УДК 621.389
АВТОНОМДЫҚ БАЛАМАЛЫ ЭНЕРГИЯ КӨЗДЕРІНІҢ
ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК ҮЙЛЕСІМДІЛІК
Сапа В. Ю. - т.ғ.к., электрэнергетикасы және физика кафедрасының аға оқытушысы, А.
Байтұрсынов атындағы Қостанай мемлекеттік университеті
Бондаренко С.А. – электрэнергетикасы және физика кафедрасының магистранты, А.
Байтұрсынов атындағы Қостанай мемлекеттік университеті
Темирханова Х.З. – электрэнергетикасы және физика кафедрасының аға оқытушысы, А.
Байтұрсынов атындағы Қостанай мемлекеттік университеті
Мақалада автономдық баламалы энергия көздерінің электромагниттік үйлесімділігінің шешу
және келешегі жолдары мен мәселелері бейнеленген. Өндірілген электрлік энергиясының сапа
бойынша талаптары анықталған. Түрлендіргіштер бойынша электромагниттік үрдістерінің
қарым-қатынасы табылған және олардың техникалық – экономикалық көрсеткіштеріне әсер
тигізуі.
Өндірістік технологияларын жүзеге асырылған техникалық құралдар энергияның сапасына
белгілі талаптар қояды. Тиісті екіншілік қуат көздерін тиісті реттеуіштерімен жабдықтайды
және олармен бірге тұйықталған динамикалық жүйелерді құрайды. Кез – келген тең шарттарда
энергия көздерінің қуатын көтеру әрқашан өнімсіз энергия жоғалту арттыруына және тиісті
жабдықтың габариттері мен салмағының ұлғайтуына әкеледі. Осы айтылған себептерге
байланысты автономдық объектілерінде әсіресе қозғалмалы энергия көздерінің қуатын көтеру
өте жағымсыз, сондықтан іс жүзінде автономдық объектілерінің энергия көздерінің қуаты
шектеулі және де қабылдағыштар қуатымен мөлшерлес болады. Энергия көздерінің қуаты
шектеулі себебі – олардың шықпалық координатарының жүктеменің режим және жұмыс
сипаттамалар мәндердің тәуелділігі болып табылады
Реттеулі электрлік жетектер жүйелерінде жаңа күштік жартылай өткізгіштік аспаптар
IGBT, GTO типті және т.б. пайдалану басқару құрылыстарының салмақғабариттік
көрсеткіштерін жетілдіру және электр жетектерінің техникалық – экономикалық көрсеткіштерін
айтарлықтай арттыру мүмкіндік береді.
Негізгі сөздер: электр энергия көзі, электр энергетикасы, қуат, өндіргіш, технологиялар
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ
АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ
Сапа В. Ю. – к.т.н., кафедра электроэнергетики и физики, Костанайский государственный
университет им. А. Байтурсынова
Бондаренко С. А. – магистрант, кафедра электроэнергетики и физики, Костанайский
государственный университет им. А. Байтурсынова
Темирханова Х.З. – ст. преподаватель, кафедра электроэнергетики и физики, Костанайский
государственный университет им. А. Байтурсынова
В статье отражены перспективы, проблемы и пути решения электромагнитной
совместимости автономных источников альтернативной энергии. Определены требования к
качеству вырабатываемой электрической энергии. Найдена взаимосвязь электромагнитных
процессов в преобразователях и их влияние на технико-экономические показатели.
Технические устройства, реализующие производственные технологии, предъявляют
определенные требования к качеству энергии, то соответствующие источники вторичного
электропитания снабжаются соответствующими регуляторами и образуют вместе с ними
замкнутые динамические системы. Повышение мощности ИП при прочих равных условиях
практически всегда ведет к увеличению габаритов и массы соответствующего оборудования,
повышению непроизводительных затрат энергии. В силу указанных причин излишнее увеличение
мощности ИП на автономных объектах и особенно на подвижных крайне нежелательно, поэтому
мощность ИП автономных объектов на практике всегда ограничена и часто бывает соизмерима
с мощностью приемников. Следствием ограниченности мощности ИП является зависимость
значений их выходных координат от режима и характера работы нагрузки.
