Электротехнические перекачивающие устройства на основе электромеханических теплогенерирующих преобразователей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, доктор технических наук Иванов, Сергей Николаевич

• Иванов, Сергей Николаевич
• доктор технических наук
• 2010

Оглавление диссертации доктор технических наук Иванов, Сергей Николаевич

основные обозначения м сокращения. введение .91. анализ электротехничеких устройств для; генерации тепловой энергии и-транспортиров ания ' теплоносителя.

1.1. Основные элементы электротехнического комплекса.

1.2. Общие вопросы использования нагревательных устройств:.

1.3. Классификация электронагревательных устройств.

1.4. Электронагревательные устройства трансформаторного типа.

1.5. Электронагревательные устройства с вращающимися нагревательными элементами.V.

1.6. Сравнение технико-экономических показателей: теплогенерирующих устройств.

1.7. Выводы.

2. теоретические основы и процессы преобразования { энергии в теплогенерирующем электромеханическом преобразователе.

2.1. Устройство и принцип действия

2.2. Электромагнитные процессы в исполнительном элементе ЭТК.

2.3. Преобразование мощности в ТЭМП;.

2.4. Механическая характеристика.

2.5. Математическая модель тэмп как обобщенного электромеханического преобразователя.

2.6. Математическая модель тепловых параметров ТЭМП.

2.7. Выводы.

3. моделирование и анализ тепловых и гидравлических процессов.

3.1. Методы моделирования тепловых процессов.

3.2. Анализ магнитного поля переменных токов.

3.3. Моделирование электромагнитных и тепловых процессов.

3.4. Анализ стационарного температурного поля.

3.5. Анализ электромагнитных и тепловых процессов при наличии внутренних ферромагнитных элементов.

3.6. Определение механических напряжений.

3.7. Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИМИ УСТРОЙСТВАМИ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ

ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ.

4.1. Общие положения.

4.2. Функциональная схема субоптимального ЭТК.

4.2.1. Математическая модель объекта управления.

4.2.2. Математическая модель измерений.

4.2.3. Синтез системы управления на основе аналитического подхода.

4.2.4. Синтез оптимального фильтра.

4.3. Синтез детерминированного оптимального регулятора с использованием нечетких систем.

4.4. Анализ и синтез систем управления ЭТУ.162 |

4.4.1. Синтез цифрового регулятора подчиненной структуры.

4.4.2. Синтез регуляторов с настройкой на технический оптимум.

4.4.3. Синтез регуляторов с настройкой на симметричный оптимум.

4.4.4. Синтез регулятора с настройкой на технический и симметричный оптимум.

4.5. Анализ и синтез нечетких систем управления ЭТУ.

4.5. КСинтез нечеткогорегулятора в пакете Simulink.

4.5.2. Синтез HP по-алгоритму вывода Сугено - Мамдани.

4.5.3.- Пример синтеза субоптимальной системы управления ЭТК

4.6. Анализ интегральных характеристик.

4.7. Выводы.

5. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЭТУ.

5.1. Общие положения.

5.2. Изготовление исполнительного модуля.

5.2.1. Общие вопросы технологии изготовления подшипниковых узлов на основе антифрикционных самосмазывающихся материалов

5.2.2. Разработка конструкции статора ТЭМП с применением полимерных композитных материалов.

5.2.3. Технология изготовления деталей и сборки покрытия.

5.2.4. Исследование физико-механических и триботехнических характеристик материалов.

5.3. Установка неподвижного нагревательного элемента.

5.4. Контроль и испытания обмотки.

5.5. Изготовление вращающегося нагревательного элемента.

5.6. Сборка исполнительного модуля.

5.7. Выводы.

6- ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА.

6.1. Общие вопросы надежности.

6.2. Условия эксплуатации и характер износа изоляции обмоток ТЭМП.

6.3. Методы испытаний и оценка надежности обмоток ТЭМП.

6.4. Математические модели дефектообразования в изоляции обмоток при воздействии основных эксплуатационных нагрузок.

