УДК 621.039 АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА ЗА И ПРОТИВ Новоженцева Н.В Научный руководитель Расторгуева Галина Сергеевна старший преподаватель Кафедры БЖ Филиала КГПУ им. В.П. Астафьева в г. Железногорске, ст. преп., Бочарова Е. В. ИУБПиЭ СФУ Сибирский федеральный университет Одним из важных показателей экологических и экономических возможностей страны является уровень развития энергетики. Развитие топливно - энергетического комплекса (ТЭК) в настоящее время нельзя мыслить без атомной энергетики. Рождение атомной энергетики разделило общество на два лагеря, занимающие прямо противоположные позиции. Одни видят в атомной энергетике достижение человеческого разума. Другие считают ее злом, грозящим гибелью всему живому на нашей планете. В конце прошлого века авторитет мирного атома сильно пошатнула авария на Чернобыльской АЭС. Так же события 21 века на АЭС Фукусима-1, произошедшие 11 марта 2011 года поставили под сомнение дальнейшее развитие атомной энергетики. Но нельзя отрицать тот факт, что атомная энергия при правильном проектирование атомного реактора, является огромным потенциалом получения чистой энергии. Атомщики сегодня еще пытаются извлечь урок из трагедии. Они ищут способы поднять безопасность реакторов на новый уровень. С другой стороны, перед лицом грядущего дефицита углеводородных ресурсов человечество осознало, что у атомной энергетики нет достойной альтернативы. И сейчас по всему миру наблюдается её возрождение. Последнее время Россия стремится не только серьезно усилить свой атомный сектор энергетики, но и занять лидирующее положение на международном энергетическом рынке. Для этого есть все предпосылки. В частности, у нас производится полный ядерный цикл: от добычи и обогащения ядерного топлива до его переработки и утилизации после использования. Такого нет ни в одной другой стране мира, кроме Франции. И это преимущество следует грамотно использовать и развивать в своих интересах. Город Железногорск, который находится в 60 километрах от Красноярска, на протяжении всей своей истории был непосредственно связан с атомным производством. ГХК - это градообразующее предприятие, большая часть населения занята на комбинате, реактор АДЭ-2 обеспечивал город электричеством и теплом. За годы работы комбината накоплено большое количество ОЯТ. Нам жить в непосредственной близи от ядерных реакторов, поэтому меня интересует данная тема, что будет с городом, есть ли перспективы развития, с чем они связаны. Я хочу иметь собственную точку зрения по вопросам, связанным с развитием ядерной энергетики на базе города Железногорска. Точку зрения, основанную на компетентной информации, подтвержденную фактами, цифрами. Идея участия в конференции по теме «Атомная энергетика» родилась в продолжение моего успешного выступления еще в 2011 году на городской НПК на секции «Атомная энергетика» и участия во Всероссийском конкурсе исследовательских и проектных работ «Энергия будущих поколений», который проходил в апреле 2011 года в Санкт-Петербурге. Этот конкурс проводится госкорпорацией «Росатом» и общероссийским детским экологическим движением «Зеленая планета». На этом конкурсе я познакомилась с ребятами из разных территорий России, которые изучают вопросы развития атомной 1 энергетики. Мне захотелось самой лучше разбираться в этой теме и уметь эту информацию доводить до других, быть компетентной на основе фактов, цифр. Это первое. А второе, Красноярск находится в непосредственной близи от закрытого ядерного города Железногорска, как уже говорилось. Сейчас стоят актуальные вопросы, связанные с развитием города и радиоактивными отходами. Эти два вопроса взаимосвязаны. С одной стороны можно считать ОЯТ отходами, а с другой стороны - сырьем для производства МОКС-топлива. Соответственно и отношение к городу и перспективы для развития тоже будут разные. Еще в 2011 году в моей работе были освещены темы создания МОКС- топлива из отработавшего ОЯТ и это были лишь проекты. На сегодняшний день уже созданы первые таблетки переработанного диоксида урана и плутония. Сегодняшние лидеры атомной энергетики, французы, имея на своем лучшем заводе UP-3 технологию 2-го поколения, оценили презентацию Горно-химического комбината как 4-е поколение. Существенное отличие этого поколения -отсутствие жидких радиоактивных отходов. Третье - проводя анкетирование, я увидела, что мои сверстники очень мало информированы о развитии и перспективах этой отрасли. Нашему поколению необходимо знать есть ли будущее у атомной энергетики, что такое производство МОКС-топлива, нужна ли миру атомная энергетика и насколько она опасна? Моя специальность напрямую связана с темой моей работы, ведь я будущий экономист, а главной задачей экономики в целом является максимально возможное сохранение исчерпаемых ресурсов. Кроме того атомная энергетика сейчас дает самое дешевое электричество. Если в обычной, тепловой, энергетике на органическом топливе в тарифе около 60% составляет стоимость природных ресурсов, топлива (в этом топливе большая доля природно-ресурсной ренты, а не оплаты труда), то стоимость природной составляющей в атомной энергетике составляет 15%, большая часть которой — трудовая компонента. Запасов топлива для всей органической энергетики хватит только на десятилетия, в то время как для атомной энергетики — на тысячелетия. Себестоимость производства электроэнергии на АЭС в 1,5-2 раза дешевле по сравнению с тепловыми станциями. Сегодня я хочу иметь собственную точку зрения по вопросам, связанным с развитием ядерной энергетики в нынешней социально-экономической обстановке на базе передового города Железногорска. Желание ответить на эти вопросы себе и побудило меня заняться этим исследованием. 2