Использование нового поколения силовых полупроводниковых приборов типа IGBT, GТО и др.
в системах регулируемого электропривода позволяет улучшить массогабаритные показатели
устройств
управления
и
существенно
повысить
технико-экономические
показатели
электроприводов.
Ключевые слова: источник, электроэнергетика, мощность, генератор, технология
ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY AUTONOMOUS SOURCES
OF ALTERNATIVE ENERGY
Sapa V.Y. - PhD, Senior Lecturer, Department of Electricity and Physics, Kostanai State University. A.
Baitursynov.
Bondarenko S.A. - Master, Department of Electricity and Physics, Kostanai State University. A.
Baitursynov.
Temirkhanov
а H.Z. - Senior Lecturer, Department of Electricity and Physics, Kostanai State University.
A. Baitursynov.
The article reflects the perspectives, problems and solutions EMC independent sources of alternative
energy. The requirements for the quality of the produced electricity. Found the relationship of
electromagnetic processes in converters and their impact on technical and economic indicators.
Technical devices that implement production technologies, have specific requirements for the quality
of energy, the corresponding secondary power sources are supplied with the appropriate regulators and form
with them closed dynamical systems. Increasing capacity IP ceteris paribus almost always leads to an
increase in size and weight appropriate equipment, improve energy overhead. For these reasons, an
excessive increase in the power on SP autonomous objects and particularly on movable highly undesirable,
so the power SP autonomous objects in practice always limited, and it is often commensurate with the power
receiver. The limited capacity of SP is the dependence of the output values of the coordinates on the mode
and nature of the work load.
Using a new generation of power semiconductor devices such as IGBT, GTO et al., The variable
speed drive systems can improve the dimensions and weight of the control and significantly improve the
technical and economic parameters of electric drives.
Keywords: power, power, power, generator, technology
Техносферамен күш беретін электроника құрылымдарының электромагнитті үйлесімдіктеріндегі
мәселелер олардың үздіксіз кеңейтілетін таралуымен байланыста қажет желіге жартылай өткізгіш
түрлендіргіштердің кері ықпалда күшеюімен сабақтас, сезгіш сапасыз электр энергиясын,
тұтынушылардың санның өсуі сонымен электр энергиясының сапасының өсуімен байланысты [1, 2,
3].
Қазіргі уақытта электрондық аппаратуралар санының қарқынды өсуі болып жатыр, жұмыс жасау
импульсты тоқты желіні тұтынумен болып жатыр және, жоғарғы гармониканы құрайтын, жарамды
желіге генерациямен электр жабдықтарының бұзылуы немесе оның бұрыс жұмыс жасауына себепші.
Тұтынушылармен байланыста әр түрлі текте жұмыста қолданылатын электр энергиясының сапасына
қажет талаптары бар және құрылымдарда, жүйелерде және кешендерді жасауда және қажет
жағдайларда бұл талаптарды қамтамасыз ету керек [1, 2, 3].
Электр энергиясының сапа талаптарының анықталуы аппаратуралар өңдеушілермен іске асып
жатыр және құрылымдарда дәлдікпен қарастырылады. Электрондық аппаратурамен болатын
есептердің күрделенуі бойынша, оның дәлдік талаптарының жоғарылауы болады, демек, электр
энергиясы сапалы.
Түрлендіргіштерде электромагнитті процесстердің өзара байланысы технико-экономикалық
көрсеткіш аппаратураларға ықпалы 1 суретте көрсетілген.
Бұл талаптар автоматика және есептеуіш техника құрылымдар үшін статикалық және
динамикалық тәртіптерде қоректенуге, кернеу тұрақтылығына негіз болады.
