автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Электрифицированный агрегат для шпалерной подрезки чайных кустов

? 5 : П 3 О

V V 1 ' Ч. /

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

Ш [631.342-317:633.72] * [б21.311.23+621.313.32?.]

ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫЙ АГРЕГАТ ДЛЯ ШПАЛЕРНОЙ ПОДРЕЗКИ ЧАЙНЫХ К7СТ0В

Специальность: 05.20.02 - Электрификация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учено! степени гаадвдата технических наук

На правах рукописи

ГУЩА Вячеслав Владимирович

Ленинград 1590

Работа выполнена в Кубанской ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной институте.

Научный рукоюдктель: кандидат технических наук, доцеат эввнтоб c.s.

Официальные оппонепти: доктор технических ьаук, профессор Пусин A.M.; кандидат технических наук, Беридзе H.A.

Ведущая организация: Научно-производственное объединение "Тбнлисиэгектропривод",

Защита состоится 23 ноября 1990 г. в 12 час. 30 шш. на заседании Спедаализироваиого совета К 120.37.06 в Ленинградском ордена Трудового Красного Внаиени сельскохозяйственной институте по адресу: 189620, Ленинград-Пушкин, Ленинградское воосе, 2, ауд. 529.

С диссертацией ыоашо ознакомиться в библиотеке ЛОХИ.

Автореферат разослан и " 1990 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат техиичаокя* наук, доцент

обв:ая характеристика работы

Актуальность теки. Важной задачей сельского хозяйства является обеспечение страны продовольствием и сельскохозяйственным сырьем. В частности, необходимо довести сбор оортового чайного листа к 1У90 году до 740...750 тыо. тонн, а к 2005 году - до 1018 тыс. тонн.

Репение задачи повышения производства чая в условиях планируемой реконструкции чайных плантаций на больших падях, закладкой новых насаждений я резкой нехваткой трудовых ресурсов в чаеироизводящих районах тзтравн возможно только при условии ш»рокой механизации всех трудовых процессов.

Наибольшие трудности представляет пробле«й механизации ппалерной подрезки чайных кустов на тракторонедоступных и мелкоконтурных участках (ТН7). Решение этой проблемы возможно только при «¡проком внедрении средств малой механизации для шпалерной подрезки чайных кустов.

Площадь чайных плантаций, заложенных на ТМУ, составляет в вайей стране около 36,5 тыс. га (43,5 Я). Из-за отсутствия удовлетворительных средств малой механизации на этих площадях ипалерная подрезка чайных кустов в значительной отепени (около 75 %) производится вручную, что является причиной низкой производительности труда и профессиональных заболеваний.

Имеющиеся э настоящее время широкозахватные средства иа-лой механизации для шпалерной подрезки чайных кустов не отвечают предъявляемым требованиям по таким показателям, как производительность, надежность, ресурс, стоимость. Указанные недостатки обусловлены как конструктивными особенностями чаепод-резочных аппаратов, так и недостатками систем привода я энергопитания аппаратов.

В связи с эти« разработка систем привода и питания широкозахватных средств малой механизации для яшалериой подрезки чайных кустов является актуальной задачей.

Настоящая работа выполнена в соответствии с планом научных работ кафедры электрических машин и электропривода Кубанского сельскохозяйственного института по решении научно-технической проблемы "Разработать и исследовать автономные източнз-ки питания средств налой механизации сельскохозяйственного назначения". Вомер государственной регистрация 01Е6С06С898.

Цель и задачи исследования. Обоснование и разработка рационального электропривода широкозахватных чаеподреэочных аппаратов Л'ЛП-76-700 и разработка системы автономного энергопитания, отвечавшей требованиям минимума маосы и габаритов и обладающей высокой эксплуатационной надежностью.

В соотгетствки о поставленной целью задачами диссертационной работ« являются следующие:

1. Исследование широкозахватного чаеиодрезочного аппарата с целью обоснования и выбора рациональной системы электропривода.

2. Расчет параметров пуска приводного электродвигателя, с учетом малой пропускной способности питающей линии.

3. Разработка автоноиного источника энергопитания, отвечающего услогиям эксплуатации,

4. Оптимизация параметров электрогенератора по макопмуму отдаваемой модности с использованием ЭЦВМ.

5. Проведение экспериментальных исследований и хозяйственных испытаний электрифицированного агрегата для шпалерной подрезки чайных кустов.

6. Технико-экономическое обоснование внедрения электрифицированного агрегата для шпалерной подрезки чайных кустов.

