автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Многоскоростной электропривод вентилятора птичника с комбинированным коммутатором статорной обмотки для повышения эксплуатационной эффективности вентиляционных систем

На правах рукописи

ХАРЧЕНКО Дмитрий Павлович

МНОГОСКОРОСТНОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ВЕНТИЛЯТОРА ПТИЧНИКА С КОМБИНИРОВАННЫМ КОММУТАТОРОМ СТАТОРНОЙ ОБМОТКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ

Специальность: 05.20.02 - «Электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 НОЯ 2013

Краснодар- 2013

005536927

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет»

Научный руководитель: Оськин Сергей Владимирович

доктор технических наук, профессор.

Официальные оппоненты: Тропин Владимир Валентинович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», профессор кафедры «Применение электрической энергии»

Медведько Юрий Алексеевич кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» доцент кафедры «Эксплуатация энергетического оборудования и электрические машины»

Ведущая организация: Государственное научное учреждение «Северо-

кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» Российской академии сельскохозяйственных наук (г. Зерноград)

Защита диссертации состоится «29» ноября 2013 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д220.038.08 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина 13, КубГАУ, главный учебный корпус, ауд. № 106.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «28» октября 2013 г. и размещен на официальном сайте ВАК при Министерстве образования и науки России http://vak2.ed.gov.ru/ и на сайте ФГБОУ ВПО Кубанского ГАУ http://kubsau.ru/

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

В. С. Курасов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На современных птицефабриках вопросам снижения себестоимости продукции уделяется большое внимание. Установлено, что продуктивность птицы во многом зависит параметров микроклимата (на 2030%), при этом даже кратковременные (2-4 ч) отключения или выход из строя системы вентиляции вызывают значительный экономический ущерб из-за резкого снижения продуктивности или гибели птицы. Оптимальный микроклимат в птицеводческих помещениях - это сочетание определенной температуры, влажности, газового состава, скорости движения воздуха и др. факторов.

Анализ эксплуатационных показателей устройств регулирования подачи воздуха и статистика отказов в системе микроклимата свидетельствуют о необходимости продолжения исследований по усовершенствованию существующего и разработки нового оборудования. Многоскоростной электропривод, в отличие от других, работает по прямой схеме "сеть-электродвигатель-вентилятор", что обеспечивает его высокие энергетические показатели. Главными недостатками этого способа регулирования являются ступенчатость переключения и большое количество коммутационных аппаратов схемы управления, что, в конечном итоге, уменьшает общую надежность привода. Поэтому, применение электронных ключей может значительно повысить надежность схемы коммутации обмоток двигателя, при условии соблюдения их режимов работы, оговоренных в технических условиях.

Значительный вклад в разработку многоскоростного электропривода внесли В.Н. Ванурин, Ю.А. Медведько, В.А. Жилина, A.A. Емелин и др; вопросам энергосбережения и коммутации нагрузки большое внимание уделено в работах C.B. Оськина, Г.П. Ерошенко, Е.В. Пантелеева, В.В. Тропина.

Работа выполнена в рамках плана НИР Кубанского ГАУ по госбюджетной тематике 2006-2010 гг. (ГР 01.2.00606851), 2011-2015 гг. (ГР 01.2.01153641).

Рабочая гипотеза. Исследование переходных процессов в статоре многоскоростного электропривода при переключении его обмоток позволит разработать надежное коммутационное устройство.

Цель диссертационной работы заключается: в разработке и теоретическом обосновании многоскоростного электропривода вентилятора птичника с комбинированным коммутатором статорной обмотки для повышения эксплуатационных показателей вентиляционных систем.

Задачи исследования:

1. Обосновать функциональную схему регулирования многоскоростного электропривода вентилятора птичника и параметры электродвигателя.

2. Разработать математическую модель многоскоростного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, отображающую процессы при коммутации его обмоток.

3. Провести математическое моделирование работы многоскоростного двигателя привода с использованием ЭВМ и программной среды МаНаЬ Бішиїіпк с целью получения характеристик переходных процессов при коммутации его обмоток.

4. Получить диаграммы изменения токов, ЭДС обмоток двигателя при коммутации, а также длительности переходных процессов при переключении режимов работы привода.

5. Разработать принципиальную схему комбинированного коммутатора статорной обмотки многоскоростного двигателя привода вентилятора с применением электронных ключей.

6. Провести экспериментальные исследования электропривода вентилятора с целью проверки теоретических расчетов и установления возможности использования электронных ключей в схеме коммутации статорной обмотки электрической машины.

7. Разработать алгоритм работы системы управления электроприводом вентилятора птичника.

8. Рассчитать эксплуатационную и экономическую эффективность внедрения разработанного электропривода в птичнике.