Қажетті кернеудің тұрақты көздерін алу, энергиялардың лайықты жартылай өткізгіш
түрлендіргіштерінің әзірленулерімен қамтамасыз етіледі. Кернеу тұрақтылығының талаптарының
Жоғарылауы түрлендіргіштерде схемалардың күрделенуіне алып келіп жатыр, бұл массогабаритті ,
энергетикалық және т.б. кемулерге алып келеді.
Ерекше күрделі және шығарылуы қиын есеппен автономды қозғалатын объекттерде кернеу
тұрақтылығын қамтамасыз етуге алып келіп жатыр, олар жабдықтарға, массогабаритті көрсеткіштерге
қатты шектеулер болып тұр.
Қазіргі технологияларды дамыту автономды объекттердің кең таралумен бейнеленіп жатыр,
яғни пайдаланымда алуан шартты әр түрлі өндірістік есептерді шешуге қабілетті болу керек.
Дұрысына келгенде, ұқсас объектілер сияқты жабдықтаулар автономды жүйелермен жабдықталып
жатыр.
Автономды объекттермен болатын функционалдық есептердің тәуелділік сипаттары,
жабдықтаулары олардың энергия жүйелеріне (ИВЭП) лайықты екінші қоректену көздерінің қатары
болып табылады.
1
–ші сурет. Түрлендіргіштердегі электромагниттық процестердің өзара байланысы және
олардың техно-экономикалық көрсеткіштерге әсері.
Сол себепті, өндірістік технологияны іске асыратын техникалық құрылымдар, оның энергия
сапасына нақты талаптар жүктейді, біресе үйлесімді ИВЭП лайықты реттеуіштермен жабдықталады
және олармен бірігіп тұйықталған динамикалық жүйе құрайды.
Сондай-ақ динамикалық жүйелерді жобалау энергетикалық координаталардың шартты
номиналды мәндерін қамтамасыз етеді, біресе жүйе жұмысында номиналды мәндерден ауытқу онда
наразылық сиякты қабылданады, жүйенің нақтыланған элементтеріне әсер етеді. Энергетикалық
координаталардың номиналдық мәндерінің ауытқуы динамикалық жүйенің қасиеттерінің баламалы
өзгерісіне алып келеді.
Қос белгіленген факторда динамикалық жүйенің сапалы жұмыс істеуін және жазба әдістерінің
дамуын қажет етеді немесе ұқсас жүйелерді жобалауда көрсетілген құбылыстарды жою. Техникалық
құрылымдардың жұмыс процесінде номиналды мәндерден энергетикалық координаталардың ауытқуы
қуат бойынша [1, 2] шектеумен мерзімді ИП лайықты. Басқа тең шарттарда ИП қуаттың жоғарылауы
сәйкесінше жабдықтағы габариттерге және массаның өсуіне алып келеді, өнімсіз энергия
шығындарының өсуі (мысалы жалғыз жүріс шығынының өсуі) және демек, ортақ КПД электр
жабдықтарын нашарлатады. Автономды объекттерде ИП қуатты артық үлкеюге көрсетілген себептер
күшке және әсіресе қозғалыста өте жағымсыз, сондықтан тәжірибеде ИП автономды объекттерде қуат
әрдайым шектелген және қабылдағыштардан қуатпен мөлшерлес жиi болып келеді. Қуаттар
өресіздіктері салдармен жүктемесінен, жұмысынан, тәртібінен және сипатынан олардың шығыс
координаталарының мәндердің тәуелділігі ИП келеді, мысалы, электр энергия көздері үшін қоректену
көзі ішкі кедергімен анықталады. Өз кезегінде динамикалық жүйенің жұмыс тәртібі қабылдағыштардың
жұмыс тәртібі мен сипатымен анықталады, яғни олар кіретін құрамда.
