (патент RU № 2356709, 2457612); генераторные установки и источники питания (патент RU № 2332772, 2332773, 2332779, 2336151); новая схема двухполюсной статорной обмотки (патент RU № 2475927).
8. Технико-экономическое обоснование эффективности применения асинхронного генератора с шестизонной обмоткой для питания электрооборудования почвенно-экологической лаборатории показало, что при серийном производстве таких автономных источников и затратах на НИОКР в 1126 тыс. руб., чистодисконтированный доход составляет 300 тыс. руб., срок окупаемости – 3,04 года.