Объект исследований - электропривод вентиляторов в птичниках, математические модели многоскоростных электродвигателей, контактные и бесконтактные коммутирующие аппараты.

Предмет исследований - переходные процессы при коммутации обмоток многоскоростного двигателя вентилятора птичника, эксплуатационные показатели вентиляционных систем.

Методика исследований базировалась на математическом моделировании электрических машин, компьютерном моделировании, натурном эксперименте, статистической обработке и графической интерпретации полученных данных.

Научная новизна работы:

- разработана математическая модель многоскоростного двигателя привода в виде дифференциальных уравнений для исследования переходных процессов при коммутации его обмоток;

- разработана математическая модель исследуемого многоскоростного двигателя в программной среде Ма11аЬ БтиНпк для получения параметров переходных процессов коммутации обмоток двигателя.

Практическая ценность результатов исследований:

- разработана схема управления индивидуальным многоскоростным электроприводом вентилятора птичника с использованием бесконтактных коммутирующих ключей и управляющего микроконтроллера;

- получены рекомендации для разработки необходимых мер для защиты электронных ключей в схемах коммутации обмоток многоскоростных двигателей;

- получен макетный образец комбинированного блока коммутации обмоток двигателя, который показал надежную работу во всех режимах вентиляционной установки;

- разработана прикладная программа для расчета коэффициента готовности и срока службы электропривода, защищенная свидетельством на программный продукт №2008613601;

На защиту выносятся следующие положения:

- функциональная схема регулирования многоскоростным электроприводом вентилятора птичника;

- математическая модель многоскоростного асинхронного двигателя с ко-роткозамкнутым ротором;

- модель многоскоростного асинхронного двигателя, реализованная в программной среде Ма^аЬ Бітиііпк;

- результаты расчетов диаграмм изменения токов, ЭДС обмоток двигателя при коммутации, длительности переходных процессов при переключении режимов работы привода;

- разработанная схема комбинированного коммутатора статорной обмотки многоскоростного двигателя привода вентилятора с использованием бесконтактных коммутирующих ключей и управляющего микроконтроллера;

- результаты теоретических и экспериментальных испытаний электропривода вентилятора;

- результаты расчетов эксплуатационной и экономической эффективности станции автоматического управления вентиляцией "Климат-Т-МП-5" (тири-сторное регулирование напряжения электродвигателей вентиляторов) с разработанным электроприводом.

Реализация и внедрение результатов исследований. Многоскоростной привод с разработанной схемой коммутации передан для испытания в системе микроклимата птицефабрики «Новомышастовская» Краснодарского края. Результаты исследований используются при энергоаудите предприятий в ООО «Кубанская энергосервисная компания». Математические и компьютерные модели многоскоростного электропривода включены в рабочие программы дисциплин «Электропривод», «Автоматизированный электропривод» Кубанского ГАУ.

Личный вклад автора. Автором разработаны основные теоретические положения работы, проведены экспериментальные исследования, разработана программа и методика исследований, осуществлены эксперименты и обработка их данных.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на:

- 8-й региональной научно-практической конференциии молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2006 г.);

- международной научно-практической конференции (11-13 мая 2006 г.) «Новые технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности с использованием электрофизических факторов и озона» (Ставрополь 2006 г.);

- 5-й всероссийской научной конференции «ВРНК-2007», «Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки» (Краснодар, 2006 г.);

- 2-й всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2008 г.);

- 3-й Российской научно-практической конференция «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе» (Ставрополь, 2005 г.);

- ежегодных научно-практических конференциях в КубГАУ (Краснодар, 2005-2013 г.).

В 2008 году на 2-й всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение АПК» автором получен диплом 2-й степени конкурса научных разработок.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 16 научных работах, в том числе 2 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, получен 1 патент на изобретение и 4 свидетельства на прикладные программы для ЭВМ. Общий объем опубликованных работ составляет 14,4 п.л. из них на долю автора приходится 5,7 п.л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 108 наименований, в том числе 4 - на иностранном языке и приложения. Диссертация изложена на 153 страницах машинописного текста, включая 12 страниц приложения, содержит 84 рисунка, 18 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, сформулирована цель работы, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены основные требования к микроклимату птицеводческих помещений и их значимость в птицеводстве; проанализирован существующий электропривод вентиляционных установок в производстве и способы регулирования производительности вентиляторов; рассмотрен многоскоростной привод и критерии, при которых этот привод может стать наиболее эффективным; рассмотрена возможность применения электронных ключей в схеме коммутации привода.