«133 Электротехника и электроэнергетика УДК 62-83: 621.314.632 ББК 31.291 Г.П. ОХОТКИН, Е.С. РОМАНОВА СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СИЛОВЫХ СХЕМ ИМПУЛЬСНЫХ...»

Электротехника и электроэнергетика

УДК 62-83: 621.314.632

Г.П. ОХОТКИН, Е.С. РОМАНОВА

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СИЛОВЫХ СХЕМ

ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Ключевые слова: импульсный преобразователь, транзисторный импульсный преобразователь, импульсный преобразователь постоянного напряжения, транзисторный электропривод постоянного тока.

Проведен сравнительный анализ силовых схем импульсных преобразователей для электропривода постоянного тока и их статических характеристик. Приведенные преимущества и недостатки схем позволяют обоснованно выбрать схему электропривода.

G.P. OKHOTKIN, E.S. ROMANOVA

COMPARATIVE ANALYSIS OF POWER CIRCUITS

OF PULSED CONVERTERS FOR DC MOTOR

Was made a comparative analysis of the power circuits of pulse converters for DC motor and its static characteristics. Adducting advantages and disadvantages of schemes admit reasonably choose the electric circuit.

Построение оптимальной системы управления импульсным преобразователем постоянного напряжения (ИППН) возможно только при условии, когда управляющий вентилями сигнал формируется системой управления на основе полной информации о состоянии объекта управления. Состояние объекта управления – двигателя постоянного тока характеризуется двумя переменными: током якоря и угловой скоростью вращения.

Для контролирования переменных состояния двигателя применяются датчики тока и скорости. Современные транзисторные электроприводы постоянного тока строятся по схеме подчиненного регулирования координат с внутренним контуром тока и внешним контуром скорости. Бывают нереверсивные и реверсивные электроприводы.

Нереверсивные электроприводы, в свою очередь, могут иметь схему торможения или могут быть построены без схемы торможения. В последнем случае торможение осуществляется самовыбегом, т.е. под действием статической нагрузки.

В начале рассмотрим функциональную схему транзисторного нереверсивного электропривода без схемы торможения (рис. 1, а). Она состоит из автомата К; согласующего трансформатора TV; выпрямителя В, построенного по мостовой схеме; ёмкостного фильтра С; регулирующего транзистора VT; обратного диода VD; внешнего реактора Lp; двигателя постоянного тока (ДПТ) независимого возбуждения M; датчика тока ДТ; системы управления СУ; тахогенератора BR.

Регулирующий транзистор VT и обратный диод VD представляют собой простейшую схему вентильного преобразователя (ВП) постоянного тока в постоянный (DC-DCпреобразователь) . Временные диаграммы работы DC-DC-преобразователя в установившемся режиме работы электропривода (ЭП) представлены на рис. 1, б и в.

Рассмотрим работу DC-DC-преобразователя в режиме непрерывного тока (РНТ).

После включения регулирующего транзистора VT в момент времени t = nT (рис. 1, б) под действием входного напряжения Uп DC-DC-преобразователя в обмотке якоря ДПТ увеличивается ток по экспоненте в цепи: зажим плюс источника питания – транзистор VT – реактор Lp – обмотка якоря ДПТ – датчик тока ДТ – зажим минус источника питания.

Противо-ЭДС Eя вращающегося с угловой скоростью двигателя направлена встречно Uп. Длительность открытого состояния t0 регулирующего транзистора VT определяется схемой управления в функции сигналов обратных связей по току Uот и скорости Uос. В.

134 Вестник Чувашского университета. 2012. № 3 момент времени t = nT + t0 система управления выключает регулирующий транзистор VT.

При этом под воздействием ЭДС самоиндукции, возникающей на катушке индуктивности якорной цепи, открывается обратный диод VD, и ток якоря начинает спадать по экспоненте в цепи: реактор Lp – обмотка якоря ДПТ – датчик тока ДТ – диод VD – реактор Lp. В момент времени t = (n + 1)T схема управления снова открывает регулирующий транзистор VT, и ток якоря начинает расти по экспоненте. Далее процесс регулирования тока и напряжения якорной цепи ДПТ продолжается циклическим переключением регулирующего транзистора VT с высокой частотой.