Научная нпеизнп. В диссертационной работе обоснована цо-~ лесообра?ность привода широкозахватных чаеподрезочнкх аппаратов (ОЧА) от асинхронных короткозаыккутых электродвигателей повышенной частоты тока и теоретически произведен выбор их параметров. Разработан алгоритм расчета параметров пуска приводного электродвигателя, где сопротлгленяе питающей линии и двигателя представляются комплексными числами, учитывается нелинейный характер внутреннего сопротивления работающего под нагрузкой двигателя, а также вз&имноо влияние двигателей] работающего и пускаемого.

Уточнена методика проектирования бесконтактного синхронного генератора совмещенного типа, учитывающая оообеннооти электропривода ШЧА; Получены выражения, характеризующие распределение электромагнитных нагрузок, и давы рекомендации по их выбору; получены раочетиые соотноления, овязывающие конструктивные параметры генератора и возбудителя, их электромагнитные нагрузки о величиной электромагнитной мощности генератора я козбудителя. г

Техническая ногизна. Разработан ногый автономный источник питания переменного тока на базе бесконтактного синхронного генератора совмещенного типа (БСГС) и дискретного регулятора тока возбуждения (решение Госкомизобретений о задаче авторского свидетельства СССР от 15.12.1989 г. по заявке Я 4416583/24-07).

Практическая значимость. Произведена разработка асинхронного электропривода повыленной частоты тока ШЧА. который может быть применен на других средствах малой механизации, используемых б чаеводстве к цитрусоводстве. Предложенный алгоритм расчета параметров пуска приводного электродвигателя позволяет определить возможность пуска, найти значения параметров пускаемого и работающего под нагрркой электродвигателя, выявить требования к внешней характеристике источника электроэнергии. Уточненная методика проектирования БСГС позволяет проводить оптимальное проектирование генераторов, предназначенных для питания электропривода ЕЧА.

Основные положения, заносимые на заииту:

1. Обоснование и выбор параметров привода широкозахватных чаеподрезочных аппаратов от асинхронных короткозамкнуч-ых электродвигателей повысенкой частоты тока.

2. Методика расчета параметров пуска приводных электродвигателей широкозахватных чаеподрезочных аппаратов.

3. Уточненная иетодика проектирования бесконтактного синхронного генератора совмещенного типа.

4. Результаты экспериментальных исследований электрифицированного агрегата для шпалерной подрезки чайных кустов.

Реализация результатов исследования. Разработай, изготовлен и испытан в хозяйственных условиях электрифицированный агрегат для планерной подрезки чайных кустов. Материалы исследований приняты НПО "Грузсельхозыал" и используются для разработки системы электропривода и энергопитания технических средств малой механизации энергоемких технологических процессов в чаеводеГЕе и цитрусоводстве.

Апробапия работы. Материалы диссертации я основные ее результаты докладывались и обсуждались на научной тлн$ереицни "Молодые ученые Кубани - Продовольственной п ¡гограаые"" (г. Краснодар, 1534 г.); на УН Зсесссзной иаучно-тохяитеско'й коя-ференцка "Состояние и перспективы северпенстаовалня разрайот-

3

ки,производства я применения низковольтных электродвигателей переменного тока" (г, Суздаль, 1980 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Развитие и совершенствование средств малой педализации" (г. Тбилиси, 1985 г.); на научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ВИЗСХа "Научно-техническ/Л: прогресс в электрификации сельского хозяйства" (г. Москва, 1986 г.); на научно-практической конференции Томского филиала НИИ технологии машиностроения (г. Томок, 1969 Ю; на научно-технической конференции профессорскг-преподавательского состава и аспирантов ЧШЗСХа (г, Челябинск, 1990 г.); на итоговых научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Кубанского СХИ (г, Краснодар, 19£Ц,..1990 г.г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, в той числе одно автсроксе свидетельство на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 132 страницах машинописного текста; в нее включены 64 рисунка, 5 таблиц, список литературы из 126 наименований, 7 приложений на 35 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы^

В первом раздела рассмотрены вопросы технологии и средства механизации для подрезки чайных кустов; представлена разработанная автором классификация средств механизации подрезки чайных кустов; приведен технико-экономический анализ чаеподрезочных аппаратов для пшалервой подрезки чайных кустов; сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Шпалерная подрезка является ведущим видом подрезки чайных кустов и представляет собой одну из наиболее трудоемких операций. На ТЫУ ипалернья подрезка чайных кустов ъ основном осуществляется вручную, что является причиной частых профеооиояаль-ных заболеваний. Трудозатраты дри шпалерной подрезке одного гектара чайной плантации составляют 20,,.25 человеко-дней. Такое положение «буоловлево невозможностью использования на вткх участках мобильных машин.