Уровень воздухообмена и качество воздушной среды птицеводческих помещений во многом определяется применяемой системой вентиляции. Установлено, что самыми важными параметрами микроклимата являются: температура и относительная влажность в помещениях для содержания птицы, скорость движения воздуха, а также нормативный воздухообмен на 1 кг живой массы птицы. Установлено, что при температуре наружного воздуха свыше 25° С целесообразно реверсировать вытяжные вентиляторы для работы на приток, чтобы воздух обтекал птицу. При помощи такой схемы вентиляции можно добиться снижения температуры внутреннего воздуха на 2...3°С.

Для йзменения производительности вентиляторов применяются несколько способов регулирования. Автотрансформаторный способ регулирования позволяет получить синусоидальную форму выходного напряжения, подаваемого на вентиляторы, однако главным недостатком такого способа является низкая надежность силовой части схемы управления, так как имеется большое количество контактов магнитных пускателей, которые работают на индуктивную нагрузку и часто включаются. Тиристорные регуляторы напряжения более надежны за счет бесконтактной схемы управления, однако их общий недостаток - наличие высших гармоник в регулируемом напряжении, из-за которых увеличиваются электрические потери, и снижается КПД. Кроме того, электропри-

вод вентиляторов, регулируемый изменением значения подводимого к двигателям напряжения, на малых частотах вращения характеризуется низкими энергетическими показателями, большими потерями в обмотках. Частотные преобразователи имеют одни из наиболее эффективных параметров регулирования на сегодняшний день. При этом их недостатками являются: двойное преобразование энергии, искажение выходной формы напряжения, необходимость применения дополнительной аппаратуры электромагнитной совместимости, а также скалярное управление при применении в многовентиляторных системах.

Многоскоростной электропривод может иметь самые высокие энергетические показатели из всех способов регулирования, однако его применение ограничивают сложные схемы коммутации с большим числом контактных элементов. Этот способ регулирования может значительно повысить свой рейтинг за счет улучшения следующих критериев: повышение надежности схемы управления за счет применения бесконтактного переключающего блока коммутации обмоток двигателя; снижение минимальных материальных и эксплуатационных затрат схемы управления, что может быть реализовано при помощи современной электронной базы; повышение общей эффективности регулирования микроклимата, что может быть достигнуто возможностью включения вентиляторов в так называемом "шахматном" режиме. При этом каждый вентилятор может быть оснащен своим блоком переключения обмоток. Большой вклад в исследование и разработку многоскоростного привода сельскохозяйственного производства внесли В.Н. Ванурин, В.А. Жилина, Ю.А. Медведько, Г.В. Степанчук, А.Е. Чуркин.

Одним из главных недостатков многоскоростных двигателей является сложность переключения обмоток на различные скорости вращения, для чего используется различная контактная коммутационная аппаратура. Большое число механических деталей, входящих в их состав, неизбежно сказывается на надежности и износостойкости таких приборов. Улучшение характеристик схем переключения обмоток возможно при применении в их составе электронных коммутирующих элементов. При работе в номинальном режиме электронные

ключи имеют гораздо больший срок службы, чем контакты. Они не подвержены механическому износу, имеют гораздо более высокое быстродействие, лучшие энергетические показатели при управлении. Кроме того, микроконтроллерное управление ими может быть осуществлено с большей эффективностью и с применением более простых цепей согласования. Поэтому, применение электронных ключей может значительно повысить надежность схемы коммутации обмоток двигателя, при условии соблюдения их режимов работы, оговоренных в технических условиях.

Во второй главе рассматривается построение систем вентиляции с применением многоскоростного привода вентилятора и его функциональная схема регулирования; произведен выбор статорной обмотки двигателя привода и ее обоснование; получена математическая модель многоскоростного двигателя привода; произведена реализация математической модели в программной среде МаНаЬ БтиНпк; получены диаграммы переходных процессов при коммутации обмоток двигателя; разработана схема комбинированного коммутатора статорной обмотки двигателя с применением электронных ключей.

В работе предлагаются несколько возможных схем построения вентиляционных систем с применением многоскоростного привода вентилятора, а также функциональная схема регулирования электропривода вентилятора птичника на основе микроконтроллера, который занимается обработкой практически всех задач, обеспечивающих необходимую функциональность схемы, поэтому в данном случае сложно переоценить целесообразность и рациональность его применения.

Для привода вентилятора был выбран двигатель со статорной обмоткой на 6/10 полюсов, схема которой приведена на рисунке 1-а. Выбор производился из условий обеспечения необходимых скоростей вращения вала двигателя, его энергоэффективности и использования наименьшего общего числа выводов обмотки. Расположение коммутационных ключей силовой схемы двигателя приведено на рисунке 1-6.

Рисунок 1- а) - Схема статорной обмотки двигателя на 6/10 полюсов; б) - Расположение коммутационных ключей силовой схемы двигателя

Для установления возможности использования электронных ключей в схеме коммутации обмоток двигателя и их корректного выбора была разработана математическая модель двигателя, отображающая основные процессы при коммутации. Входными данными модели являются параметры схемы замещения двигателя (рисунок 2), разные для каждой скорости вращения.

