авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СЕТИ 0,38 кВ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ НЕЛИНЕЙНОСТЬЮ ТЕПЛИЧНЫХ ОБЛУЧАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК, ПУТЕМ МОДЕРНИЗАЦИИ ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ВАСИЛЬЕВ НИКОЛАЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В

СЕТИ 0,38 кВ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ НЕЛИНЕЙНОСТЬЮ

ТЕПЛИЧНЫХ ОБЛУЧАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК, ПУТЕМ

МОДЕРНИЗАЦИИ ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ

специальность 05.20.02 Электротехнологии и

электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2008

Работа выполнена на кафедре электротехники и электроснабжения в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный аграрный университет.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Петров Владимир Федорович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Епифанов Алексей Павлович,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Гулин Сергей Васильевич

Ведущая организация: ГНУ «Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства»

Защита состоится «11» декабря 2008 г. в 1330 на заседании диссертационного совета Д 220.060.06 в ФГОУ ВПО СПбГАУ, по адресу: 196601, Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2, ауд.719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО СПбГАУ.

Автореферат разослан 06.11. 2008 г.

Автореферат размещен на сайте http://spbgau.spb.ru/

06.11.2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор В.А. Смелик

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В осенне-зимний период, при недостаточном по интенсивности и продолжительности освещении, в теплицах и оранжереях естественное освещение дополняют искусственным. Наиболее подходящим для искусственного облучения являются широко используемые в настоящее время разрядные зеркальные натриевые лампы ДНаЗ REFLUX (далее ДНаЗ). Эти лампы успешно эксплуатируются общим парком около 300 тысяч штук более чем в 100 тепличных хозяйствах России и стран ближнего и дальнего зарубежья. За счет особенности конструктивного решения, заключающегося в создании на колбе отражающего профиля продольной ориентации, светильник с лампой ДНаЗ-400 позволяет экономить электроэнергию до 60%, а затраты на обслуживание до 30%.

Вольтамперная характеристика ламп ДНаЗ имеет нелинейный характер, что приводит к появлению в сети высших гармоник тока, причем только нечетных из-за симметричности характеристики относительно начала координат. Наличие гармоник приводит к: перегреву и разрушению нулевых проводников кабельных линий; искажению синусоидальности питающего напряжения; ухудшению условий работы батарей конденсаторов; сокращению срока службы электрооборудования; необоснованному срабатывание предохранителей и автоматических выключателей; помехам в сетях телекоммуникаций; дополнительным потерям энергии в электрических машинах и трансформаторах и др. В симметричной трехфазной системе при симметричной нагрузке фазные токи основной частоты и высшие гармоники, не кратные трем, образуют системы прямой и обратной последовательности, в результате чего сумма этих токов в нейтральном проводнике равна нулю. Гармоники же, кратные трем, образуют систему нулевой последовательности, т.е. имеют одинаковые значения и направления, поэтому ток в нейтральном проводе равен утроенной сумме токов высших гармоник нулевой последовательности.



При использовании облучательных установок с лампами ДНаЗ-400 в нейтральном проводе наблюдается значительный ток даже при симметричности нагрузок по фазам. Исследования, проведенные в производственных условиях ЗАО «Агрофирма «Выборжец» показали, что величина тока в нейтрали составляет 0,6-0,9 фазного тока, а ток нейтральной шины трансформатора содержит в основном третью гармонику. С учетом полной загрузки силовых трансформаторов номинальными фазными токами ток в нейтральном проводе превосходит допустимый ток нейтрали трансформатора, что приводит к дополнительным потерям энергии и возможному выходу его из строя. Поскольку более 90% светокультуры огурца и зеленных культур в России осуществляется с использованием ламп ДНаЗ, то снижение потерь энергии из-за нелинейности этих ламп является актуальной задачей и имеет отраслевой характер.

Объекты исследования: лампа ДНаЗ-400; облучательная установка, включающая пускорегулирующую аппаратуру (ПРА) светильника ЖСП 30-400-001 У5 "REFLUX"; модернизированные ПРА и облучательный комплекс с этими лампами.

Предмет исследования: процессы в электротехнической части тепличных облучательных установок и распределительной сети 0,38 кВ.

Цель исследования.

Целью настоящей работы является обоснование способов и технических средств снижения дополнительных потерь энергии в сети 0,38 кВ, обусловленных нелинейностью тепличных облучательных установок с лампами ДНаЗ-400, путем модернизации ПРА светильника.

Методы исследования.

Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и экспериментальных исследований. В работе использованы основные положения теоретических основ электротехники. Моделирование частотным методом и численным методом Эйлера, математическое разложение функций проводились с использованием персонального компьютера.