4

Обшая площадь ТМУ чай <яс плантаций в СССР составляет 36,52 тис. га. Поэтому задача механизации спалерной подрезки чайных кустов весьма актуальна.

По кнен^п больпинства исследователей, единственно еоэм«я-нии направлением механизации шпалерной подрезки чайных пусто» является использование на ТМУ средств иалой механизации.

Нами предложена классификация средств механизации сгралгр-ной подрезки чайных кустов, отличающаяся тем, что в ней* «ред-ства механизации разбиты на группы не только в зазисанасгя от закона движения рабочего органа, но и отражает конструкции и конфигурацию рекуиих органов чаеподрегочнкх аппаратов.

На основании технико-экономического еналлза делается вывод о перспективности использования на ТМУ широкозахватных чаеподрезочных аппаратов с сегмснтно-ре2:ув<ки рабочим органом возвратно-поступательного действия и двумя активными поками. Эти аппараты по таким показателям, как надекносгь и устойчивость работы, ресурс и стоимость, вредность воздействия на работавших, громоздкость и неудобство в работе', не в полной пере соответствуют требованиям эксплуатации в чаеводстве. Установлено, что такое положение обусловлено недостатками систем привода широкозахватных чаеподрезочных аппаратов и источников энерх'опитания.

Во втором разделе рассмотрены си-стема привода режущих органов и предложена классификация систем электропривода-СЧА; обоснована целесообразность использования асинхронных двигателей повышенной частоты тока для привода указанных аппаратов; теоретически определены параметры; приводных асинхронных электродвигателей; разработан алгоритм' расчета параметров пуска приводного электродвигателяг где1 сопротивление питающей линии и двигателя преде* вляются1 комплексными числами, учитывается нелинейный характер внутреннего сопротивления раЗотасдего под нагрузкой двигателя, а- также взаимное влияние двигателей: работающего п* пускаемого,, обоснована целесообразность жесткой внешней' характеристики источника электрической энергии.

Использование бензодвигателей для переносных ЕЧА нельзя считать перспективным из-за значительного увеличения массы аппаратов, повинен ял уровня вибрации, пуиа а загазованности на месте обслузязапаего персонала, что является причиной повышенной утомляемости и ухудшения условий труда операторов, увели-

5

чения цеталлоеикости аппаратов я их стошостк, значительного . недоиспгльзования иоцпости беиэодвигателей к низкой его эксплуатационной надежности. Дучш:е результаты дает привод постоянного тог.а. Однако недостатки двигателей постоянного тока об/словлизаюг ?аи:е невысокую иаденность аппаратов к низкое качество среза стеблей чайных кустов.

Асинхронный привод позисенкоЗ частота тока отличается улучшенными иаесо--габари?и1::ы показателями, высокой нгдедкостью, относительно жесткими иех одическими характеристика!«;, низкой стожостьи и нише эксплуатационными издержками, боль-

ресурсом. Поэтому асинхронный привод повышенной частоты рекомендуется для привода ЕЧА.

Аналитическое выражение иеханкческой характеристики аппарата Л1Ш-'6-7СО, полученное экспериментальным путем, имеет зкд:

Мс = 5,95 Н-м (I)

Мощность резания для аппарата АЕП-76-700 составляет '¿60...ЭОО 3?. Мощность, подводимая к аппарату, расходуемся следуыции образом: на холостой ход рабочего органа 56,^ %, мощность резания '»3,6

Анализ нагрузочных диаграмм показал, что нагрузка на валу приводного двигателя подчиняется закону нормального распределения случайных величин, характеризуемому функцией

4'

Мт)'

где Мх ~ математическое ожидание тока; (У} - дисперсия тока.

Оценка принадлежности генеральной совокупности потребляемого тока закону нормального распределения случайных величин произведена применением критерия К.Пирсона. Показано, что случайная нагрузка на валу приводного двигателя является стационарной и обладает эргодическим свойством.

3 результате определения характеристик случайной величины установлено, что математическое ожидание тока, потребляемого электродвигателем аппарата АШП-76-700, составляет 15,85 А, а дисперсия - 1,62 А2, Установлено, что коэффициент вариации при различных режимах не превышает 8,7 %.