Rs LCTS ' L1 ar R'r

Рисунок 2 - Схема замещения асинхронного двигателя

В контур статора и ротора вводятся дополнительные ЭДС Ед.; и Ед.г которые учитывают вращение машины и системы координат:

Ё«-. = ІЦ/s юск; Ёд-г = }Ц/г (©„ -©,) (1)

где е>ск - скорость вращения системы координат; сог - скорость вращения ротора двигателя; ц/ , цг - векторы потокосцепления статора и ротора соответственно.

Математическое описание процессов в контурах статора и ротора в пространственной области определяется системой уравнений:

и, = m о)ск + m œ„„+іsRs,

(2)

^ 0 = jy/t (<У„ -ar) + \,Rr +jy/aM„

где сомп - скорость вращения магнитного поля, создаваемого статорной обмоткой двигателя; Rs - активное сопротивление цепи статора; R'r - приведенное активное сопротивление цепи ротора; Us - вектор напряжения статора; is - вектор тока цепи статора; \\- вектор приведенного тока цепи ротора.

Для неподвижной системы координат полная система дифференциальных уравнений принимает вид:

f _ di dur -

Us = Las —— + ——— + is Rs ; - уравнение напряжении статора;

т , d? dU/

0 = —jи/ со + ir R\ + L'a r —+ —; - уравнение напряжений ротора; ' ' dt dt

Іт — І'г ; - уравнение токов;

у/ = Ьа, /, + ЦГ т; - уравнение для потокосцеплений статора;

ц/ = иаг і\ + Ц/ ; - уравнение для потокосцеплений ротора;

Ц/ = ''„ і " уравнение для потокосцеплений взаимоиндукции;

dt dt dû).

■ уравнение ЭДС самоиндукции в статоре;

Р ,1, „ ч Qû>r

-(М„, - Мс ) = —— ; - уравнение механического равновесия привода; J dt

M,» = ^РI I ' IЦ/ I S'HiVo) ; - уравнение электромагнитного момента; (3)

где їш - вектор тока взаимоиндукции; LCTS - индуктивность фазной обмотки статора от поля рассеяния; Ь'пг - приведенная индуктивность фазы ротора от поля

рассеяния; ц/ - вектор потокосцепления взаимоиндукции; J - момент инерции

привода; Мзм - электромагнитный момент на валу двигателя; Мс - момент сопротивления вентилятора; р - число пар полюсов двигателя; Sin(q>o) - угол между векторами тока статора и потокосцепления взаимоиндукции.

При переключении скорости двигателя необходимо изменить входные данные модели с сохранением начальных электромагнитных величин. Для решения системы уравнений была разработана математическая модель, созданная в среде MatLab Simulink (рисунок 3).

' Рисунок 3 - Математическая модель двухскоростного трехфазного асинхронного двигателя в программной среде МаІЇаЬ БішиНгік

При помощи данной модели были получены основные характеристики переходных процессов при коммутации двигателя. Расчетные данные переходных процессов приведены на рисунке 4. Были получены следующие зависимости: М = f(t), n = f(t), I = f(t), о = f(M), а также значения изменения напряжения

на коммутирующих ключах с учетом ЭДС статорной обмотки двигателя при его отключении от сети.

п. 600

500

400

300

200

100

0

ОВ/МИН

Рисунок 4 - Переходные процессы в двигателе при включении его в сеть с р=10 (а-г); выбросы ЭДС самоиндукции обмоток двигателя на межфазных ключах при отключении его от сети с р=6 (д)

Общие результаты расчетов сведены в таблицу 1. При этом видно, что амплитудное значение тока, протекающего через ключи коммутации статорной обмотки двигателя достигает 10,92 А. Максимальное значение напряжения, приложенного к закрытому ключу достигает величины 1217 В при скорости нарастания напряжения 1342 В/мксек.

Таблица 1 - Значения характеристик, полученные из расчетных режимов __работы исследуемого двигателя._

Характеристика Режим работы привода

0->1 0—»2 1—>2 2-Й 1-И) 2-»0 2—»-2

Пуст, (мин"1) 567 948 948 567 0 0 -948

Муст (Н-м) 3,82 5,11 5,11 3,82 0 0 -5,11

Ммакс. (Н-М) 13,11 23,14 13,41 14,12 3,82 5,11 23,34

I д 4амгш. макс.э ' * 4,79 8,15 7,67 5,43 0,899 1,53 10,92

I А Адеиств. уст., '' 0,638 1,085 1,085 0,638 0 0 1,085

Е + ^самоинд. макс ПсеуИ, В (ключи a-a, b-b, с-с) - - 551,2 789,4 551,2 789,4 789,4

