Введение к работе
Актуальность темы. Современные экономические условие ведения сельскохозяйственного производства предполагают новый под-' ход в области электрификации производственных процессов. С другой стороны - сезонность работ, преобладание нестационарных тех-, нологическях процессов, территориальная рассредоточеввость производственных объектов требуют применения различного электрифицированного инструмента и средств малой механизации.
В последние годы развитие подсобных и фермерских хозяйств стимулирует разработку и создание большой гаммы новых электрифицированных машин для работы на мелкоконтурных участках, садах и огородах: почвенные буры, культиваторы, сучкорезы, рыхлители ротационного типа, кормодробилки, электронасосы и т. п..
Массовое использование названных средств электромеханизации ограничено отсутствием надежных электростанций небольшой мощности. Аналогичная ситуация в сельскохозяйственном строительстве, где высока потребность в средствах малой механизация: вибровозбудители, растворомешалки, сварочные устройства и прочее.
Анализ существующих и проектируемых нестационарных токоприемников показывает, что назрела необходимость создания универсальных источников питания малой мощности, способных обслуживать широкую гамму электрифицированных инструментов, а в межсезонье - использоваться для других целей, например, как- источники питания сварочной дуги.
Настоящая работа выполнена в соответствии с планом научной работы кафедры электрических машин и электропривода Кубанского ГАУ по решению проблем: "Разработка и исследование электрифицированных средств малой механизации в растениеводстве и автономных источников питания", 1981 - 1985 гг., № ГР.81.080.742; "Разработка и исследование источников питания средств малой механизации сельскохозяйственного назначения", 1986 - 1990 гг., № ГР.01.060.898; "Разработать энергосберегающие технологии в сельскохозяйственном производстве", 1991 - 1995 гг., № ГР.16; "Сниже-
4 ниє энергозатрат и повышение эффективности электромагнитных аппаратов и источников питания для новых условий сельскохозяйственного производства", 1996 - 2000 гг. и ряд хоздоговорных тем с Калужским заводом "Трансмащ" в 1988 - 1994 гг..
Целью работы является разработка и теоретическое обоснование универрального автономного источника с синхронным генератором для питания сварочной дуги и электрифицированного инструмента в сельскохозяйственном производстве.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
исследовать существующие средства малой механизации по потребляемой мощности, роду тока, напряжению, условиям эксплуатации;
исследовать существующие автономные источники питания средств механизации;
обосновать требования, параметры и области применения универсальных источников питания;
разработать новую принципиальную схему и конструкцию универсального источника питания и исследовать его в статических и динамических режимах с различной нагрузкой;
разработать методики расчета источников питания, элементов и узлов схем;
провести их лабораторные и производственные испытания;
выполнить технико-экономическое обоснование эффективности и разработать рекомендации по использованию универсальных источников питания.
Объектом исследования является автономный универсальный источник питания с приводным двигателем внутреннего сгорания.
Предметом исследования является универсальный синхронный генератор с аппаратурой управления.
Методика исследования включает аналитические и экспериментальные методы. Аналитические методы исследования базируются на современной теории работы синхронных машин, численных методах решения систем дифференциальных уравнений, а также методиках
' 5
определения экономической эффективности результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Экспериментальные исследования проводились с помощью специально разработанного стенда, на лабораторных образцах, опытных и серийных изделиях. Испытания электрических машин и источников выполнялись по стандартным методикам, в отдельных случаях использовались специально разработанные методики. Параметры эмпирических зависимостей определялись методом наименьших квадратов. Обоснование параметров источников проводилось с учетом минимизации мас-согабаритных показателей, повышения коэффициента полезного действия и надежности. Динамические и пусковые режимы исследовались с помощью светолучевого осциллографа. Научная новизна заключается в:
а) разработке методики расчета универсального источника питания;
б) разработке конструкции универсального источника питания (па
тент РФ №2049616 "Универсальный сварочный генератор" и по
ложительное решение по заявке № 93025697/07 от 21.06.96 г.
"Синхронный генератор");
в) разработке схемы управления синхронным генератором (поло
жительное решение по заявке № 93025823/08 от 10.10.96 г.
"Сварочный синхронный генератор");
г) исследовании статических и динамических характеристик универ
сального источника питания в режиме питания сварочной дуги и
двигательной нагрузки;
д) разработке схемы управления возбуждением синхронного генера
тора, обеспечивающей стабилизацию напряжения и регулирования
сварочного тока.
Практическая ценность выполненных исследований заключается а.разработке нового агрегата с синхронным генератором, в котором совмещены два независимых источника: с крутопадающей характеристикой для питания сварочной дуги и с жесткой характеристикой для питания двигательной и осветительной нагрузок. Разработана методика инженерных расчетов, техническое задание и технические условия на проектирование универсальных источников питания. Эконо-
мическое обоснование свидетельствует, что удельные массогабарит-ные показатели отвечают современным требованиям, высокий коэффициент полезного действия снижает расход топлива.
Реализация результатов исследования. По результатам исследований разработана техническая документация и передана на завод "Трансмаш". Заводом изготавливаются опытные партии универсальных автономных источников питания, сварочно-генераторных установок и сварочных генераторов. По результатам межведомственных испытаний эти устройства рекомендованы для серийного производства. На Выставочном Комплексе Российской Федерации универсальный источник питания в 1993 г. отмечен дипломом, а авторы - медалью "Лауреат ВК РФ".
В связи с энергетическим кризисом на Кубани производятся частые отключения электроэнергии в целых районах. Поэтому многие хозяйства и фермеры используют универсальные автономные источники питания как резервные устройства для питания потребителей первой категории и иных производственных процессов.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях Кубанского ГАУ в 1989 - 1996 гг., на международных научно-технических конференциях в Кишиневе - 1996 г. (Simpozionul de comunicari stiintifice cu participare internationala in domeniul reparatiilor de masini), Одессе - 1996 г. (Ресурсы- и энергосберегающие технологии в промышленности), Краснодаре - 1996 г. (Экология и экономика Кубани).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в семнадцати печатных работах, в том числе два патента Российской Федерации на изобретения. Результаты прикладных исследований и .испытаний по теме представлены в семи научных отчетах по госбюджетным и хоздоговорным темам, общим объемом 490 страниц.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка используемой литературы из 196 наименований и 9 приложений, изложена на 192 листах, включая 13 таблиц и 4S рисунков.
