Введение к работе
Актуальность темы диссертации . Настоящее время - время перехода к дорогой энергии как по затратам на ее получение, так и по экологическим соображениям, которые накладывают ограничения на производство энергии искусственного происхождения. В связи с этим пристальное внимание уделяется развитию миниэнертетики, которая стюсобсльует энергосбережению и вовлечению возобновляемых, источников энергии в энергетический баланс стран. В Беларуси, с учетом ее природных особенностей, развитие миниэнер-гетики также является насущной проблемой. Любая научно-исследовательская, нроектно-конструкторская или экспериментальная рабоїа в этом направлении представляет интерес как в теоретическом, так и в практическом плане. Это явилось основанием выбора миннэнергстнки в качестве объекта исследования. В работе решается комплекс задач но использованию асинхронного генератора (АҐ) в миниэнергокомплексах.
Связь работы с крупными научными программами, темами. Предлагаемая работа по тематике, по направлению исследований соответствует одному из приоритетных направлений государственной научно-технической программы « Энергосбережение»: п.5.3 «Разработка пилотных проектов в области малой и нетрадиционной энергетики, использование возобновляемых источников энергии, оптимизация схемных и проектных решений, и параметров паро- и теплоснабжения народного хозяйства». Работа выполнялась в соответствии с планами по теме: ГБ 97-23 «Разработать теоретические основы, методы исследования и средства совершенствования автоматизированного электропривода переменного тока нового поколения».
Цель и задачи исследования. Развитие теории и практического использования электромеханических систем на базе асинхронного генератора и паро-, газотурбинных, ветро-, гидроустановок энергосберегающих устройств в условиях Беларуси. Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи:
-
Анализ состояния и перспективы развития миннэнергетикн. Построение простой и наглядной классификации комплексного энергосбережения. Исследование и выбор структурной компоновки миниэнергокомплекса.
-
Создание и практическое апробирование методики по точному определению необходимой емкости для миниэнергокомплекса с асинхронным генератором, работающего в автономном режиме с целью обеспечения его работы со стандартными параметрами вырабатываемой электроэнергии и предотвращения потери возбуждения АГ. Создание математической модели АГ с конденсаторным возбуждением. Проведение структурного моделирования.
-
Разработка и экспериментальная проверка опытно-аналитического метода определения параметров асинхронных машин (AM) с минимальным объемом измерительных процедур, удобного для определения параметров находящихся в производственных условиях AM, не требующего больших затрат и обеспечивающего высокую точность определения параметров.
4. Использование тиристорного возбуждения АГ: проведение теоретических исследований резонансных статических преобразователей с промежуточным параллельным резонансным контуром, резонансного циклоконверто-ра как альтернативы статическим преобразопателям для получения стандартных параметров электроэнергии АГ при переменной частоте вращения вала его первичного двигателя. Проверка результатов теоретических исследований с помощью математического моделирования рассматриваемых структур.
5. Анализ,- выбор типа измерительной системы для миниэнергоком-плексов, создание макетного образца измерительной сишсмы на базе микропроцессорной техники, обеспечивающей наибольшую энерго-информацион-ную эффективность; обоснование, разработка и аппаратная реализация упрощенного блока синхронизации для мннюаергокомплексов с АГ, отличающегося простотой изготовления, надежностью и достаточностью информации для проведения уверенной синхронизации; разработка и создание экспериментальной установки из двух миниэнергокомллексов, обеспечивающей асе режимы их работы, проведение на ней экспериментальных исследований и испытаний.
Объект и предмет исследования. Мнниэнергетика, комплексное энергосбережение путем вовлечения в энергобаланс альтернатпвых источников энергия, а именно: построение конкурентоспособной унифицированной силовой части электромеханической системы энергосбережения.
Гипотеза. Предполагается, что минизнергоустановка, состоящая из унифицированных элементов силовой части: первичного двигателя, асинхронного генератора и резонансного циклоконвертора, - будет работоспособной, универсальной и конкурентоспособной при использовании как в промышленности, сельском хозяйстве, так и в частном секторе, чго позволит расширить программу энергосбережения путе;,.' использования для получения электроэнергии вторичных энергоресурсов и возобновляемых источников энергии.
Методология и методы проведенного исследования. В работе использованы методы анализа и синтеза достижений миниэнергетики, методы определения параметров асинхронных машин, методы определения емкости для работы асинхронного генератора в автономном режиме, методы математического моделирования, методы структурного моделирования.
Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:
-
Предложена классификация комплексного энергосбережения в мини-энергетике. Составлена обобщенная схема миниэнергоустановки (МЭУ).
-
Разработана и апробирована методика определения необходимой емкости конденсаторов для работы миниэнергокомплекса с асинхронным генератором в автономном режиме со стандартными параметрами электрической энергии. Методика базируется на методе определения параметров схемы замещения асинхронных машин и методе построения годографа Z(je>), позволяет определять необходимую емкость для работы мшшэнергокомплек-
са с АГ в автономном режиме, отличается простотой алгоритма, наглядностью и точностью расчетов.