Невысокое значение раооеяния случайной величины обусловлено тем, что ооновная часть мощности приводного двигателя 6

идет на преодоление относительно стабильных сопротивлений рз-жуцгго органа, а изменение нагрузки режуцего органа, связано о вероятностными параметрами срззаемщс стеблей, относительно невелико.

Корреляционная функция нагрузочной диаграммы АШП-76-700 описывается заражением

А (V) = 8к е~ ( i + 3,7S Г) ( 3)

Показатель затухания состеелягт 5 = 0,75. Макс.шалышй интервал корреляции состаЕлязт^я,= 3,5 с.

Данной корреляционной функции соответствует спектральная плотность: _ 3

s(cj)=as с<о

Анализ спектральной плотности нагрузочной диаграммы анпа-. рата АИ1-76-700 показывает преобладание нагрузки с частотой 0,5 Гц.

Анализ нагрузочных диаграмм ПЧА показал, что приводной двигатель работает л рзк;:;.:е перемежающейся нагрузки, примем интервалы времени такле носят случайный характер. Эквивалентное значение тока, потребляемого электродвигателем в данном рекиме, определяется по формуле

где - эквивалентная величина тока, вычисленная за аре-

мя вклвчзпня электродвигателя, А; £*~ относительная продолжительность вкличения электродвигателя в режиме перемещаетей-ся нагрузка, определяется по выражении:

С* _ Ун в (б)

- '

где Mfe , - соответственно математическое ожидание времени. вкличения и вреаепи цикла, с.

В результате обработки экспериментальных данных установлено, что с = 0,39, а величина эквивалентного тока составляет 1ж6 = 15,12 А.

Б качестве приводного двигателя вирег.озахватного чазпод-резочного аппарата А1П-76-7СО выбран асинхронный электродвигатель типа A3III-600/36-I2.

Особенность!! электрифицированного агрегата для ипагеряой

одурезки чайных кустов является наличие кабельных пи таящих ли-больиой длины, сопротивление которых соизмеримо с сопротивлении короткого замыкания электродвигателей. Это обстоятельства я&клэдыьает свои особенности на процесс пуска электродвигателей ¡вследствие большого падения напряжения в питающей лилии. По г?о£ лричг.ке нами поставлена задача расчета параметров пуска пригодного асинхронного электродвигателя (АД) аппарата . АШП-76-700 и выбора оптимального способа пуска.

Экспериментально установлено, что пуск АД практически не отражается на частоте вращения приводного теплового двигателя, следовательно и частота тока практически не изменяется. Вместе с тем схеиа источника электроэнергии (рис. X) позволяет формировать различные внепяис характеристики, в том числе при пуске АД до 1,8 1/н , а такне получать внешнюю характеристику с практически постоянным напряжением. Поэтоиу ставится задача определения оптимальной внешней характеристики источника электроэнергии при пуске АД.

Известные методы расчета напряжения на двигателе при пуске, основанные на операциях с полными сопротивлениями двигателя и сети как с действительными числами, дают большую погрешность результатов расчета. Лучпие результаты дает использование метода расчета, основанного на представлении схемы замещения " питающей линии и АД комплексными сопротивлениями.

Расчеты при заданны/ параметрах схемы замещения показывают, что прямой пуск АД прямым подключением к источнику с напряжением, равным его номинальному значению, невозможен, так как АД развивает начальный пусковой момент, приведенный к валу рабочего органа аппарата АМ-76-700, меньше момента трогания аппарата.

Прямой пуск АД под нагрузкой обеспечивается увеличением напряжения источника на 45 % выше номинального. Столь выоокий уровень необходимого напряжения иоточника делает необходимой проверку уровня напряжения на зажимах работающего двигателя, подключенного через собственную питающую линию к тому хе источнику электроэнергии. Разработав специальный алгоритм расчета, где сопротивления линии и АД представляются комплексными числами, учитывается нелинейный характер внутреннего сопротивления, работающего под нагрузкой двигателя, а также взаимное влияние двигателей:работающего и пускаемого. Программа расчета 8

составлена на языке ФОРТРАН, В ней реализован метод •последовательных приближений для расчета параметров дели -с иехяяеЗяня' элементом. В программе использована методика определяй* скольжения АЛ при неноиинальных параметрах напряжения «А его зажимах

Ь(^сфГ^Г)

где Бкр- критическое сколькение АД; к/ - кратность •тастота тока; ¿с - кратность максимального момента АД

Р О

2 _ Оном К и гхл

°с - -71- ' <6)

, Г1 о* .

где Оном- номинальная кратность максимального момента; яи -кратность напряжения на зажимах АД; Мвж - кратность момента сопротивления на валу АД по отношении к номинальному.