Научная новизна и практическая ценность работы состоит в следующем:

  1. Разработана методика и технические средства получения математического описания динамической вольтамперной характеристики (ДВАХ) лампы.
  2. Обосновано применение частотного метода для исследования электромагнитных процессов в ПРА ламп с дуговым разрядом.
  3. Обоснованы схемы и параметры ПРА, обеспечивающие многократное снижение тока третьей гармоники в облучательных установках с лампами ДНаЗ-400.
  4. Теоретически и экспериментально показана возможность требуемого снижения дополнительных потерь электрической энергии и тока третьей гармоники в нейтральном проводе распределительной сети 0,38 кВ минимальной модернизацией ПРА, используемой для ламп ДНаЗ-400.

На защиту выносится: математическое описание ДВАХ лампы ДНаЗ-400 и методика ее определения; методика определения структуры и параметров ПРА частотным методом; схемы и параметры ПРА лампы ДНаЗ-400, обеспечивающие фильтрацию токов третьей гармоники и, тем самым, снижение дополнительных потерь энергии, обусловленных этим током; схемы и параметры дополнительного устройства для штатного ПРА лампы ДНаЗ-400, обеспечивающие требуемое снижение тока третьей гармоники в нейтральном проводе и дополнительных потерь электрической энергии в сети 0,38 кВ.

Реализация результатов работы. Материалы исследования используются в учебном процессе при подготовке инженеров-электриков по специальности 110302.65 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства». Разработанные методики и технические предложения рассмотрены службой главного энергетика ЗАО «Агрофирма «Выборжец», где она применялась для модернизации облучательных установок.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены, обсуждены и одобрены на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых Северо-Западного Федерального округа “Молодые ученые в научном обеспечении сельского хозяйства на современном этапе” в ФГОУ ВПО СПбГАУ в 2003 г. и ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов в ФГОУ ВПО СПбГАУ в 2004-2006 гг.

Публикации.

Основные положения диссертационной работы изложены в 4 статьях.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 93 наименований (в т.ч. 8 на иностранных языках) и 3 приложений, включает 136 страниц, 40 рисунков, 24 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели исследования, представлены основные положения, выносимые на защиту диссертации, а также данные о практической ценности и научной новизне работы.

В первой главе «Характеристики тепличных облучательных установок. Задачи исследований» подробно рассмотрены основные негативные эффекты, вызываемые высшими гармониками напряжения и тока, и методы снижения влияние этих факторов. Вопросами снижения дополнительных потерь от несинусоидальности приемников занимались многие ученые. Среди российских можно отметить Жежеленко И.В., Афанасьеву Е.Б., Скобелева В.М., Краснопольского А.Е. и Фугенфирова М.И., исследовавших влияние высших гармоник в системах электроснабжения и рассматривающих газоразрядные лампы, как источники высших гармоник. Подходы к решению данной проблемы рассмотрены в работах Ф.Д. Косоухова, В.Н. Карпова, С.В. Гулина и других ученых.

Для действующих электроустановок модернизация пускорегулирующей аппаратуры является доступным и рациональным решением проблемы снижения потерь энергии в сети 0,38 кВ. Моделирование электротехнической части облучательной установки с лампами ДНаЗ-400 требует математического описания ДВАХ самой лампы. Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи исследований:

  1. Разработка технических средств и методики определения математического описания ДВАХ газоразрядных ламп и проверка степени адекватности математического описания ДВАХ.
  2. Разработка математической модели облучательной установки с лампой ДНаЗ-400.
  3. Обоснование возможности применения частотного метода для исследования облучательной установки с лампой ДНаЗ-400 с целью определения возможных схем и параметров ПРА.
  4. Обоснование схем и параметров модернизированных ПРА, обеспечивающие снижение потерь электрической энергии и тока третьей гармоники в нейтральном проводе сети 0,38кВ до допустимого значения.

5. Экспериментальное подтверждение возможности снижения тока третьей гармоники минимальной модернизацией ПРА.

Во второй главе «Потери мощности в сетях 0,38 кВ от высших гармоник» приведена методика учета дополнительных потерь мощности в сетях 0,38 кВ, обусловленных наличием высших гармоник в кривых токов. Коэффициент, учитывающий дополнительные потери мощности в линии при симметричной несинусоидальной системе токов:

, (1)

где P – потери при симметричной несинусоидальной системе токов; P – потери при симметричной синусоидальной системе токов; I(1) – ток первой гармоники; I(k) – токи высших гармоник, за исключением гармоник, кратных трем; I(j) – токи высших гармоник, кратных трем; RФ, RN – сопротивления фазного и нулевого проводов соответственно.