F + " ^самоинд макс. ПСеТи, В (ключи а-b, а-с, Ь-с) - - 771,4 1217,3 771,4 1217,3 1217,3

dU/dt, В/мксек - - 978,5 1342,4 978,5 1342,4 1342,4

^пер. процесса? Сек. 0,392 0,245 0,178 0,241 5,71 7,69 0,653

и В * ^ампл ключа? 535,8 535,8 535,8 535,8 535,8 535,8 535,8

т], ое 0,85 0,87 0,87 0,85 - - 0,87

Полученные данные позволили сделать заключение о невозможности использования электронных ключей в качестве межфазных в силовой схеме коммутации обмоток, поэтому был рассмотрен подход о применении комбинационной схемы - с использованием контактов реле и электронных ключей.

Разработанная принципиальная схема блока коммутации обмоток многоскоростного двигателя с учетом полученных данных приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Принципиальная электрическая схема блока коммутации обмоток многоскоростного двигателя

В качестве проходных силовых ключей использованы симисторы, а в качестве межфазных - контакты реле. Управление схемой осущетвляет 18-выводный микроконтроллер PIC16FI827 производства фирмы Microchip. Схема имеет возможность дистанционного управления, предусматривает возможность подключения цифрового датчика температуры, а также имеет защиту от КЗ, обрыва фаз и неисправности силовых симисторов.

В третьей главе описано проведение экспериментальных исследований с использованием многоскоростного привода вентилятора ВО-5,6 (рисунок 6). Исследования проводились с целью проверки теоретических расчетов параметров привода при переключении обмоток, проверки возможности использования электронных ключей в схеме коммутации экспериментального двигателя и их корректного выбора. Программа экспериментальных исследований включала в себя осциллографирование токов, проходящих через элементы коммутации; ос-циллографирование значений ЭДС самоиндукции обмоток двигателя, которые могут быть приложены к закрытым межфазным и проходным ключам; проверку целесообразности применения защитных элементов обвязки электронных ключей в схеме коммутации.

Рисунок 6 - Общий вид экспериментальной установки

Схема установки предусматривает подключение исследуемого двигателя с возможностью коммутации его обмоток на 6 и 10 полюсов. Управление работой

схемы осуществлялось при помощи микроконтроллера Р1С16Р1827, соединенного по протоколу связи с мобильным компьютером. Для контроля временных моментов включения/отключения схемы использовался датчик регистрации перехода синусоиды сетевого напряжения через 0. Измерения проводились для всех рабочих режимов привода, при этом полученные графики в пределах одной режимной серии показывали схожие результаты и между ними не было выявлено существенных отличий. Результаты эксперимента по измерению токов сведены в таблицу 2 (в скобках указан процент расхождения между экспериментом и расчетом). Полученные экспериментальные данные показывают незначительное расхождение с расчетными, и максимальное расхождение для токов не превышает 7,8%.

Таблица 2 - Результаты эксперимента по измерению токов, протекающих через _проходные коммутационные ключи в различных режимах привода._

Режим работы привода Характеристика

I А 1ампл макс.» ^ 1 . А "действ. УСТ. Ї ' ^ ^пер. пооиесса» СЄК.

расчет эксперимент расчет эксперимент расчет эксперимент

0-Я 4,79 4,65 (2,9%) 0,638 0,72(1,3%) 0,392 0,43 (9,6%)

0-»2 8,15 8,1 (0,6) 1,085 1,17(7,8%) 0,245 0,3(18%)

1->2 7,67 7,8(1,7%) 1,085 1,17(7,8%) 0,178 0,2 (12%)

2-Я 5,43 5,3 (2,4%) 0,638 0,72 (1,3%) 0,241 0,25 (3%)

2—>-2 10,92 10,8(1,1%) 1,085 1,17(7,8%) 0,653 0,75(15%)

Осциллографирование значений ЭДС самоиндукции обмоток двигателя, возникающих на проходных и межфазных ключах коммутации, проводилось в момент отключения двигателя от сети с числом полюсов обмотки статора р=10 и р=6. При этом регистрировались максимальные напряжения, приложенные к межфазным и проходным ключам коммутации, а также скорость критического нарастания напряжения сШ/ск. Одна из полученных осциллограмм на межфазных ключах при отключении двигателя от сети с р=10 представлена на рисунке 7. Общие результаты эксперимента по измерению ЭДС статорной обмотки в сочетании с напряжением сети сведены в таблицу 3 (в скобках указан процент расхождения между экспериментом и расчетом). Режим, в котором наблюдается

наибольшее значение напряжения, приложенного к ключу - это режим отключения на 2-й скорости (р=6). При этом сумма вектора напряжения сети и ЭДС самоиндукции обмоток двигателя достигает значения в 1540 В, которое на 26% выше расчетного, что объясняется дополнительным влиянием питающей сети.