Қазіргі өнеркәсіптік кәсіпорындарда статикалық сондай-ақ өтпелі тәртіпте жұмыс істейтін
вентилдік түрлендіргіштер, әр түрлі текті жиілікті түрлендігіштер қолданылады. Олар электромагнитті
бөгеттердің қуатты генераторлары болып табылады. Вентилдік түрлендіргіштер жоғарғы
гармоникалардың гармониялық бөгеттердің қуатты көздері болып келеді. 6-пульстық мосттық
схемаларға ие 5; 7; 11; 13-ші гармоникалар, оларды канондық деп атайды. Мұндай гармоникалық
деңгейлер 1-ші гармоникаға қатысты санына кері пропорционалды, яғни 1/5; 1/7 және т.б. 12-пульстық
схеманы қолдануда 11 және 13-ші гармоникалар теориялық басым болып келеді. Осындай
түрлендіргіштер жаймалау бойларға негізгі еріксіз келтірулерде схемаларда қолданылады,
электролиздік өндірісте [3]. 12-пульстік схемаларда 5, 7, 11 и 13-ші деңгейлер жоғары гармоника 38,
30, 0,8
және 0,6 А дейін жетеді.
Соңғы жылдары жиіліктерді түрлендіргіштер жеңіл өнеркәсіпте, машина жасауда,
металлургияда және кәсіпорындарда барлығы кең қолданылуда. Жиіліктерді түрлендіргіштер
гармониялық электромагнитті бөгеттердің көзі болып келеді – жоғарғы гармоникалар ғана емес ,
сондай-ақ интергармониктер (немесе межгармоникалар). Жиіліктердің канондық жоғарғы
гармоникаларының арасында интергармониктік жиіліктер болады.
Осы 1 кестелерде басқаруда әртүрлі заңдарында жиіліктер тұрақты тоқтың және тікелей
түрлендіргіштердің жиіліктер жоғарғы гармоникалардың және интергармоник түрлендіргіштердің
деңгейлер салыстыруға мүмкіндік береді.
Қорғау жүйесі және автоматиканың электр құрылғыларының электромагниттік кедергілері теріс
әрекет етеді. Электр жабдықтарындағы шығын өскен сайын, оның қызметтері және функционалдық
сенімділік мерзімін қысқартады. Бірнеше электромагнитті бөгеттердің бірлескен әсері, олардың
құнына қарағанда көбірек болып келеді. Ұлы және электромагнитті бөгеттердің жиынтық әсерлерінің
шығыны.
Зерттеу нәтижесінде, кернеуді ажырату арқылы U = - 10 % асинхрондық қозғаушының
қызметтер мерзімі 2 ретке дерлік қысқарады, болат балқыту пештердің өнімділігі төмендеп және
электр энергияларының меншікті шығыстары өседі. Өнеркәсіптік кәсіпорындарда жабдықтауларға
жүйелерде симметриялы емес кернеулердің қуатты бір фазалы жүктемелердің бар болуымен
мерзімді, сондай-ақ үш фазалы ұзақ жұмыс істейтін симметриялы емес режимде.
1-
ші кесте
Жиілікті түрлендіргіштердің жоғарғы гармоникаларының деңгейлері
Анықталатын
параметр
6-
пульстық мосттық НПЧ 3ф–
1ф,
f
2
= 10 Гц болғанда, басқару
заңдарында:
3ф–3ф
f2=20
Гц
болғанда
және
синусоидальд
ы
басқару
заңында.
3ф–3ф
6-
пульстық
ПЧ
тұрақты
ток
буынымен,
f2=30 Гц
сы
зы
қт
ы
қ
си
нусо
ид
ал
ьд
ы
қ
үш
бұр
ы
ш
ты
ті
кбұр
ы
ш
ты
Кіріс
тогының
әрекет мәні, %
147
208
183
173
128
113
Кіріс тогының негізгі
гармоникасы, %
100
100
100
100
100
100
ВГ кіріс тогының
әрекет мәні, %
9
23
24
33
56
42
ИГ кіріс тогының
әрекет мәні, %
107
181
152
138
56
30
ВГ кіріс тогының
әрекет мәнінен ИГ
әрекет
тогының
асып кетуі.