–  –  –

Сравнительный анализ характеристик различных систем удобней проводить, когда их параметры выражаются в относительных единицах. Для этого введем относительные величины: 0 = t0 /T – относительная длительность открытого состояния регулирующего транзистора; = Ud /Uп – относительное среднее значение выходного напряжения преобразователя; = Eя /Uп – относительная противо-ЭДС двигателя;

I = RяEя /Uп – относительный средний ток якоря, приняв за базовые переменные Uб = Uп, Tб = T – базовые напряжения и время.

Тогда относительное среднее значение напряжения якоря из (1) выражается как = 0. (3) Зависимость относительного среднего значения выходного напряжения преобразователя от относительной длительности открытого состояния регулирующего транзистора 0, т.е. = f(0) называется регулировочной характеристикой DC-DC-преобразователя. Регулировочная характеристика преобразователя (3) располагается в первом квадранте координатной плоскости (0,) и представляет собой прямую (точнее отрезок прямой 0 1), проходящую через начало координат. Следовательно, в простейшем DCDC-преобразователе возможна только однополярная модуляция (0 0 1), что приводит к регулированию среднего напряжения в относительных единицах в диапазоне 0 1.

Изменением напряжения якорной цепи регулируют скорость двигателя постоянного тока. Для получения регулировочной характеристики ДПТ уравнение (2) представляют в относительных единицах в виде = – I, (4) где противо-ЭДС двигателя пропорциональна угловой скорости Eя = K, при = const, т.е..

Регулировочная характеристика = f()|I = const ДПТ по (4) представляет собой семейство параллельных прямых, расположенных в первом и четвертом квадрантах координатной плоскости (,), зависящих от тока якоря I. С учетом того, что рассматриваемый нереверсивный электропривод в состоянии работать с нагрузкой, характеризуемой только реактивным моментом сопротивления, регулировочная характеристика ДПТ (4) располагается только в первом квадранте координатной плоскости (,).

Из регулировочных характеристик (3), (4) получают уравнение регулировочной характеристики системы DC-DC-преобразователь – ДПТ (ВП–ДПТ) в виде = 0 – I. (5) Регулировочные характеристики = f(0)|I = const по (5) имеют вид параллельных прямых, расположенных только в первом квадранте координатной плоскости (0,). Из характеристик (5) следует, что скорость ДПТ () регулируется изменением длительности открытого состояния регулирующего транзистора 0 при заданной нагрузке I.

Электромеханической характеристикой системы ВП-ДПТ называется зависимость относительного среднего напряжения якорной цепи от относительного среднего тока якоря I, т.е. = (I)| = const при заданной скорости двигателя. Эти характеристики представляют собой семейство параллельных прямых с постоянным углом наклона к оси абсцисс, расположенных в первом квадранте координатной плоскости (I,). Угол наклона определяется активным сопротивлением якорной цепи.

В режиме прерывистого тока (РПТ) ток якоря на интервале дискретности спадает до нуля. Временные диаграммы, представленные на рис. 1, в отличаются от временных диаграмм РНТ наличием интервала бестоковой паузы tп. На интервале бестоковой паузы напряжение якорной цепи соответствует значению Eя, поэтому среднее значение напряжения якорной цепи определяется соотношением 1 nT t0 1 (n1)T Uп Uп Ud U п dt T Eя dt T t0 T tп, (6) T nT (n 1)T tп где t п – длительность интервала бестоковой паузы.

136 Вестник Чувашского университета. 2012. № 3 Переходя в уравнении (6) к относительным единицам, с учетом (4) получают уравнение регулировочной характеристики системы ВП–ДПТ в виде = 0 + п – I, (7) где п = tп /T – относительная длительность интервала бестоковой паузы.

Получить выражения для определения п в явном виде не представляется возможным. Поэтому построение регулировочных характеристик системы ВП–ДПТ в РПТ осуществляют с помощью ее электромеханических характеристик. В связи с этим регулировочные характеристики системы ВП–ДПТ при прерывистых токах становятся нелинейными.

Электромеханические характеристики системы ВП–ДПТ в режиме прерывистого тока также нелинейны. Они представляют собой семейство кривых линий, исходящих из точки идеального холостого хода и заканчивающихся на границе прерывистого тока в точках, где начинаются характеристики режима непрерывного тока.

Электромеханические характеристики в режиме прерывистого тока обладают малой жесткостью по сравнению с характеристиками непрерывного тока.

Нелинейность статических характеристик системы ВП–ДПТ в РПТ снижает точность регулирования и устойчивость электропривода. Поэтому должны быть предусмотрены меры, либо исключающие режим прерывистых токов, либо линеаризирующие регулировочные характеристики.

К достоинствам рассматриваемой схемы следует отнести предельно малое число элементов силовой части преобразователя.

Недостатками такой системы являются: отсутствие режимов генераторного торможения двигателя, что отрицательно сказывается на динамических свойствах электропривода; наличие нелинейных участков механических характеристик, имеющих малую жесткость; наличие нелинейных участков регулировочных характеристик; повышенные дополнительные потери в двигателе при работе в режиме прерывистых токов.