В результате расчета цепи определяется расчетное значение и0 и при отклонении его от первоначального значения более установленного уровня погрешности производится замена Щ в ид(() , и расчет повторяется вновь до удовлетворения заданной погрешности. При значениях ¿с</ > что равносильно опрокидыванию двигателя, программой предусмотрен расчет напряжения источника 5 на зажимах пускаемого двигателя при условии, что напряжение на захимзх работавшего обеспечит работу АД на пределе устойчивости (6с = I).

В результате произведенного расчета напряжение на закинь* работающего ДЦ превниазт номгаальное значение более чем на Следовательно, при наблюдаемых частых пусках, уровень напряжения источника ии т 1,45 [/„ не соответствует требованиям работающего двигателя.

По этой причине увеличение напряжения источника электроэнергии не может быть средством рвшеяйя вопроса пуока электродвигателя аппарата АИП-76-700.

В этой случае наиболее целесообразной яыяетоя вяеиняя характеристика источника электроэнергии оо стабильных выходным напряжением, обеспечивающая взаимную независимость режимов двух работающих и периодически отключаемых аппаратов.

Для обеспечения пуска приводного ¡электродвигателя рекомендуется использовать электромагнитное многодиоковув муфту с бесконтактным тор.оподводом ЭТЫ5,5.

3 третьем р-гздзле обоснована перспективность применения, в качество источн;па электроэнергии синхронной малины с Магнитки:! и электрическим совмещением; разработана схема источника питания лергмгкиого тока на базе бесконтактного синхронного генератора соЕМсценного типа и дискретного регулятора тока возбуждения; разработаны конструкция и схемы обмото:; статора к ротора; проведен гармонически?; анализ на^апшчива-эдцх слз создавасг-их электрически современной обмотхой ротора.

Исследованиями систем энергоснабжения чаеподрезочшх аппаратом установлено, что в настоящее время наиболее целесообразные является питание их о г автономных источников. При этом лучшие результать дает питание двух чаепедрезочных аппаратов от одного автономного источника.

К автономным источникам сельскохозяйственных потребителей предъявляются требования, обусловленные спецификой эксплуатации. Та1з:мл трзоованияии являются: высокая надежность, простота, низкая стоимость, малая масса и габариты источника..

Наиболее полно отвечают указанным требованиям автономные источники с синхронным:; генератора:«!:. В настоящее вреич известно и практически реализовано достаточное количество разновидностей синхронных генераторов , и более инрокоз использование находят бесконтактные генератора- С энергетической трчки зрения способ достижения бьскоьгтскткости оказывается наиболее рациональным у генераторов с врадающиипся выпрямителями.

Опыт, накопленный в деле разработки опачроьных генераторов с аагилтным а электрически совмещением в СССР и за рубежом, позволяет выявить кх преимущества, которые выражаются л . уменьшении объема механически? обработки, улучшении габаритных показателей и массы, упрощения технологии изготовления, повышении надежности, снижении стоимости.

Из анализа сущестзупщих сх?.ы и конструкций генераторов совмещенного типа рекомендуется бесконтактной синхронный генератор с магнитным и электрическим совмещением выполнять по типу радиально-возсЗуждаемых иааин с совмещением в одном магнито-проводе возбудителя в виде обращенной синхронной ыавины и генератора в виде синхронной маканы обычного исполнения. Обмотку возбукдения возбудителя и якорную обмотку генератора, расположенных иа статоре, рекомендуется выполнять раздельными, а ка роторе применять электрически совиещеннус обмотку с одкополу-10

А В С

н!

чнчь

1

С, <

-й-

-£4-

периоднкм выпрямителем..

Нами разработал источник питания переменного тока (решение Гос-кокизобретений о выдаче авторского свидетельства СССР от 28.09.1989 г. по заявке 4415583/27-00, наиболее полно отвечающий условиям экерго" - пиния ПЧА.

Схема источника питания пзрзменного тока и принцип его работы поясняется рис. I.

Источник питания переменного тока на базе БСГС обладает улучшенными динамическими свойствами и качеством электроэнергии, необходимнми для электропривода ЫЧА.