6.5. Методика экспериментального определения дефектности систем , изоляции обмотокгучитывающая механизмы образования дефектов. 243>

6.6. Исследование процесса дефектообразования в изоляцииобмоток при одновременном воздействии температуры и вибраций.

6.7.Исследование процесса'дефектообразования в изоляцшг обмоток при воздействии температуры и влажности.

6.8"; Влияние исходного качества изоляции и конструктивных, параметров обмоток на дефектообразование в изоляции:.

6.9: Выводы.

7. ЭКСШРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯЭЖ.

7.1. Задачи экспериментальных.исследований. Автоматизация» испытаний;.—. —.

7.2. Обоснование методов и средств измерений.

7.3 Анализ экспериментальных результатов. -.

7.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электротехнические перекачивающие устройства на основе электромеханических теплогенерирующих преобразователей»

Технологичное производство, экономичная, передача и эффективное использование тепловой энергии? являются; необходимыми» условиями обеспечения, регулируемых: климатических условий для комфортной: и полноценной! жизнедеятельности ; современного^ человека? независимо от места его нахождения, поэтому в настоящее;время;существует достаточно» много5 типов нагревательных устройств, отличающихся конструкциями, режимами работы, технико-экономическими показателями; которые могут быть, использованы или; уже применяются! в системах- отопления*? транспортных объектов^ для обогрева жилых и промышленных помещений. Анализ, проведенный? в Новосибирском: государственном техническом университете; показывает,, что; около: 72'% всештепловошэнергии производится централизованными источниками (мощностью более 20 Ткал/ч). остальные 28 % - децентрализованными источниками, из которых 18 % - автономные и индивидуальные [54], поэтому проблема передачи и утилизации тепла в объектах, удаленных: от тепловой магистрали; и других автономных системах требует отдельного'решения; Проблема* энергосбережения делает актуальным вопрос перехода от центрального теплоснабжения к производству тепла: непосредственно' там, - где оно необходимо» в. данный момент времени. В частности этот вопрос-возник в связи с реализацией программ строительства малоэтажного жилья4«Свой,дом» и национального проекта "Доступное и комфортное жилье - гражданам России", в эксперимент по которому вошло 14 регионов страны.

Традиционные источники тепловой-энергии, рассматриваемые в качестве возможных вариантов отопления жилых объектов, обладают рядом таких существенных недостатков как низкий коэффициент полезного действия; в том числе связанный и с протяженностью трубопроводов, сложностью в поставке тепла потребителю, значительным увеличением цен на твердое, жидкое и газовое топливо, невозобновляемостью ресурсов, крайне отрицательным влиянием на экологическую обстановку, необходимостью постоянного обслуживающего квалифицированного персонала и т.д.

Аналогичная ситуация наблюдается на пассажирских объектах транспортного назначения, где вопросы энергосбережения определяют в конечном итоге экономическую эффективность- перевозок. Железнодорожный транспорт является одной из энергоемких отраслей, поэтому проблема экономичного обеспечения заданных температурных условий на пассажирском железнодорожном транспорте весьма актуальна и ее возможное решение связано с внедрением объектов и технологий, обеспечивающих эффективное использование энергетических ресурсов и снижение потерь при их передаче конечным потребителям, что полностью соответствует Энергетической стратегии России-на период до 2030 года, предусматривающей повышение энергетической и экологической эффективности отечественной энергетики и реализацию программ и мероприятий Федерального закона Российской Федерации "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности".

Именно поэтому значительный интерес представляет получение тепловой мощности с помощью электронагрева, реализация которого позволяет не только обойти недостатки, присущие большинству из используемого в настоящее время отопительного оборудования, но и отличающегося высокой готовностью к работе, возможностью экономичного и точного регулирования, позволяющего максимально приблизить тепловые мощности к местам потребления с соответствующим сокращением протяженности тепловых сетей и потерь в них и повысить эффективность систем отопления [52-57, 100-102].