Теперь рассмотрим нереверсивную схему электропривода с генераторным торможением двигателя (рис. 2, а). Функциональная схема нереверсивной полумостовой схемы DC-DC-преобразователя состоит из двух простейших схем вентильных преобразователей (первая построена на транзисторе VT2 и диоде VD1, а вторая – на VT1 и VD2), где вторая схема ВП подключена встречно-параллельно двигателю. Такая схема включения ВП обеспечивает протекание в якоре двигателя реверсивного (биполярного) тока, поэтому назовем ее реверсивным по току преобразователем. ИППН, в отличие от схемы, приведенной на рис. 1, а, снабжается узлом сброса энергии УС для предотвращения перенапряжений на конденсаторе С в тормозных режимах работы двигателя.

Первая простейшая схема ВП, выполненная на транзисторе VT2 и диоде VD1, служит для регулирования среднего значения напряжения на якоре двигателя и поэтому называется разгонным комплектом ВП. Второй комплект ВП, выполненный на транзисторе VT1 и диоде VD2, служит для генераторного торможения ДПТ и может быть назван тормозным комплектом ВП. Бывает совместное и раздельное управление комплектами ВП.

При раздельном управлении комплектами ВП временные диаграммы работы рассматриваемого DC-DC-преобразователя в двигательном режиме работы ДПТ полностью совпадают с временными диаграммами работы схемы, представленной на рис. 1, а.

Статические характеристики системы ВП–ДПТ в режиме непрерывного тока линейны, а в режиме прерывистого тока нелинейны. Переход в генераторный режим торможения электропривода схемой осуществляется после спада тока якоря до нуля.

Одним из недостатков раздельного управления комплектами ВП является нелинейность статических характеристик в режиме прерывистых токов. Совместное управление комплектами ВП позволяет исключить интервал бестоковой паузы и линеаризовать статические характеристики системы ВП–ДПТ. Поэтому в дальнейшем подробнее остановимся на рассмотрении совместного управления комплектами ВП.

Электротехника и электроэнергетика Временные диаграммы работы ВП в режиме постоянного тока якоря с положительным средним значением (iя 0, Iя 0) приведены на рис. 2, б. Формирование кривых тока и напряжения в этом режиме осуществляется разгонным комплектом ВП, работа которого подробно описана выше (рис. 1, б). Режим характеризуется тем, что в течение всего интервала дискретности мгновенный и средний ток якоря больше нуля, т.е. iя 0 и Iя 0. Средний ток якоря Iя и противо-ЭДС Eя двигателя направлены встречно, поэтому машина М работает в двигательном режиме.

Работу вентильного преобразователя в режиме переменного тока якоря с положительным средним значением (Iя 0) иллюстрируют временные диаграммы, представленные на рис. 2, в. При совместном управлении комплектами ВП на возможных интервалах бестоковой паузы тормозной комплект ВП формирует в якоре двигателя ток, совпадающий по направлению с противо-ЭДС Eя. Для этого отпирающие импульсы на транзисторы комплектов подаются в противофазе, т.е. когда открыт транзистор VT2 транзистор VT1 закрыт и наоборот.

–  –  –

В результате этого в якоре двигателя протекает переменный ток, обеспечивающий генераторное притормаживание двигателя на интервале tт + td. При этом исчезает интервал бестоковой паузы, снижаются средний ток якоря и коэффициент использования двигателя по моменту. Несмотря на наличие отрицательного мгновенного тока якоря на интервале tт + td, среднее значение тока якоря на интервале дискретности преобразователя больше нуля, т.е. Iя 0. Под действием среднего тока якоря положительной полярности, направленного встречно противо-ЭДС Ея, в двигателе создается электромагнитный момент и осуществляется вращение его вала.

138 Вестник Чувашского университета. 2012. № 3 При уменьшении системой управления длительности t0 открытого состояния транзистора VT2 уменьшается интервал tc спада тока якоря до нуля, увеличиваются интервалы tт и td, снижается среднее значение тока якоря Iя. Когда среднее значение тока якоря достигнет нулевого значения Iя = 0, машина M переходит в так называемый режим работы идеального холостого хода. Протекающий при этом в обмотках якоря переменный ток нагревает их и не создает в машине вращающего момента.

Дальнейшее снижение длительности t0 открытого состояния транзистора VT2 приводит к изменению знака среднего тока якоря Iя 0 и переводу машины M в режим генераторного торможения, состоящего из интервалов динамического tт и рекуперативного td торможений. Протекающий в обмотках якоря переменный ток с отрицательным средним значением создает во вращающейся машине тормозной момент, и начинается торможение двигателя. Интенсивность торможения ДПТ определяется значением среднего тока якоря.