--■»ооа 1 ' і . і і і.....тт:- ] 1008/дел а -У ... . .. 1 мСек/дел . . ?,.. . . ---""

.....

! ' ■ 1 1 1 ! ...... '_______________ 1 2008/двл -08 : —- J"-'1" _ л -----... t мСек/дел t-1-!-Í-1-_1---- I , ~

[ ' __zzzr^ 1—"

L О В- | 200В/двп -----

1 мСек/дел

Рисунок 7 - Осциллограммы выбросов ЭДС самоиндукции обмоток двигателя с р=10 на межфазных ключах при отключении двигателя от сети

Таблица 3 - Результаты эксперимента по измерению напряжений, приложенных __к коммутирующим ключам в режимах отключения привода

Режим работы привода Характеристика

F +11 R ^самоинд, макс. ^сетил и (ключи a-a, b-b, с-с) ^самоинд макс. ^сети: В (ключи а-Ь, а-с, Ь-с) dU/dt, В/мксек

расчет эксперимент расчет эксперимент расчет эксперимент

1-Я) 551,2 620(12%) 771,4 930 (20,4%) 978,5 840(14%)

2-»0 789,4 980 (24%) 1217,3 1540 (26%) 1342,4 1200(11%)

Дополнительно, были проведены эксперименты по применению защитных элементов обвязки электронных ключей в схеме коммутации. При этом установлено, что применение электронного ключа в качестве межфазного в используемом приводе возможно лишь при полном комплексе мер по его защите, однако, целесообразность применения такого решения ставится под сомнение в виду большого числа дополнительных элементов ячейки коммутации и их габаритов. Поэтому оправдано первоначальное решение о применении контактов

реле на месте межфазных ключей и электронных элементов - в качестве проходных ключей.

Также был разработан алгоритм работы коммутатора обмоток двигателя привода на основе микроконтроллера Р1С16Р1827, что приводит к расширению функциональных возможностей электропривода вентилятора.

В четвертой главе определены показатели экономической эффективности от внедрения многоскоростного привода с разработанным комбинированным коммутатором обмоток в систему птичника на 20 тыс. кур-несушек. Сравнение производилось со станцией автоматического управления вентиляцией "Кли-мат-Т-МП-5". Было установлено, что уменьшится годовое потребление электроэнергии на 7810 кВт час, увеличится срок службы электродвигателей с 3,1 до 5,1 лет; увеличится коэффициент готовности электропривода вентиляции с 0,829 до 0,897. Основной доход достигается за счет снижения годового технологического ущерба, который находится на уровне 822 тыс. руб. Чистый дисконтированный доход при уровне доходности 12% составит 4,428 млн: руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснована функциональная схема регулирования многоскоростным электроприводом вентилятора птичника и параметры используемого многоскоростного электродвигателя. Для двигателя была выбрана схема обмотки, дающая ему возможность работы при 6 и 10 полюсах, имеющая количество выводов равное 5, с высокими показателями энергоэффективности двигателя.

2. Разработана математическая модель многоскоростного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в виде системы дифференциальных уравнений, имеющая связь с основными параметрами схемы замещения двигателя и отображающая процессы при коммутации его обмоток.

3. Разработана математическая модель работы многоскоростного двигателя привода с использованием ЭВМ и программной среды МаНаЬ БтиПпк с возможностью получения текущих значений токов статора, ЭДС обмоток двигателя и времени переходных процессов при переключении его обмоток.

4. При помощи математической модели были получены диаграммы изменения токов, ЭДС обмоток двигателя при коммутации, а также длительности переходных процессов при переключении режимов работы привода. Установлено, что максимальное значение токов, проходящих коммутирующие ключи, достигает значения 10,92А. Расчетные значения выбросов ЭДС самоиндукции обмоток двигателя в сочетании с напряжением сети достигают величины 1217 В, при этом скорость нарастания напряжения составляет 1342 В/мкс. Длительность переходных процессов при переключении скоростей достигает значения 0,392 с.

5. Разработана схема комбинированного коммутатора многоскоростного двигателя привода вентилятора птичника с применением симисторов и электромагнитных реле, который функционирует при любых режимах работы привода.