Традиционно наиболее распространенными типами электронагревательных устройств, входящих в состав электротехнических комплексов для генерации тепловой энергии, являются установки, выполненные на основе трубчатых нагревательных элементов и электронагреватели с открытыми тепловыделяющими элементами. Основными недостатками этих видов электроприборов являются их низкая надежность и недостаточный уровень безопасности в эксплуатации. Установки индукционного нагрева, широко применяющиеся в промышленности, обладают более высокой степенью безопасности в эксплуатации, но имеют низкие энергетические показатели. В качестве нагревательных устройств также используются электронагревательные устройства трансформаторного типа, сведения о создании и использовании которых появились достаточно давно. Они нередко превосходят по эксплуатационно-техническим параметрам традиционные виды установок электронагрева. Большой вклад в разработку, исследование и освоение производства электронагревательных устройств трансформаторного типа сделали В.М. Кузьмин, А.И. Елшин, В.М. Казанский, A.B. Сериков, В.В. Казаков, Ю.М. Гуревич и другие ученые и производственники. Основными центрами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в этой области являются НГТУ (г. Новосибирск), КГАУ (г. Краснодар), КГАУ (г. Красноярск), ЧГАУ (г. Челябинск), ЧТУ (г. Чебоксары), ВИТ (г. Запорожье), АО БирЗСТ (г. Биробиджан), КнАГТУ (г. Комсомольск-на-Амуре), НИИ "Дальстандарт" (г. Хабаровск).

Хотя статические (трансформаторного типа) теплогенераторы уже созданы, внедрены в производство и используются в быту и промышленности, но и эти установки, несмотря на очевидные достоинства (высокий уровень электробезопасности, большая перегрузочная способность и т.д.), обладают рядом недостатков, основным из которых является низкий коэффициент теплоотдачи. Повысить эффективность преобразователей трансформаторного типа можно за счет изменения физического процесса теплообмена, что ведет к дополнительным вентиляционным или гидравлическим потерям, требует специальных внешних источников механической мощности (вентиляторы, насосы и т.п.), связано с возрастанием стоимости комплекса и снижением его системной надежности.

Поэтому логическим развитием электротехнических комплексов для генерации тепловой энергии является применение в них исполнительных устройств на основе теплогенерирующих электромеханических преобразователей энергии с неподвижной и вращающейся короткозамкнутыми вторичными обмотками (ТЭМП), отличающихся повышенными коэффициентом теплоотдачи и теплопроизводительностью.

Для обеспечения требуемой теплопроизводительности, а также с целью исключения влияния на параметры исполнительного устройства скорости вращения вторичной обмотки в их конструкцию введены добавочные источники тепла, показатели которых практически не связаны со скоростью вращения подвижного элемента, например, как в статических электронагревателях трансформаторного типа. Практическая реализация этих устройств нашла свое воплощение в электротехнических устройствах для генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя (ЭТУ) с исполнительными элементами на основе ТЭМП [201, 210-217, 219-223, 231-241].

Предварительный анализ показывает, что наиболее существенными достоинствами таких ЭТУ являются не только структурная надежность, высокая технологичность, возможность выполнения в самом широком диапазоне технических параметров (температура нагреваемой среды, производительность, давление и т.п.), но и уникальные регулировочные характеристики, обеспечивающие экономичные режимы работы комплекса за счет использования современных систем управления (СУ), образующих единую замкнутую систему - субоптимальный теплогенерирующий комплекс (СТГК). При этом, поскольку субоптимальные системы управления (ССУ) строятся с использованием методов искусственного интеллекта, то в представленной работе обосновывается использование и синтезируется СУ на основе нечеткой логики [4, 37, 61, 72, 94-96, 123, 125, 126, 129].