Предлагаемый генератор реализован на базе серийного АД 4А90^673. В 36 пазах статора генератора уложена трехфазная шеотиполаоная обмотка якоря. Вследствие низкого коэффициента заполнения паза, большая часть паза остается свободной. Поэтому обмотка возбуждения возбудителя размещена в свободной части паза, Согласно схеме этой обмотка она занимает только 24 паза. На роторе размещена электрически совмещенная обштка, которая осуществляет связь мешу возбудителем

IX

3/0Д

4>Ь

-й-4И-

-э-

Рис. I. Источник питания переиея-ного тока:

I - якорная обмотка генератора; 2,8- выпрямители; 3 - обмотка Еозбуядения возбудителя; 4 - дискретный регулятор тока возбуждения; 5 - регулирующий элемент, выполненный на транзисторе; 6 -конденсаторы; 7 - электрически соЕаещеннпя обмотка ротора

н генератором* Обмотка выполнена как обычная трехфазная, двухслойная, с укороченным шагом и числом полюсов - 2 в поле, возбудителя, а такке с полным шагом и числом полюсов » 6 в поле генератора«.

Используя метод гармонического анализа, следует, что намагничивающая сила (я.с.) фазы электрически совмещенной обмотки ротора представляет собой сумму гармонических неподвижных в пространстве и во времени, созданных постоянной составляющей выпрямленного тока и гармонических неподвижных в пространстве и пульсирующих во времени, созданных периодическими составляющими выпрямленного тока.

Результирующая н-с» всех трех фаз обмотки ротора от постоянной составляющей, выпрямленного тока представляет собой результат наложения друг ка друга гармонических, кратных числу фаз этой обмотки.

=3/=оутСО$Ут<< (9)

где /^оу - амплитуда гармонических н.с., создаваемая постоянной сост<*вляющей выпрямленного тока; ©I - пространственн й угол в электрических градусах; У,г> - 3, 9, 15 ... .

Все прочие гавионические, как и первые, дают в сумме нуль. Числа полюсов вагплгных полей,, создаваемых электрически совмещенной обмоткой'рогата по переменному и постоянному токам, связаны мехду собой соотко¿¡зияем

А =г ут р<. (Ю)

Третья гармоническая - самая сЬзлыпая после первой, поэтому для рассматриваемой схемы.

Й1-ЪР1 (XI)

В четвертом разделе уточнена методмна» проектирования ЕСГС, учитывающая особенности электропривода.ШЧА5 штл^чены выражения, характеризующие распределение электромагнитная яагцу-зок, и даны рекомендации по их выбору; получена расчетные соотнося™:я> связывающие конструктивные параметры генератора и возбудитежя'н их электромагнитные нагрузки с величиной электромагнитной мовдгос-ти генератора и возбудителя.,

В вопросах проектированяк БСГС,. предназначенных для энев-гопнтаннг ШЧА, имеется ряд проблем, в частности, по выбору и* распределению электромагнитных нагрузок по отдельным мсаиншг. От правильного решения этой задачи во многом- зависят рагыеры и 12

характеристики машины в целом при заданной мощности и харак- . теркстике машины при заданном объеме активного ядра.

Выражение, характеризующее распределение электромагнитных нагрузок, имеет вид

А Сл

(12)

Св

V /~С/ + КСл где = ^'^Л--С а ' Са- соответ-

Ь I', Л ХГЛу

ственно коэффициенты распределения магнитной индукция и линейной нагрузки; , /оу , Г> - соответственно коэффициенты полюсной дуги, обмоточный и полюсное деление возбудителя; ,

- число пар полюсов, число пазов на полюс и фазу возбудителя; а , 8 - число параллельных ветвей электрически совмещенной обмотки и велич:.на воздушного зазора; /0, , /¿ч , -соответственно коэффициенты обмоточный, Картера и насыщения генератора; РА , число пар полюсов генератора и суммар-

ная проводимость рассеяния возбудителя,

Для БСГС с одной электрически совмещенной обмоткой на роторе при изменения частоты вращения последнего от 1000 до 5000 мин~* экспериментальные исследования показали, что отношение действующего значения переменной составляющей к постоянной выпрямленного тока фазы возбудителя изменяется от 0,о87 до 0,8, что соответствует величине коэффициента Са - 0,78...О,83. Для разработанного генератора Сз лежит в пределах 0,81...0,СЗ.

Линейная нагрузка обмотки якоря генератора А$ выражается через линейную нагрузку обмотки возбуждения генератора Аг , индукцию в зазоре Во), и геометрические размеры маиины

А1

Ао

/ рГАп Аг)' Со5 ' Ч&

а 1? Не

,(13)

где д-^ — V^ Рг 3 ; , - коэффициент формы •

поля возбуждения генератора и диаметр его раоточка;

и,- — --• V. _ соответственно, активное и ин-

' л + Гн

дуктивноз сопротивления рассеяния якорной обмотки генератора;

Гн , Хн - соответственно, активное и индуктивное сопротивления нагрузки.