При рекуперативном торможении двигателя накопленная кинетическая энергия преобразуется машиной в электрическую, которая передается через шины питания в источник питания и накапливается на ёмкостном фильтре С. Это может привести к повышения напряжения питания Uп. Для ограничения напряжения питания Uп в тормозных режимах работы электропривода вводят узел сброса УС, содержащий полупроводниковый ключ, балластный резистор, схему управления ключом и схему контроля напряжения на ёмкостном фильтре C. При превышении напряжения на ёмкостном фильтре свыше 5-10% от номинального значения УС начинает сброс избыточной энергии в балластный резистор путем переключения ключа с высокой частотой.

При этом осуществляются разряд конденсатора С на балластный резистор и снижение напряжения Uп до номинального значения.

Таким образом, в формируемом вентильным преобразователем пульсирующем токе якоря можно различить четыре режима: положительного постоянного тока, когда мгновенный и средний ток якоря больше нуля (iя 0, Iя 0); переменного тока с положительным Iя, когда мгновенный ток переменный, а среднее значение тока якоря больше нуля (~iя, Iя 0); переменного тока с отрицательным Iя (~iя, Iя 0); отрицательного постоянного тока (iя 0, Iя 0). При этом, когда в машине M протекает постоянный или переменный ток с Iя 0, она работает в двигательном режиме, а когда протекает переменный или постоянный ток с Iя 0, она переходит в режим генераторного торможения, состоящего из интервалов динамического и рекуперативного торможений.

Среднее значение напряжения якорной цепи в режиме постоянного тока определяется (1), а в режиме переменного тока как nT t 0 1 (n1)T 1 Uп Uп Ud U п dt U п dt T t0 T td, (8) T nT T (n1)T t d или в относительных величинах = 0 + d, (9) где d = t d /T – относительная длительность открытого состояния диода VD2.

Схема DC-DC-преобразователя обеспечивает однополярную модуляцию (0 0 1), и поэтому регулировочная характеристика располагается в первом квадранте координатной плоскости и имеет линейную зависимость во всех режимах тока. Внешняя характеристика DC-DC-преобразователя располагается в первом и во втором квадрантах координатной плоскости, так как преобразователь обеспечивает протекание реверсивного тока якоря и имеет также линейную зависимость.

К достоинствам схемы относятся: линейность статических характеристик системы ВП-ДПТ, которая достигается в схеме исключением режима прерывистых токов; высокое быстродействие электропривода, которое достигается обеспечением генераторного торможения машины.

Электротехника и электроэнергетика К недостаткам относятся: относительно большое число элементов силовой части преобразователя, приводящее к усложнению схемы управления; снижение коэффициента использования машины в режиме переменного тока якоря.

Далее рассмотрим основные реверсивные схемы транзисторных электроприводов постоянного тока, которые могут быть выполнены с помощью одного Uп или двух источников постоянного напряжения Uп1 и Uп2. Сначала рассмотрим две реверсивные схемы транзисторных электроприводов постоянного тока с двумя источниками постоянного напряжения. Первая функциональная схема электропривода, представленная на рис. 3, выполнена с помощью реверсивной полумостовой схемы DC-DC-преобразователя, состоящего из двух транзисторов VT1, VT2 и диодов VD1, VD2. Реверсивная схема образована встречно-параллельным включением по выходу двух комплектов нереверсивных ВП, выполненных по простейшей схеме. Регулирующий транзистор VT1 и диод VD2, представляющие собой первый комплект ВП, формируют регулируемое среднее напряжение положительной полярности в якорной цепи двигателя для направления вращения «Вперед», а транзистор VT2 и диод VD1 (второй комплект ВП) – отрицательной полярности для направления вращения «Назад».

–  –  –

ленная в относительных единицах, располагается в первом и четвертом квадрантах координатной плоскости (0,) и проходит через нулевое значение относительного среднего напряжения = 0 при 0 = 1/2. Это означает, что DC-DC-преобразователь осуществляет двухполярную модуляцию, передавая энергию из машины М в источник входного напряжения Uп2 при 0 0 1/2, и наоборот – от источника Uп1 в машину при 1/2 0 1.

Из регулировочных характеристик (11) и (4) получаем уравнение регулировочной характеристики системы ВП-ДПТ в виде = 20 – 1 – I. (12) Регулировочные характеристики = f(0)|I = const по (12) имеют вид параллельных прямых, расположенных в первом и четвертом квадрантах координатной плоскости (0,) и проходят через нулевое значение относительного среднего напряжения = 0 при 0 = 1/2 и I = 0. Из характеристик (12) следует, что скорость ДПТ () регулируется изменением длительности открытого состояния регулирующего транзистора 0 при заданной нагрузке I.

Электромеханические характеристики системы ВП–ДПТ = (I)| = const, создаваемые первым комплектом ВП и машиной, представляют собой семейство параллельных прямых с постоянным углом наклона к оси абсцисс, расположенные в первом и четвертом квадрантах координатной плоскости (I,), так как схема первого комплекта ВП реверсирует только среднее напряжение якорной цепи, а средний ток якоря не изменяет полярность. Электромеханические характеристики системы ВП–ДПТ, создаваемые вторым комплектом ВП и машиной, располагаются в третьем и во втором квадрантах координатной плоскости (I,). Поэтому в целом электромеханические характеристики системы ВП–ДПТ будут расположены во всех четырех квадрантах.