Следует отметить, что в отечественной и зарубежной технической литературе практически отсутствуют работы, непосредственно касающиеся как рассматриваемых теплогенераторов, так и адаптированных к ним систем управления. Поэтому для их комплексного исследования необходимо использование имеющегося опыта физического, математического и численного моделирования классических электромеханических преобразователей, теоретических и практических разработок в области механики, теплотехники, гидравлики, электромеханики, теории автоматического регулирования; электромашиностроения-и на этой основе создание научно обоснованной методики проектирования, позволяющей производить, испытывать и эксплуатировать ЭТУ на основе ТЭМП.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Целью работы является решение научно-технической проблемы экономичного обеспечения заданных температурных условий на пассажирском железнодорожном транспорте путем создания энергетического оборудования, обеспечивающего эффективную генерацию тепловой энергии и транспортирование теплоносителя, в виде управляемых электротехнических комплексов транспортного назначения.

В соответствии с целью рассматриваются следующие задачи:

- анализ существующих и перспективных исполнительных устройств для экономичного обеспечения, требуемых температурных условий посредством генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя» в электротехнических комплексах транспортного назначения (ЭТК);

- анализ электромагнитных, тепловых и гидравлических процессов в ЭТУ с использованием ТЭМП и на этой основе разработка принципов конструирования исполнительных элементов комплекса, обеспечивающих эффективную генерацию тепловой энергии и транспортирование теплоносителя, создание теории и методики их проектирования и определение обобщенных энергетических показателей электротехнического комплекса;

- исследование характеристик устройств численными и экспериментальными методами и формирование на этой основе информационной базы знаний, адекватно описывающей электротехнические устройства для генерации тепловой« энергии и транспортирования теплоносителя как объект управления;- анализ систем управления* ЭТУ для, генерации тепловой энергии* и/или транспортирования теплоносителя, обоснование и разработка метода экономичного* управления» тепловым процессом (ТП) и алгоритмов* его реализации,, обеспечивающих субоптимальное' управление ЭТК с заданными температурой, производительностью или давлением;

- разработка и реализация процесса изготовления исполнительных элементов, обеспечивающих требования безопасности, надежности и технологичности электротехнических устройств транспортного назначения;

- обоснование и разработка метода определения показателей надежности ЭТК на основе ТЭМП с учетом конструкторско-технологических и эксплуатационных факторов транспортных систем;

- разработка рекомендаций- по проектированию, конструированию, производству и эксплуатации ЭТУ для генерации тепловой* энергии и транспортирования теплоносителя-на железнодорожном транспорте.

АКТУАЛЬНОСТЬ данной работы вызвана как необходимостью решения проблемы экономичного и эффективного обеспечения заданных температурных условий на пассажирском- железнодорожном транспорте путем повышения технико-экономических и эксплуатационных показателей транспортного энергетического оборудования, отвечающего требованиям электробезопасности, надежности и технологичности, так и отсутствием комплексных теоретических и практических разработок для рассматриваемого класса электротехнических устройств. Актуальность рассматриваемых в работе вопросов также подтверждается выбором направлений «Энергосбережение и энергосберегающие технологии» и «Создание энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии» в качестве приоритетных направлений развития науки и техники, направленных на производство и повышение эффективности преобразования, передачи и использования тепловой энергии, как одной из наиболее важных и сложных задач при создании не только основного, но и дополнительного энергетического оборудования - автономных электротехнических комплексов транспортного назначения, объединяющих исполнительные устройства и системы управления генерацией тепловой энергией и транспортированием теплоносителя и обеспечивающих возможность экономичного и точного поддержания эксплуатационных показателей (температуры, производительности, давления) и одновременно отвечающих современным требованиям электробезопасности, надежности и технологичности.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ. Исследования проводились с использованием аналитических и численных методов расчета электромагнитных и тепловых полей, теории электрических цепей, теории обобщенного электромеханического преобразователя энергии, теплофизики, гидравлики, теории подобия, теории планирования эксперимента, физического, математического и численного моделирования, современных методов, способов и средств экспериментальных исследований. В качестве основных математических средств использованы методы математического анализа, вычислительная« математика, математический аппарат теории нечетких множеств, теории вейвлетов, дискретной математики, методы математического программирования. Для численного моделирования использовались MS Visual Basic, ELCUT, FEMLAB, Comsol Multiphys-ics, NASTRAN и современные математические пакеты MathCAD и Math Works Matlab, с целью автоматизации процесса проектирования аппаратного обеспечения и контроля параметров системы использован пакет MAX+PLUS II 10.1 BASELINE, для измерений - PowerGraph 2.1.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Теоретические способы учета особенностей преобразования электрической энергии в тепловую и механическую и методика расчета электромагнитных, тепловых, гидравлических параметров и размерных соотношений исполнительных элементов электротехнических устройств для генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя.