6. Проведены экспериментальные исследования привода с целью проверки теоретических расчетов и установления возможности использования электронных ключей в схеме коммутации экспериментального двигателя. Из порученных осциллограмм токов следует, что максимальные пиковые значения тока, проходящего через ключи коммутации в режимах коммутации достигают значения 10,8 А. Длительность переходных процессов при переключении обмоток достигает значения 0,65 сек. При этом максимальное расхождение теоретических и экспериментальных значений для токов не превышает 7,8 %. Перенапряжения на ключах из-за выбросов ЭДС самоиндукции обмоток двигателя могут достигать величин свыше 1500 В. Критическая скорость нарастания напряжения при этом достигает значений 1200 В/мксек. Режим, в котором наблюдается наибольшее значение напряжения, приложенного к ключу - это режим отключения на 2-й скорости. При этом сумма вектора напряжения сети и ЭДС самоиндукции обмоток двигателя достигают суммарного значения в 1540 В, которое на 26% выше расчетного, что объясняется дополнительным влиянием питающей сети.

7. Разработан алгоритм работы коммутатора обмоток двигателя привода на основе микроконтроллера PIC16F1827, что приводит к расширению функциональных возможностей электропривода вентилятора: дистанционное управление, регулирование производительности в автоматическом режиме индивидуально для каждого вентилятора, возможность включения в общую систему АСУ птичника.

8. В системе «Климат» птичника на 20 тыс. кур-несушек произведено сравнение показателей эксплуатационной эффективности применения станции автоматического управления вентиляцией "Климат-Т-МП-5" (тиристорное регулирование напряжения электродвигателей вентиляторов) с системой регулирования на основе многоскоростных двигателей с разработанным комбинированным коммутатором обмоток. Было установлено, что уменьшается годовое потребление электроэнергии на 7810 кВт-час, увеличивается срок службы электродвигателей с 3,1 до 5,1 лет; увеличивается коэффициент готовности электропривода вентиляции с 0,829 до 0,897. Чистый дисконтированный доход при уровне доходности 12% и уровне инфляции 14% ЧДД составит 4,428 млн. руб.

Основные положения диссертации опубликованы

- в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Харченко Д.П. Реализация бесконтактной схемы коммутации обмоток многоскоростного электродвигателя / Д.П. Харченко // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - 2007. - № 1(5). - С. 183-186.

2. Харченко Д.П. Основные направления разработки и внедрения устройств защиты электродвигателей / C.B. Оськин, A.B. Чепелев, Д.П. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2007.-№8.-С. 27.

- в прочих изданиях:

3. Харченко Д.П. Переключатель обмоток многоскоростного двигателя на основе бесконтактных силовых элементов / C.B. Оськин, Д.П. Харченко // Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки: материалы 4-й Юж-

нороссийской научной конференции «ЮРНК-05». - Краснодар, 2005. - С. 189192.

4. Харченко Д.П. Бесконтактная схема управления многоскоростным электродвигателем / C.B. Оськин, Д.П. Харченко // Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе: сборник научных трудов 3-й Российской научно-практической конференции. - Ставрополь, 2005. -С. 328-331.

5. Харченко Д.П. Устройство для бесконтактного переключения полюсов многоскоростного двигателя / Д.П. Харченко, П.М. Харченко // Энергосберегающие технологии, оборудование и источники электропитания для АПК: сборник научных трудов КГАУ. - Краснодар, 2005. - С. 310-313.

6. Харченко Д.П. Ветроэнергетическая установка с бесконтактным блоком коммутации обмоток генератора / C.B. Оськин, Н.И, Богатырев, Д.П. Харченко, П.М. Харченко // Энергосберегающие технологии, оборудование и источники электропитания для АПК: Труды КГАУ, выпуск 421(151). - Краснодар, 2006. -С. 316-320.

7. Харченко Д.П. Особенности схем управления многоскоростными двигателями на основе бесконтактных силовых элементов / C.B. Оськин, Д.П. Харченко // Новые технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности с использованием электрофизических факторов и озона: материалы Международной научно-практической конференции (11-13 мая 2006 г.). - Ставрополь, 2006. -С. 327-328.

8. Харченко Д.П. Выбор и защита электронных ключей для коммутации многоскоростных двигателей / Д.П. Харченко // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: материалы VIII региональной научно-практической конференции молодых ученых. - Краснодар, 2006. - С. 342-343.

9. Харченко Д.П. Система вентиляции птичника с использованием многоскоростных двигателей / Д.П. Харченко // Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки: материалы пятой Всероссийской научной конференции «ВРНК-2007». - Краснодар, 2007. - С. 221-224.

10. Харченко Д.П. Комбинированный способ коммутации обмоток многоскоростных двигателей / C.B. Оськин, Д.П. Харченко // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: материалы 1-й Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. - Краснодар, 2007. - С. 337-338.

11. Харченко Д.П. Комбинированная схема для коммутации обмоток многоскоростного двигателя / Д.П. Харченко // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: материалы 2 всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. - Краснодар, 2008. - С. 355-356.