При раздельном управлении комплектами ВП для направления вращения двигателя «Вперед» транзистор VT2 постоянно закрыт, и поэтому работа преобразователя возможна в режиме прерывистого тока. При этом ток якоря на интервале дискретности спадает до нуля. В этом случае регулировочные и электромеханические характеристики системы ВП-ДПТ становятся нелинейными.

При совместном управлении комплектами ВП формируется переменный ток якоря, исключается интервал бестоковой паузы, что линеаризует статические характеристики системы ВП–ДПТ. При этом также обеспечивается генераторное торможение машины, что значительно увеличивает быстродействие электропривода.

Вторая функциональная схема реверсивной полумостовой схемы с нулевыми вентилями DC-DC-преобразователя представлена на рис. 4, а. Реверсивная схема образована встречно-параллельным включением по выходу двух комплектов нереверсивных ВП VТ1, VT3 и VT2, VT4, выполненных по простейшей схеме и отличающихся от схемы рис. 1, а использованием вместо нулевых вентилей транзисторов VT3 и VT4 . Нулевые вентили снижают пульсации тока якоря двигателя в отличие от предшествующей схемы, приведенной на рис. 3. Диоды VD1 и VD2 защищают от перенапряжений транзисторов VT1 и VT2 при выключениях транзисторов VT3 и VT4.

Здесь возможно совместное и раздельное управление комплектами ВП. Временные диаграммы работы преобразователя при раздельном управлении комплектами в режимах непрерывного и прерывистого токов аналогичны рис. 1, б, в. В режиме прерывистого тока якоря регулировочные и электромеханические характеристики системы «ВП–ДПТ» становятся нелинейными.

При совместном управлении комплектами ВП в цепи якоря двигателя формируется переменный ток, исключается интервал бестоковой паузы и обеспечивается линейность статических характеристик системы «ВП–ДПТ».

Управляемый нулевой вентиль, реализованный на транзисторах VT3 и VT4, позволяет форсировать процесс спада тока якоря до нуля. Так, при включенном транзисторе VT3 или VT4 ток якоря двигателя в цепи спадает медленно, а при выключенных транзисторах VT3 (VT4) ток якоря быстро спадает через открытые диоды VD1 или.

Электротехника и электроэнергетика VD2 под действием источников питания Uп1 или Uп2. Это повышает быстродействие электропривода по сравнению со схемой, приведенной на рис. 1, а.

–  –  –

б Рис. 4 Реверсивная схема транзисторного электропривода постоянного тока с одним источником постоянного напряжения на основе мостовой схемы ИППН приведена на рис. 4, б. Реверсивная схема ВП, изменяющая не только направление тока, но и полярность напряжения якоря электродвигателя, позволяет обеспечить генераторное торможение машины и реверс скорости. Мостовая схема импульсного преобразователя постоянного напряжения (рис. 4, б) состоит из двух стоек. Первая стойка образована схемой, последовательно соединенных транзисторов VT1 и VT3 по отношению к источнику питания, а вторая – транзисторами VT2 и VT4. В диагональ моста, образованного транзисторными ключами, включен электродвигатель постоянного тока.

Питание ВП осуществляется от источника постоянного напряжения Uп, шунтированного конденсатором С и узлом сброса УС.

Существует множество методов коммутации транзисторов мостовой схемы, представляющие собой как дальнейшее развитие вышеописанных методов коммутации, так и новых. Некоторые из них обеспечивают как совместное, так и раздельное управление комплектами вентилей, образующих две нереверсивные схемы со.

142 Вестник Чувашского университета. 2012. № 3 встречно-параллельным включением по выходу. Мостовая схема обеспечивает генераторное торможение машины и увеличивает быстродействие привода.

Для обеспечения линейных статических характеристик системы ВП–ДПТ нужно так коммутировать транзисторы мостовой схемы, чтобы в якоре двигателя протекал переменный ток. Всякое отступление от этого условия приводит к появлению нелинейности статических характеристик системы ВП–ДПТ.

При формировании ВП на выходе однополярных прямоугольных импульсов напряжения уменьшаются пульсации тока якоря, дополнительные потери мощности, повышается надежность вентильного преобразователя и привода в целом. Поэтому мостовая схема вентильного преобразователя, несмотря на большое число элементов силовой части, находит широкое применение в реверсивных электроприводах постоянного тока.

Литература

1. Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. Л.: Энергия, 1973.

2. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: учеб. пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003.

ОХОТКИН ГРИГОРИЙ ПЕТРОВИЧ – доктор технических наук, профессор, декан факультета радиотехники и электроники, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары ([email protected]).

OKHOTKIN GRIGORY PETROVICH – doctor of technical sciences, professor, dean of Radio Engineering and Electronics Faculty, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.