3. Предложен опытно-аналитический метод определения параметров
схемы замещения асинхронных машин, отличающийся от ранее известных
минимумом измерительных процедур, высокой точностью расчетов, просто
той алгоритма.
4, Предложен усовершенствованный электрогенерирующий модуль для
миниэнергокомплекса на основе асинхронного генератора и резонансного
циклоконвертора с целью получения стандартных параметров электроэнер
гии, вырабатываемой мкниэнергокомплексом, яри изменяющейся частоте
вращения первичного, двигателя асинхронного генератора. Обоснованы со
ставные части для реализации такого модуля.
Практическая значимость полученных результатов характеризуется нижеследующим:
разработанные в диссертации метод и методика применимы при проектировании мшшэнергокомплексов, расчёте их параметров и выборе элементов;
разработанное алгоритмическое и программное обеспечение пригодно для проектирования систем управления мшшэнергокомплексов на основе АГ;
исследовательский стенд, состоящий из двух мшшэнергокомплексов с контрольно-измерительной системой на основе микропроцессорной техники и упрощенного блока синхронизации, внедрен в учебный процесс на кафедре «Электроснабжение» в лаборатории «Наладка и испытание электрооборудования» Белорусской государственной политехнической академии;
миниэнергокомплекс (МЭК) на основе асинхронного генератора с емкостным возбуждением," а также метод определения параметров асинхронных машин и методика выбора ёмкости для работы АГ могут найти применение При модернизации коммунальных и производственных котельных Беларуси с переводом приводных АД питательных насосов в генераторный режим к получения дополнительной .электроэнергии за счёт дросселируемого пара.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
-
Классификация комплексного энергосбережения, обобщенная структура миниэнергоустановки. Создание минизнергокомплексов на базе асин-хрон-ного генератора. Физическая модель двух МЭК с АГ, позволяющая реализовать автономный режим работы комплексов, параллельную работу двух комплексов, а также параллельную работу МЭК с сетью.
-
Обобщенная методика определения необходимой емкости для мини-энергокомплекса с асинхронным генератором, работающим в автономном режиме, отличающиеся простотой, наглядностью и точностью вычислений.
-
Опытно-аналитический метод определения параметров асинхронной машины в производственных условиях, имеющий простой математический алгоритм и обеспечивающий высокую точность расчетов.
-
Функциональная электрическая схема миниэнергокомплекса на базе АГ и резонансного циклоконвертора, обеспечивающего работу МЭК со стандартными параметрами электроэнергии при изменяющейся частоте вращения
вала первичного двигателя, а также обеспечивающего универсальность шши-энергокомнлека при работе его как в автономном режиме, так и параллельно с сетью или с другими мшшэнергокомплексамы.
Личный вклад соискателя. Соискателем самостоятельно проведена работа по сбору, обработке, анализу исходного материала для выбора объекта исследования. Им проведены исследования в результате которых:
составлены классификация комплексного энергосбережения, обобщенная структура мшшэнергоустаиовок;
разработаны методика, алгоритмы и программная реализация определения потребной емкости для работы миниэнергокомплекса на основе АГ;
разработаны опытно-аналитический метод определения параметров схемы замещения асинхронных машин в производственных условиях, его алгоритм, проциммная реализация;
предложена функциональная электрическая схема электрогенерирую-іцего модуля на базе АГ и резоншгсного циклоконвергора с дополнительным инвертором тока для стабилизации частоты колебательного контура;
создан макетный образец упрощенного блока синхронизации для мини-энергокомплексов ;
предложены схемное решение и компоновка физической модели.
Апробация результатов диссертации. Материалы диссертационной работы докладывались: на 44,45 студенческих конференциях БПИ (г.Минск, 1988, 1989 гг.); на 35 СНТК вузов ЬССР, Литвы, Латвии, Молдавии, Эстонии (г.Таллин, г.Минск, 1991 г.); на Республиканской научно-технической конференции 1994г.; на Республиканской научной конференции студентов вузоа Республики Беларусь 1995г.; на международных научно-технических конференциях (г.Минск, 1995, 1997, 1999гг., г.Мопшев, 1999г.); на совете DEA электротехнической лаборатории Тулузского университета (Франция, г.Тулуза, 1996 г.).
Опубликовапность результатов. Основные положения диссертации отражены в 3 опубликованных научных статьях, в 2 депонированных научных работах, 7 тезисах докладов на научно-технических конференциях, 1 авторском свидетельстве. Общее количество опубликованных материалов составляет 32 страницы.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, перечня условных обозначений, общей характеристики работы, шести глав, заключения, списка использованных источников и пяти приложений. Полный объем диссертации составляет 179 страниц, при этом 60 рисунков, 12 таблиц, приложения и список использованных источников из 125 наименований занимают 86 страниц.