12
рет
8 рет
6
рет
4 рет
1 рет
1,3 рет
Асинхрондық қозғаушыны айналдыратын сәтте (К
2U
< 0,05…0,06) кернеудің кері тізбектерінің
коэффициенттері болмашы болып калады. Симметриялы емес кернеу кезінде электр
қозғалтқыштарының шығыны өседі, изоляция қызметінің мерзімі қысқарады. Асинхрондық
қозғалтқыштың изоляциясының қызмет мерзімі номиналды айналдыру кезінде және 4% тең кері
тізбектелген кернеу коэффициенті қосымша қыздыру арқасында екі есе азаяды.
Жабдықтауларда
жүйелерде,
жоғарғы
гармоникаларда
электр
машиналарда,
трансформаторларда және желілерде қосымша шығындар болады, сондай-ақ реактивті қуаттар өтімі
әлсіреп, электр машиналардың және аппараттардың изоляциялар қызметтері мерзімі қысқарып,
автоматикалар, телемеханикалар және байланыс құрылымдарының жұмысы азаяды. Маңызды ықпал
жоғарғы гармоникалар изоляцияға электр машиналарына және конденсаторларға, сондай-ақ өлшеу
құралдарына және автоматика құрылымдарына болып келеді. Кернеулердің қисықтың формаларына
бұрмалауда есептің артына электр машиналарға және трансформаторларға изоляцияда иондаған
процесстердің ағуын жандандырып жатыр, изоляцияда жергілікті міндер дамып, не диэлектриялық
жоғалтуларға алып келіп жатыр және қызметтердің мерзімін қысқартады.
Қабылдағыштардан, бір тараптан қуатпен ИП қуатта өлшемдесуде, шығыс ИП координаталарға
және динамикалық жүйенің жұмыс тәртіпінің өзгеріс сипатына ықпал етеді, Басқа тараптан, олардың
номиналды мәндерінен ИП энергетикалық координаталардың ауытқулардың салдармен энергияны
ИП осы үйрететін динамикалық жүйелердің жұмыс жасаулар сапалары (әдетте нашарлауы) өзгеріске
келуі.
Егер бір ИП динамикалық жүйеде энергия алатын болса, онда көрсетілген факторлар себептері
арқылы ИП ортақ әртүрлі жүйелерде процесстермен арасында өзара ықпал пайда болады. Бұл
құбылысты жою үшін бірнеше ИП автономды әр түрлі жүйелерден бөлек энергия жабдықтаудан
өндіріп алуға болады. Жалпы алғандағы мәселенің шешімі әрдайым қанағаттандырмайды, не
дегенмен де бүтін қатардың автономды ИП қолдану бір және сол физикалық табиғаты
массогабариттің және электр құрылғыларының электрлік көрсеткіш сапасының кемуіне әкеледі.
Сондықтан осы уақытта өте кең таралған қозғалатын объекттердің бір ортадан қоректену жүйесін
алдық, қолданылуы бір ИП ортақ тиесілі қозғалатын объекттердің бір ортадан қоректенулер жүйелер
алды қозғалатын объекттің барлық жүйелер энергияны осыдан алып жатады.
Осыған орай, бір ортадан энергия жабдықтау жүйесі, алғашқы көзден басқа жүйе (ИП), энергия
түрлендіргіштердің қатары болып келеді, тұйықталған реттегіш динамикалық жүйелер мәні бойынша
болатын лайықты шығыс координаталардың реттеуіштермен жабдықтаған.
Не дегенмен де электр энергияларының қабылдағыштардың саны әдетте улкен және олар
тығыз емес орналасқан, біресе ИП арасында және өзіне энергия беретін құрылғыны жүктемемен
анықтайтын сеть қосу мүмкін емес, қосалқы құрылымдарының берілулері және қатар каналдарының
коммутацияларының құрылымдары (Бақылау, индикацияның сүзгілері, шектеушілер, датчиктер) [1, 2,
3].