РОМАНОВА ЕВГЕНИЯ СЕРГЕЕВНА – магистрант кафедры промышленной электроники, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары ([email protected]).

ROMANOVA EVGENIA SERGEEVNA – master’s program student of Industrial Electronics Chair, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.

УДК 62-83: 621.314.632 ББК 31.291 Г.П. ОХОТКИН, Е.С. РОМАНОВА

АНАЛИЗ ЗАКОНОВ КОММУТАЦИИ КЛЮЧЕЙ

МОСТОВОЙ СХЕМЫ ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Дан анализ законов коммутации ключей импульсных преобразователей. Установлено, что наиболее эффективной является поочередная несимметричная коммутация транзисторов. Для предотвращения сквозных токов в силовой схеме предложено формировать неперекрывающиеся импульсы управления ключами.

G.P. OKHOTKIN, E.S. ROMANOVA

ANALYSIS OF KEY SWITCHING LAWS

FOR BRIDGE CIRCUIT OF PULSE CONVERTER

The laws analysis of keys switching of pulse converters is given. It is established, that the most effective is serial asymmetrical switching of transistors. To prevent cross-cutting currents in the power scheme, it is offered to form some not blocked impulses of keys control.

При построении высококачественного реверсивного электропривода постоянного тока находит широкое применение мостовая схема импульсного преобразователя (рис. 1, а). Мостовая схема, выполненная на четырех транзисторах с обратными диодами, позволяет создавать реверсивный (четырехквадрантный) импульсный преобразователь постоянного напряжения (ИППН) с высокой частотой и разнообразными законами коммутации силовой цепи, обладающий высокими энергетическими показателями, хороши-.

Экз. Заказ № 6239 Фундамент и кладка / авт.сост. И.Е. Рассказова. - Ф94 М.: ACT; Донецк: Сталкер, 2006. - 77, с: ил. - (Приусадебное хозяйство). ISBN 5-17-029843-9 (...» из Элеи родом с собою ведем, друга последо­ вателей Парменида и Зенона, истинного философа. С о к р а т. У ж не ведешь ли ты, Феодор, сам того не зная, не чужеземца, но некоего бога, по с...» 2017 www.сайт - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

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.

«ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА УДК 620.92 БИОЭНЕРГЕТИКА В УКРАИНЕ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ. ЧАСТЬ 1 Гелетуха Г.Г., канд. тех. наук, Железная Т.А., канд. тех. наук, Кучерук П.П., ...»

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА

БИОЭНЕРГЕТИКА В УКРАИНЕ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

РАЗВИТИЯ. ЧАСТЬ 1

Гелетуха Г.Г., канд. тех. наук, Железная Т.А., канд. тех. наук, Кучерук П.П., Олейник Е.Н.,

Трибой А.В.

Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. Желябова, 2а, Киев, 03680, Украина

Розглянуто поточний стан та Рассмотрено современное сос- The paper covers state of the art прогноз розвитку біоенергетики в тояние и прогноз развития био- and outlook for bioenergy developС. Виконано оцінку потенціалу энергетики в ЕС. Выполнена оцен- ment in the EU. Potential of biomass біомаси, доступної для виробницт- ка потенциала биомассы, доступ- available for energy production in ва енергії в Україні. Проаналізова- ной для производства энергии в Ukraine is assessed. Dynamics of the но динаміку зміни потенціалу біо- Украине. Проанализирована дина- biomass potential over years is analyzed.

маси по роках. мика изменения потенциала биомассы по годам.

Библ. 14, табл. 5, рис. 4.

Ключевые слова: биомасса, биотопливо, биогаз, биоэнергетика, потенциал биомассы, энергетические культуры.

АПК – агропромышленный комплекс; н.э. – нефтяной эквивалент;

БМ – биомасса; с/х – сельское хозяйство;

ВИЭ – возобновляемые источники энергии; сух. т – тонн сухого вещества.

ВКЭ – валовое конечное энергопотребление; Нижние индексы:

ТБО – твердые бытовые отходы; э – электрический.

Развитие биоэнергетики в мире биомасса. Ее доля в общем объеме потребления неизменно составляет около 70 %.

Возобновляемая энергетика – сектор энерВклад биомассы в валовое конечное энергогетики, динамично развивающийся в мире. На потребление ЕС уже превысил 8 %, а к 2020 году сегодня доля ВИЭ в общей поставке первичной должен вырасти до 14 % (табл. 1). В отдельных энергии в мире составляет около 13 %, в том странах-лидерах уровень развития биоэнергетичисле биомассы – 10 %, что соответствует боки значительно выше среднеевропейского. Так, в лее 1300 млн. т н.э./год .

Финляндии доля биомассы в конечном энергоЕвропейский Союз успешно движется к допотреблении составляет 28 %, в Латвии – более стижению цели 2020 года по возобновляемой

–  –  –

чески целесообразный энергетический потен- распределение общей площади: ива – 25 %, мициал биомассы в стране составляет порядка 20… скантус – 15 %, тополь – 10 %, кукуруза – 50 %.