Линейная нагрузка обмотки возбуждения возбудителя А/ > выражается через линейную нагрузку обмотки якоря возбудителя

/5/, индукцию в воздушном зазоре и геометрические размеры машины; _?

Л.-^Х \ л* , (Кг 8 О,)1 г Кг А, Вь&пУ где — У? ^ ^^¿У ; Д , соответственно коэф-

/ос

фициенты формы поля возбукдения и насыщения возбудителя; У= ; // » Хл ~ соответственно активное и индук-

тивное сопротивления рассеяния фазы возбудителя.

Дальнейший расчет БСГС не отличается от известных методик проектирования электрических машин.

С учетом уточненной методики произведена оптимизация параметров БСГС по максимуму отдаваемой мощности в заданном габарите Электрической машины 4А9016УЗ. Максимальная отдаваемая мощность генератора составляет 2 кЗт.

Для разработанного источника .условие отсутствия взаиыоин-дуктивной связи между обмотками совмещенных машин достигнуто равенством нулю коэффициента укорочения обмотки возбуждения возбудителя в поле генератора и коэффициента распределения катушечных групп якорной обмотка генератора в поле возбудителя.

Якорная обмотка генератора выполняется 2х слойной с числом полюсоа 2Р2 ш б и Фагом укладки у « 5. Обмотка возбуждения возбудителя выполнена однослойной о числом полюсов 2Р^ » 2 и шагом укладки у « 12-, Обмотка ротора расположена в 18 пазах и выполнена о шаг он, равным полюсному делению основной машины.

Пятый раздал посвящен результатам экспериментальных исследований электрифицированного агрегата для шпалерной подрезки чайных кустов,

Испольэо'зайие приводного АД обеспечивает устойчивую работу аппарата Ш1-76-70С, при этом его масса снижена на 3,5 кг.

БСГС агрегата, оснащенный регулятором стабилизации напряжения, -обеспечивает устойчивую работу группы аппаратов. Напряжение источника поддерживается с точностью -1,25 % во всем диапазоне изменения нагрузки. Колебание частоты генерируемых колебаний не превышает 5 % от номинальной.

14

Исследования переходных процессов показали, что процессу приема и сброса нагрузки протекает устойчиво, пуск первого аппарата длится 1,5 с, второго - X,65 с, Сброо нагрузки пе приводит к недопустимому увеличения напряжения.

Превышение температуры обмоток электродвигателя я генератора, а также выпрямительных блоков, не превосходит допустимых значений.

Экспериментальные к расчетные рабочие характеристики автономного источника электрической энергии согласуются о достаточной степенью точности (10/2). Номинальные технические пара-, метры генератора следующие: р« - 2,0 кВт; lfHm 42 В; /«« = 36,3 А; £ -0,73; ^= 200 Гц,

Разработанный агрегат обеспечивает снижение шумовых а вибрационных характеристик электрифицированных чаеподрезочних аппаратов АШЛ-76-700 в сравнении о моторизованными аппаратами АШП-76-700. Одновременно исключается находдение обслуживающего персонала в зоне выхлопных угарных газов.

В ходе полешх испытаний установлено, что производительность агрэгата повышена на 7,9 $ в сравнении с производительностью базового. При переменной нагрузке все системы агрегата работают устойчиво, обеспечивая заданные режимы о точностью, удовлетворяющей требованиям технологии шпалерной подрезкч чайных кустов.

D шестом разделе установлено, что эхономичеохай аффект от внедрения одного агрегата составляет 2X0 руб. за сезон. Вое технико-эконоаич^окие показатели агрегата улучшены в сравнении о показателями базового агрегата.

' ОСНОВНЫЕ ШВОДК

1, Установлено, что наиболее полно условиям эксплуатации широкозахватных чаеподрезочних аппаратоз ASR-J76-7GO отвечает асинхронный электропривод повышенной частоты тока« При втом лучшие результаты дает использование асинхронных электродвигателей АПШ-600/36-12, обеспечивании увеличение производительности труда, увеличение надежности работы, устойчивости н ресурса аппаратов.

2. Разработанный алгоритм раочета параметров гтусха приводных электродвигателей аппаратов АШП-76-700 позволяет выявить требования к способу пуска и внешней характеристике ио-

15

точника электроэнергии. Показано, что для автономного источника электроэнергии целесообразной является внешняя характеристика со стабильным быходным напряжением, а при пуске электродвигателя рекомендуется использовать электромагнитную муфту ЭТМ-0,5.