2. Принципы конструирования' исполнительных элементов, совмещающих функции генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя, реализованные в виде теплогенерирующих электромеханических преобразователей энергии с короткозамкнутыми вторичными обмотками, и их практические реализации для железнодорожного транспорта.

3.Комплекс программно-реализованных математических моделей для расчета, проектирования и исследования электромагнитных, тепловых, и гидравлических процессов, в том числе, основанная на знаниях математическая модель управляемого электротехнического устройства-для генерации тепловой энергии итранспортирования теплоносителя.

4. Способ управления и алгоритмы синтеза субоптимального управления на основе принципа разделения, в соответствии с которым ССУ строится из последовательно соединенных оптимального нелинейного фильтра (ОНФ) и детерминированного оптимального регулятора (ДОР), обеспечивающих требуемые показатели качества управления и заданные температуру, производительность или давление при эксплуатации в условиях пассажирского железнодорожного транспорта.

5. Способ и технология изготовления исполнительных элементов электротехнических устройств для генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя, обеспечивающие повышение надежности и безопасности комплекса в условиях железнодорожного транспорта.

6. Метод определения показателей надежности устройств для генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя на этапе проектирования с учетом конструкторско-технологических и эксплуатационных факторов транспортных систем.

7. Результаты теоретических и экспериментальных исследований и выработанные на их основе" рекомендации по использованию и эксплуатации устройств для« генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя, обеспечивающие экономичное поддержание заданной'температуры применительно к пассажирскому железнодорожному транспорту.

НАУЧНАЯ- НОВИЗНА ч заключается в решении сложной научно-технической. проблемы экономичного обеспечения заданных температурных условий на пассажирском железнодорожном транспорте за счет разработки, и исследования электротехнических комплексов, объединяющих исполнительные устройства и системы управления генерацией тепловой энергией и транспортированием теплоносителя. Научную новизну составляют:

- теоретические способы учета особенностей преобразования электрической энергии в тепловую и механическую^ исполнительном элементе ЭТК, обеспечивающего экономичную генерацию тепловой энергии и транспортирование теплоносителя с заданными температурой, производительностью или давлением;

- теоретически обоснованные принципы конструирования- и на их основе новые конструкции-исполнительных элементов, совмещающих функции генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя, реализованные в виде теплогенерирующих электромеханических преобразователей энергии с короткозамкнутыми вторичными обмотками;

- новые математические модели электромагнитных, тепловых и гидравлических процессов, позволяющие проектировать и исследовать устройства для генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя с учетом их конструкционных особенностей;

- субоптимальная система управления электротехническими устройствами для генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя и способ ее построения на основе принципа разделения, в соответствии с которым ССУ синтезируется в виде последовательно соединенных оптимального нелинейного фильтра и детерминированного оптимального регулятора, обеспечивающих требуемые показатели качества управления* в условиях пассажирского железнодорожного транспорта;

- способ и технология изготовления элементов электротехнических устройств для генерации тепловой,-энергии и транспортирования^ теплоносителя-применительно к объектам транспортного назначения, повышающие структурную надежность ЭТК;