25 млн. т у.т./год. Основными составляющими Предложенный перечень культур является одним потенциала являются отходы сельскохозяйствен- из возможных вариантов, выбранным для данного производства (солома, стебли кукурузы, ной оценки потенциала биомассы. На практике, стебли подсолнечника и т.п.) – более 11 млн. т у.т./ исходя из конкретных условий, могут выращигод (по данным 2013 г.) и энергетические куль- ваться и другие культуры, например, сахарное туры – около 10 млн. т у.т./год (табл. 3). сорго.

При этом сельскохозяйственные отходы яв- Величина энергетического потенциала биоляются реальной частью потенциала биомассы, массы в Украине колеблется по годам и зависит а данные по энергетическим культурам отража- главным образом от урожайности основных сельют объем биомассы, который можно получить скохозяйственных культур. В 2013 г. был собран при выращивании этих культур на свободных зем- рекордный за последние 20 лет урожай зернолях в Украине.

Следует отметить, что этот про- вых и зернобобовых культур (63 млн. т), поэтоцесс активно развивается несколько последних му экономический потенциал биомассы также лет. Оценка потенциала является консерватив- достиг своего максимального значения – почти ной и включает основные виды биомассы, име- 28 млн. т у.т. (рис. 4). Напротив, 2003 год был ющие значительное влияние на объем потенци- одним из самых неурожайных по зерновым кульала. На практике источников биомассы намного турам (20 млн. т), и потенциал биомассы упал больше – отходы зерноочистки элеваторов, ботва до 18,5 млн. т у.т.

сахарной свеклы, биомасса камыша и другие. При оценке потенциала чрезвычайно важПлощадь незадействованных сельскохозяйс- ным является вопрос, какую долю отходов/ твенных земель в Украине составляет 3…4 млн. остатков сельскохозяйственного производства га, по данным 2012 года – 3,5 млн. га (табл. 4). можно использовать на энергетические нужды Несколько возможных сценариев выращивания без негативного влияния на плодородие почв.

энергетических культур на этих землях пред- Эксперты Биоэнергетической ассоциации Укставлены в таблице 5. Сценарии отличаются раины, выполнив соответствующее исследовамежду собой площадью земель, выделенных под ние, пришли к выводу, что в среднем для Уквыращивание энергетических культур – 1 млн. раины можно прогнозировать использование га, 2 млн. га и 3 млн. га. Для всех сценариев до 30 % теоретического потенциала соломы выбраны 4 наиболее перспективные культуры – зерновых культур и до 40 % теоретического ива, мискантус, тополь, кукуруза и следующее ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2015, т. 37, №2

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА

–  –  –

* Консервативный подход.

потенциала отходов производства кукурузы должен решаться индивидуально, принимая на зерно и подсолнечника . На уровне во внимание существующие неэнергетические конкретного сельскохозяйственного предпри- направления применения соломы и других расятия или фермерского хозяйства этот вопрос тительных отходов (например, использование в ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2015, т. 37, №2

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Рис. 4. Динамика энергетического потенциала биомассы в Украине.

качестве органического удобрения, подстилки кий потенциал биомассы в стране составляи корма для скота). ет порядка 20…25 млн. т у.т./год. Основными составляющими потенциала являются отходы Выводы сельскохозяйственного производства (солома, Возобновляемая энергетика – сектор энер- стебли кукурузы, стебли подсолнечника и т.п.) гетики, динамично развивающийся в мире. На – более 11 млн. т у.т./год (по данным 2013 г.) и сегодня доля ВИЭ в общей поставке первич- энергетические культуры – около 10 млн. т у.т./ ной энергии в мире составляет около 13 %, в год.

том числе биомассы – 10 %, что соответствует Для Украины биоэнергетика является одболее 1300 млн. т н.э./год. ним из стратегических направлений развития Европейский Союз успешно движется к сектора возобновляемых источников энергии, достижению цели 2020 года по возобновляе- учитывая высокую зависимость страны от иммой энергетике – 20 % энергии из ВИЭ в ва- портных энергоносителей, в первую очередь, ловом конечном энергопотреблении. За пос- природного газа, и большой потенциал биоледние 10 лет этот показатель вырос с 8 % до массы, доступной для производства энергии.

14 %. Вклад биомассы в валовое конечное К сожалению, темпы развития биоэнергетики энергопотребление ЕС уже превысил 8 %, а к в Украине до сих пор существенно отстают от 2020 году должен вырасти до 14 %. Наиболь- европейских. На сегодняшний день доля биошие успехи достигнуты в секторе тепловой массы в общей поставке первичной энергии в энергии – биомасса обеспечивает почти 16 % стране составляет лишь 1,2 %, а в валовом кообщего объема генерации, что соответствует нечном энергопотреблении (по оценке авторов) третьему месту после природного газа и угля. – 1,78 %.