Приняв сопротивления RФ­ и RN равными, получен коэффициент дополнительных потерь мощности от несинусоидальности токов k', показывающий превышение дополнительных потерь по отношению к потерям при синусоидальной системе токов:

. (2)

В третьей главе «Математическое описание динамической вольтамперной характеристики лампы ДНаЗ-400» определены электрические параметры элементов ПРА; разработаны методика и технические средства определения ДВАХ лампы ДНаЗ-400; разработана математическая модель облучательной установки с лампой ДНаЗ-400 и проверена степень адекватности математического описания ДВАХ.

ДВАХ получена экспериментальным путем. Основой экспериментальной установки (рис.1) является ПРА светильника ЖСП 30-400-001 У5 "REFLUX", в состав которой входят дроссель, импульсное зажигающее устройство (ИЗУ), два конденсатора С1 и С2 и лампа ДНаЗ-400.

Рис. 1 Принципиальная электрическая схема экспериментальной установки:

где i1 – фазный ток; iЛ – ток лампы; L', L'' - обмотки штатного дросселя; ИЗУ - импульсное зажигающее устройство; С1 и С2 – штатные конденсаторы; EL - лампа ДНаЗ-400; ИК - измерительный комплекс; FU – предохранитель; TV1 – трансформатор напряжения; TT1 – трансформатор тока; R, RД – резисторы

Для проведения исследований был использован измерительный комплекс на базе микроконтроллера М 167-2 фирмы "Siemens", который записывает значения токов и напряжений в файл персонального компьютера. Графики мгновенных значений и первых гармоник тока и напряжения лампы представлены на рис. 2.





(а) (б)

Рис. 2 Мгновенные значения и первые гармоники напряжения (а) и тока (б) лампы

ДВАХ лампы ДНаЗ-400 получена путём сопоставления напряжения лампы соответствующему ей току в каждый момент времени.

График ДВАХ лампы ДНаЗ-400 показан на рис. 3.

Разработана методика разложения ДВАХ лампы ДНаЗ-400 в ряд:

. (3)

ДВАХ симметрична относительно начала координат и является нечетной функцией, поэтому математическое описание, полученное для первого квадранта, применимо к третьему квадранту с учетом знака. Петля ОLМО была разбита на три участка ОL, LМ и МО, на каждом из которых выполняются требования разложения в степенной ряд. Коэффициенты ряда (3) рассчитаны до одиннадцатого порядка.

Для оценки точности математического описания ДВАХ определена среднеквадратическая погрешность :

, (4)

где uОП (i), uРАСЧ (i)­ – экспериментально полученные и рассчитанные по формуле (3) значения напряжения лампы, В; p – число временных отрезков в периоде Т.

Рис. 4 Схема замещения стандартной ПРА с лампой ДНаЗ-400:

где i1, iЛ, iC12 – токи фазный, лампы и конденсаторов; u, uЛ, uC12 – напряжения источника, на лампе и на конденсаторах; L',L'' и R',R'' – индуктивности и активные сопротивления обмоток штатного дросселя; М – взаимная индуктивность; С12 –конденсатор, эквивалентный по емкости двум штатным; ЕL – лампа ДНаЗ

Расчет цепи, электрическая схема замещения которой представлена на рис. 4, произведен методом Эйлера. Параметры цепи (рис. 4) определены экспериментальным путем. Сравнение опытных и расчетных токов и напряжений проводилось сопоставлением амплитуд гармоник, для чего расчетные значения токов и напряжений раскладывались в ряд Фурье.

Сравнение частотного спектра (здесь и далее четные гармоники не указываем ввиду их нулевого значения) фазного тока, тока и напряжения лампы, полученных методом Эйлера, с опытными значениями представлены на гистограммах (рис. 5).

 а) б) в) равнение расчетных и-9

а)

 б) в) равнение расчетных и опытных-10

б)

 в) равнение расчетных и опытных-11

в)

Рис. 5 Сравнение расчетных и опытных токов и напряжений:

где а) напряжение на лампе, б) ток лампы, в) фазный ток, k – номер гармоники,

Действующие значения фазного напряжения и тока источника, напряжения, тока и мощности лампы представлены в таблице 1.

Таблица 1 Действующие значения фазного напряжения и тока источника,

напряжения, тока и мощности лампы

I1, А U, В IЛ, А UЛ, В РЛ, Вт
Опыт 2,275 220 4,4 109 430
Расчет 2,286 220 4,4 109 426


Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.