Введение к работе
Актуальность темы исследований. Как известно, высокие темпы развития производства, ведут к непрерывному повышению потребления электроэнергии. Рост нагрузок в населённых пунктах и на производстве ухудшает качество электроэнергии. Кроме того, в настоящее время интенсивно развиваются компьютерные системы связи и обработки информации, автоматические системы управления технологическими процессами и производственными комплексами. При несоответствии качества потребляемой электроэнергии и перерывов в электроснабжении таких систем могут привести не только к сбоям в работе, но и к аварийным ситуациям, последствиями которых может быть значительный ущерб.
Известно также, что потребители электроэнергии рассчитаны работать при номинальных значениях параметров, обеспечивающие высокие значения их КПД, показателей надежности, а также длительное время работы (ресурс).
Таким образом, динамика развития производства предъявляет повышенные требования к показателям качества электроэнергии и надёжности электроснабжения.
Одним из эффективных способов повышения надёжности электроснабжения является применение в составе систем электроснабжения (СЭС) автономных систем электроснабжения, выполненных на базе дизельных электростанций и возобновляемых источников электроэнергии (ВИЭ). Основным функциональным узлом таких систем является автономный генератор, качество вырабатываемой электроэнергии которого зависит от способа стабилизации напряжения.
Применяемые в настоящее время стабилизаторы напряжения автономных генераторов не отвечают современным требованиям по быстродействию, надежности работы и электромагнитной совместимости.
Диссертационная работа посвящена разработке стабилизаторов напряжения бесконтактных генераторов автономных источников электроэнергии.
Целью диссертационной работы является улучшение эксплуатационно-технических характеристик стабилизаторов напряжения бесконтактных генераторов автономных систем электроснабжения.
Задачи исследования:
1. Провести анализ современного состояния систем автономного электроснабжения (САЭ) и причин изменения показателей качества электроэнергии.
2. Провести анализ перспективных автономных источников электроэнергии и устройств стабилизации напряжения.
3. Разработать функциональную схему трёхфазного стабилизатора напряжения с улучшенными эксплуатационно-техническими характеристиками для бесконтактных генераторов электроэнергии.
4. Разработать методику упрощенного расчёта основных критериев эффективности трехфазного стабилизатора напряжения (массогабаритных показателей, КПД и показателей надёжности).
5. Исследовать гармонический состав и разработать рекомендации по улучшению качества выходного напряжения стабилизатора.
6. Разработать схему замещения, методику расчёта её параметров и математическую модель системы «Генератор – стабилизатор – нагрузка », а также исследовать её работу.
7. Разработать рекомендации по проектированию трехфазного стабилизатора на оптосимисторах.
Объектом исследования является трехфазный стабилизатор напряжения автономных бесконтактных генераторов.
Предметом исследования являются математическая модель трёхфазного полупроводникового стабилизатора, показатели его эффективности, которыми являются качество напряжения, надежность, массогабаритные показатели и КПД.
Методы исследования базируются на использовании теории электрических цепей, основ теории статических стабилизаторов и преобразователей электроэнергии, рядов Фурье, метода Рунге-Кутта, применяемого для решения системы дифференциальных уравнений.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается правильностью выбора и корректного использования математического аппарата, внедрению в теорию результатов исследований.
На защиту выносится:
1. Функциональная схема трёхфазного стабилизатора напряжения, выполненного на оптосимисторах.
2. Методика упрощенного расчёта показателей эффективности стабилизатора напряжения.
3. Методика расчета параметров схемы замещения автономного источника электроэнергии выполненного на бесконтактном генераторе, трёхфазном стабилизаторе с подключённой нагрузкой.
4. Математическая модель системы «Генератор-стабилизатор-нагрузка» и результаты её исследования.
Научную новизну работы составляют:
1. Методика упрощенного расчета показателей эффективности статического стабилизатора напряжения (массогабаритных показателей, КПД и показателей надежности).
2. Методика расчета параметров схемы замещения АИЭ выполненного на бесконтактном генераторе, трёхфазном стабилизаторе с подключённой нагрузкой.
3. Математическая модель системы «Генератор-стабилизатор-нагрузка» новизна технического решения стабилизатора подтверждена патентом.
Практическую значимость работы составляют:
1. Функциональная схема стабилизатора напряжения, выполненного на оптосимисторах.
2. Результаты исследования математических моделей системы «Генератор-стабилизатор-нагрузка.
3. Рекомендации по проектированию трёхфазного стабилизатора напряжения на оптосимисторах.
Реализация результатов работы:
1. Методика оценки эффективности стабилизаторов напряжения переменного тока передана в ООО «ЗИП-Партнер».
2. Математическая модель стабилизатора напряжения, выполненного на НПЧ и результаты её исследований переданы в ОАО «Научно-произ-водственная компания “РИТМ”, г. Краснодара.
3. Результаты научных исследований применяются в учебном процессе на кафедре Электротехники, теплотехники и ВИЭ в КубГАУ (г. Краснодар) при изучении дисциплины «Электротехника и электроника».
Личный вклад автора заключается в формулировке общей идеи и цели работы, предложении новой конструкции стабилизатора напряжения, в разработке математической модели системы «Генератор-стабилизатор-нагрузка» и методики упрощенного расчёта основных критериев эффективности стабилизатора»
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 6 научных и научно-практических конференциях, в том числе: на I-й Международной НПК «Наука и технологии: шаг в будущее» в г. Белгороде (2006 г.); на V Всероссийской научной конференции «Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки» в г. Краснодаре (2007 г.); на II-й открытой Всемирной НПК молодых учёных «Модель и наука XXI века» в г. Ульяновске (2007 г.); на международной НПК «Энергосберегеющие технологии. Проблемы и эффективность использования» в г.Волгограде (2007 г.); на НПК «Физико-технические проблемы создания новых технологий в АПК» в г.Ставрополе (2007 г.); на Российской НПК молодых учёных «Научное обеспечение АПК» в г.Краснодаре (2007 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано: 16 научных работ, включая 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 патент РФ. Общий объём публикаций составляет 4,1 п.л., из которых 2,0 п.л. принадлежит лично автору.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 123 наименований и приложения. Общий объем диссертации 120 страницы машинописного текста, включая 32 рисунка.