Алғашқы энергияны таратушы, коммутациялық реттейтін аппаратурамен және барлық
түрлендіргіштермен ИП сонымен бірге, барлық тұтынушылар энергияны алған (СЭС) жабдықтаулар
жүйені құрастырады.
Электрониканың дамуы, жаңа жартылай өткізгіш түрлендіргіштерді жасау, қойылған жоғары
есептердің ықтимал шешім жасады. Түрдің күш беретін жартылай өткізгіш құралдардың жаңа
ұрпақтарын қолдануы IGBT, GТО және т.б. жүйелерде электр қозғағыштың реттейтін басқарулар
құрылымдардың массогабариттік көрсеткіштері жақсарту мүмкіндік беріп жатыр және электр
қозғағыштардың технико-экономикалық көрсеткіштері маңызды жоғарылауы керек.
Әдебиет:
1. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение.
М.: Изд. Дом Додэка-XXI, 2001.
2. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. М.: Энергоатомиздат, 1992.
3. Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1982.
References:
1. Voronin, P.A. Power semiconductor switches: family characteristics, application. M:. House Dodeka-
XXI, 2001.
2. Rozanov, J.K. Fundamentals of Power Electronics. M.: Energoatomizdat, 1992.
3. Zabrodin, Y.S. Industrial electronics: Textbook for universities. M.: Higher School, 1982.
Сведения об авторах:
Сапа В. Ю. – к.т.н., кафедра электроэнергетики и физики, Костанайский государственный
университет им. А. Байтурсынова, г. Костанай, пр. Абая 28, телефон: 87142558580, e-mail:
sapa@mail.ru.
Бондаренко С. А. – магистрант, кафедра электроэнергетики и физики, Костанайский
государственный университет им. А. Байтурсынова, г. Костанай, пр. Абая 28, телефон:
87142558580, e-mail: bondarenko@mail.ru.
Темирханова Х.З. – ст. преподаватель, кафедра электроэнергетики и физики, Костанайский
государственный университет им. А. Байтурсынов¸ г. Костанай, пр. Абая 28, телефон:
87142558580, e-mail: had_65@mail.ru.
Sapa V.Y. - PhD, Senior Lecturer, Department of Electricity and Physics, Kostanai State University. A.
Baitursynov Kostanay Abay ave. 28, phone: 87142558580, e-mail: sapa@mail.ru.
Bondarenko S.A. - Master, Department of Electricity and Physics, Kostanai State University. A.
Baitursynov Kostanay Abay ave. 28, phone: 87142558580, e-mail: bondarenko@mail.ru.
Temirkhanov
а H.Z. - Senior Lecturer, Department of Electricity and Physics, Kostanai State University.
A. Baitursynov Kostanay Abay ave. 28, phone: 87142558580, e-mail: had_65@mail.ru.
Сапа Владимир Юрьевич – А.Байтұрсынов атындағы Қостанай Мемлекеттік университеті,
т.ғ.к.,электр энергетикасы және физика кафедрасының аға оқытушысы. Қостанай қ., Абай
данғылы 28 , телефон: 87142558580, e-mail: sapa@mail.ru.
Бондаренко Сергей Анатольевич – А.Байтұрсынов атындағы Қостанай Мемлекеттік
университеті, электр энергетикасы және физика кафедрасының магистранты. Қостанай қ.,
Абай данғылы 28 ,телефон: 87142558580, e-mail: bondarenko@mail.ru.
Темирханова Х.З. – А.Байтұрсынов атындағы Қостанай Мемлекеттік университеті, электр
энергетикасы және физика кафедрасының аға оқытушысы, Қостанай қ., Абай данғылы 28 ,
телефон: 87142558580, e-mail:had_65@mail.ru.
Достарыңызбен бөлісу: |