- метод определения показателей надежности устройств для генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя на этапе проектирования с учетом конструкторско-технологических и эксплуатационных факторов транспортных систем.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается в решении проблемы экономичного обеспечения заданных температурных условий на пассажирском железнодорожном транспорте за счет создания нового электротехнического оборудования, отвечающего современным- требованиям безопасности и экологичности; разработке и исследовании новых конструкций исполнительных элементов, совмещающих функции нагрева и перемещения тепловой энергии и обеспечивающих возможность эффективного управления комплексом; создании методик и алгоритмов электромагнитных, тепловых и гидравлических расчетов-и их реализации с использованием пакетов современных прикладных программ при проектировании и исследовании предложенных устройств; разработке теоретических положений и практических рекомендаций по выбору размерных соотношений при проектировании, конструировании, производстве и эксплуатации электротехнических устройств для генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя различной мощности и производительности для пассажирского железнодорожного транспорта.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры «Теоретические основы электротехники» ПГУПС и кафедры «Электрическая тяга» Московского государственного университета путей сообщения, Дальневосточных региональных научно-практических конференциях «Совершенствование электрооборудования и средств автоматизации технологических процессов промышленных предприятий», г. Комсомольск-на-Амуре, 1989' г., 1992 г., 1995 г.; Международном научно-техническом симпозиуме «Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения- на машиностроительных и металлургических предприятиях Дальнего Востока, 1994 г., 1999 г., 3-й Международной конференции (1чПЕ88С'97), г. Казань, 1997 г., Международной научной конференции «Синергетика. Самоорганизующиеся процессы в системах и технологиях: материалы», г. Комсомольск-на-Амуре, 2000 г., Международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии», г. Томск, 2001 г., третьей Международной конференции «Электрическая изоляция», г. Санкт-Петербург, 2002 г., Международной научной конференции «Нелинейная динамика и при кладная синергетика», г.Комсомольск-на-Амуре, 2002 г., Дальневосточном инновационном форуме «Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов», г. Хабаровск, 2003 г., Международной научно-технической конференции «Пути* и технологии экономии и повышения использования энергетических ресурсов региона», г. Комсомольск-на-Амуре, 2003 г., XI Международной научно-технической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г. Москва, 2005 г., Международной научно-технической конференции «Электроэнергия и будущее цивилизации», Томск, 2004 г., Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и пути решения инвестиционной и инновационной политики на предприятиях Хабаровского края. Технопарки, инновационные центры», г. Комсомольск-на-Амуре, 2004 г., XI Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии», г. Томск, 2005 г., Международной научно-практической конференции «Повышение эффективности инвестиционной и инновационной деятельности в дальневосточном регионе и странах АТР», г. Комсомольск-на-Амуре, 2005 г., третьей Международной научно-практической конференции «Энергосберегающие и природоохранные технологии», г. Улан - Удэ, 2005 г., XXXI Дальневосточной математической школе-семинаре им. академика Е.В.Золотова, г. Владивосток, 2006 г., XI Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах», г. Санкт-Петербург,

2007 г., Всероссийской научно-технической конференции «Новые технологии и материалы. Инновации и инвестиции в промышленности Дальнего Востока», г. Комсомольск-на-Амуре, 2007 г., II Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы управления техническими, информационными, социально-экономическими и транспортными системами", г. Санкт-Петербург, 2007 г., пятой Международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование. Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», г. Санкт-Петербург,

2008 г., XVIII Международной конференции по электрическим машинам, г. Виламура, Португалия, 2008 г., научно-технических семинарах электротехнического факультета Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета, 1984-2008г., Тихоокеанского государственного политехнического университета, г. Хабаровск, 2008 г., Пятом Международном симпозиуме «Электрификация, инновационные технологии, скоростное и высокоскоростное движение на железнодорожном транспорте», г.Санкт-Петербург, 2009 г.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ осуществлена в рамках НИР, выполненной по заказу Министерства экономического развития и внешних связей Хабаровского края (государственный контракт от 18 апреля 2007 года), межвузовской региональной научно-технической программы «Научнотехнические и социально-экономические проблемы развития дальневосточного региона России («Дальний Восток России») по проекту «Совершенствование преобразователей энергии, бытового и промышленного электрооборудования; направленное на применение и освоение производства предприятиями Дальневосточного региона»; НИР 15-И-20 по теме «Создание опытного образца теплогенератора на основе электромеханического преобразователя» и ряда госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских тем, выполняемых на кафедре электромеханики ГОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет». Результаты работы использованы при расчете и проектировании перспективных систем электроотопления пассажирских вагонов в ОАО «Октябрьский электровагоноремонтный завод» и ООО «НИИЭФА - ЭНЕРГО». Основные положения диссертационной работы используются в учебном процессе (специальности 140601 «Электромеханика» и 150408 «Бытовые машины и приборы») при изучении дисциплин «Испытания, эксплуатация и ремонт электромагнитных устройств и электромагнитных преобразователей» «Проектирование бытовых машин и приборов», «Надежность бытовых машин и приборов», «Основы научных исследований», при проведении практических занятий по указанным курсам, курсовом и дипломном проектировании. Опытный образец ЭТУ для генерации тепловой?энергии и транспортирования теплоносителя экспонировался и отмечен серебряной медалью на XVI Выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» (г.Санкт-Петербург, 10-12 марта 2010 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований, отраженных в диссертационной работе, опубликована 1 монография, 3 учебных пособия, 48 научных работ, 27 патентов и свидетельств на изобретения, полезные модели и регистрацию программ, 6 тезисов докладов, 5 отчетов о НИР.

СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, библиографического списка из 247 наимено

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Иванов, Сергей Николаевич

7.4. Выводы

1. Конструктивные особенности ЭТУ для генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя без внутренних ферромагнитных элементов обуславливают значительно более высокие (в 5-7 раз) значения тока статора, чем у базовых электромеханических преобразователей.

2. Изменение тока при переходе от режима холостого хода к режиму короткого замыкания не превышает 5.8 %, а мощности - 10. 12 %. Это? является следствием специфики использования ЭТУ для генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя без внутренних ФЭ в первую очередь как нагревательного устройства, со значительно менее выраженными механическими характеристиками.

3. При работе ЭТУ с 2р=4 без внутренних ферромагнитных элементов в нагруженном режиме скорость нагрева теплоносителя составляет 20.22 °С/мин при входном.напряжении 220 В и частоте 50 Гц.

4. Температура ЭТУ нелинейно возрастает с увеличением частоты, что обеспечивает возможность ее регулирования изменением частоты питающего напряжения. Наиболее эффективная регулировка температуры без существенного ухудшения механических параметров при отсутствии внутренних ФЭ осуществляется в диапазоне 25.50 Гц.

5. Изменение частоты питающего напряжения в диапазоне от 10 до 70 Гц как при работе под нагрузкой, так и в режиме холостого хода, приводит к практически прямо пропорциональному изменению скорости вращения ВЭ.

6. Зависимость производительности от напора при различных температурах теплоносителя не противоречит математической модели. При этом характер изменения графиков производительности в зависимости от напора при поддержании фиксированных значений температуры в диапазоне от 50 до 95 °С практически одинаков.

7. С увеличением частоты питающего напряжения диапазон регулирования выходных характеристик уменьшается. При этом эффективное регулирование выходных характеристик ЭТУ для генерации тепловой энергию и транспортирования» теплоносителя целесообразно осуществлять в^ диапазоне от 10 до 15 Гц.

8. С увеличением частоты, питающего напряжения доля тепловых потерь увеличивается, что при неизменной мощности' ЭТУ приводит к уменьшению механической мощности и момента, развиваемого ВЭ.

9. В экспериментально исследованном варианте ЭТУ для генерации тепловой энергии и транспортирования, теплоносителя без внутренних ферромагнитных элементов соотношение между тепловой и механической составляющими мощности приближенно составляет 85 % -15%.

11. Для ограничения потребляемого токами расширения диапазона регулирования параметров ЭТУ для5 генерации-тепловой энергии и транспортирования теплоносителя путем перераспределения тепловой и механических составляющих подводимой мощности1 целесообразно использование внутренних ферромагнитных элементов.

12. Сравнение расчетных и экспериментальных данных показывает, их достаточное согласование, что подтверждает адекватность математической модели ЭТУ для генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя и указывает на возможность ее использования при инженерной разработке ЭТК на основе рассматриваемого класса исполнительных элементов.