3. Разработан новый автономный источник питания переменного тока на базе саиовозбуздаюцегося бесконтактного синхронного генератора совмещенного типа и дискретного регулятора тока возбуждения, обладающий улучшенными динамическими свойствами и качеством электроэнергии.

Получены выраяенпя, связывающие мезду собой коэффициенты распределения электромагнитных негрузок БСГС. Показано, что для электрических малин с одной электрически совмещенной обмоткой на роторе и однополупериодным выпрямителей коэффициент Са - 0,76...0,63; Се «= 0,81...0,83.

5. Уточнена методика проектирования БСГС и получены расчетные соотношения, сзязываицие конструктивные параметры генератора " возбудителя, их электромагнитные нагрузки с величиной электромагнитной мощности генератора и мощности возбудителя. Произведена оптимизация параметров БСГС по максимуму отдаваемой мощности, Максимальная мощность в габарите электрической машины 4А90/-673 составляет 2 кВт.

6. Даны рекомендации по проектированию и изготовлению обмоток бесконтактного синхронного генератора совмещенного типа.

7. Лабораторные и полевые испытания электрифицированного агрегата подтвердила теоретические предпосылки в отношении преимуществ асинхронного электропривода повышенной частоты тока для широкозахватных чаеподрезочных аппаратов АШП-76-700 и автономных источников электроэнергия на базе БСГС.

8. Применение асинхронных электродвигателей повысенной частоты тока для привода аппаратов АШП-76-700 улучшает условия работы обслуживающего персонала.

9. Экономическая эффективность внедрения одного электрифицированного агрегата для спалеркок подрезки чайных кустов составляет 210 руб. за сезон.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Звентов С.З., Прохорова Г.А., Гуща В.В. К обоснован:® рационального привода и систем энергопитания средств мздол ме-16

ханпзацш в чаеводстве // Тез. Всесоюзной науч.-тех. конференции. Развитие и созерпенствование средств малой механизации, 18-20 ноября 1925 г. - Раздел 2. - Тбилиси: НПО Грузсельхозиап, 1965. - С. 13...15.

2. Гуща В.З., Звентов С.З., Скороспешкин А.К. К вопросу применения руччих чаесборочных аппаратов // Молодке учение Кубани - продопольствзккой программе / Тез, к коиф. - Краснодар, 1505. - С. 95...96.

3. Гуща В.В., Скороспешкин А.И., Эвентов С.З. Системы привода ручных чаесборочных аппаратов и источники их питания // Ыолодне ученые Кубани - продовольствекной программе / Тзз. к конф. - Краснодар, 1985. - С. 96,..97.

Л. Гуща В.В., Звентов С.З,, Скороспешкин А.И. Системы энергопитания приводннх электродвигателей рабочих органов чаесборочных аппаратов ft Научно-технический бюллетень по электрификации сельского хозяйства / BS13CX, - 1987. - Вып. 2 (60). -С. 22...26.

5. Гуща В.В., Фальзинг А.П. Выбор и распределение электро-иагнитных нагрузок бесконтактного синхронного генератора совмещенного типа // Тр. / Кубан. СХИ. - I9B8. - Bun. 287 ( 315). -С» 13...22.

6. Гуща В.З. Конструкция бесконтактного самовозбучс/шщего-ся синхронного генератора совмещенного типа // Тр. / Кубан. СХИ. - 1988. - Зып. 287 (315). - С. 22...31.

7. Звентов С.З,, Якимов А.Л., Гуща В.В. Разработка асинхронных генераторов на базе серийных двигателей //Тез. докл, УТЛ Всесоюзной науч.-тех. конференции Состояние и перспективы совершенствования разработки, производства и применения низковольтных электродвигателей переменного тока, 14-18 ноября 1988 г. - Суздаль, 1968. - С. 34...35.

8. Гуща В.В., Эвентов С.З, К использованию бесконтактных синхронных генераторов совмещенной конструкции для питания электрифицированных средств малой механизации If Труды, Совершенствование энергетического и электротехнического оборудования. - Краснодар: КП ШТГО. 1969. - С. 27.,,31,

с. Заявка 4416583/24-07 (066726), МКЙ К02Р 9/08; Н02К J9/36 Источник питания переменного тока / В,В,Гуща, Н.й. Богатырев (СССР), - Заявлено 26,04,88. Решение Гоокоийзобретв-пий о ьидаче авторскогб сйидетельотва от 15.12.Г"