- патенты на изобретения:

12. Пат. 2299356 Российская федерация МПК F03D 7/04 Ветроэнергетическая установка [текст] / C.B. Оськин, Д.П. Харченко, П.М. Харченко (РФ); заявитель и патентообладатель КубГАУ. - 2006105560/06; заявл. 22.02.2006; опубл. 20.05.2007; Бюл. № 14. - 10 с.

- авторские свидетельства на прикладные программы для ЭВМ:

13. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2007614769 РФ Расчет потерь мощности, параметров нагрева и охлаждения асинхронного электродвигателя / Д.П. Харченко, C.B. Оськин, П.М. Харченко; заявитель КубГАУ. - 2007613216; заявл. 01.08.2007; опубл. 19.11.2007-28 с.

14. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008613601 РФ Расчет коэффициента готовности и срока службы электропривода / Д.П. Харченко, C.B. Оськин, А.И. Вандтке, А.Ф. Кроневальд; заявитель КубГАУ. - 2008612702; заявл. 16.05.2008; опубл. 28.06.2008 - 35 с.

15. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2010620096 РФ Классификация, основные характеристики датчиков, применяемых, для автоматизации технологических процессов в АПК / Д.А. Овсянников, С.А. Николаенко, В.А. Дидыч, Д.П. Харченко, Д.С Цокур; заявитель КубГАУ. - 2009620645; заявл. 21.12.2009; опубл. 11.02.2010 - 27 с.

16. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2010620112 РФ Элементы теории автоматического управления, применяемые в сельском хозяйстве / Д.А. Овсянников, С.А. Николаенко, Д.П. Харченко, А.П. Волошин, Д.С. Цокур; заявитель КубГАУ. - 2009620644; заявл. 21.12.2009; опубл. 16.02.2010-21 с.

Подписано в печать '25 10. 2013 г. Бумага офсетная Печ. л. 1 Тираж 100 экз.

Формат 60x84 1/16 Офсетная печать Заказ №710

Отпечатано в типографии Кубанском ГАУ 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ФГБОУ ВПО КубГАУ)

МНОГОСКОРОСТНОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ВЕНТИЛЯТОРА ПТИЧНИКА С КОМБИНИРОВАННЫМ КОММУТАТОРОМ СТАТОРНОЙ ОБМОТКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ

Специальность: 05.20.02 - «Электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

0420*1452479

Харченко Дмитрий Павлович

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор,

Оськин Сергей Владимирович

Краснодар 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................4

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОЦЕНКА СПОСОБОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК.............11

1.1 Основные требования к микроклимату птицеводческих помещений и содержанию птицы........................................................................11

1.2 Существующий электропривод вентиляционных установок в птицеводстве и оценка способов регулирования производительности вентиляторов................................................................................18

1.3 Многоскоростной электропривод вентиляционной установки..............33

1.4 Выводы и задачи исследования....................................................47

2 ПАРАМЕТРЫ И РЕЖИМЫ МНОГОСКОРОСТНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ВЕНТИЛЯТОРА ПТИЧНИКА....................................49

2.1 Основы построения систем вентиляции с использованием многоскоростных двигателей. Основные характеристики многоскоростного двигателя вентилятора.....................................................49

2.2 Переходные процессы в двигателе при переключении обмоток. Построение математической модели многоскоростного двигателя.............60

2.3 Разработка схемы коммутатора обмотки многоскоростного электродвигателя вентилятора птичника.................................................85

3 МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАЗРАБОТАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА...............94

3.1 Программа исследований............................................................94

3.2 Описание экспериментальной установки........................................94

3.3 Результаты экспериментальных исследований..................................97

3.4 Алгоритм работы управляющего микроконтроллера привода..............111

3.5. Выводы..............................................................................113

4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ МНОГОСКОРОСТНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ВЕНТИЛЯТОРА С КОМБИНИРОВАННЫМ КОММУТАТОРОМ СТАТОРНОЙ ОБМОТКИ В СИСТЕМУ МИКРОКЛИМАТА ПТИЧНИКА...............115

4.1 Определение эксплуатационных показателей базового и нового оборудований.............................................................................115

4.2 Экономическая эффективность инвестиций при внедрении блока коммутации обмоток двигателей в птичнике......................................121

4.3 Выводы................................................................................128

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ......................................................................129

ЛИТЕРАТУРА............................................................................131

ПРИЛОЖЕНИЯ..........................................................................142

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время Россия входит в пятерку крупнейших стран в мире по производству мяса птицы. Россия увеличила производство мяса птицы на 275 тыс. т., или 10,8% (наибольший процент прироста в 2010 году в мире) и довела его объем до 2830 тыс. т. Этот факт позволил снизить поставку в страну импортного мяса птицы на 298 тыс. т. по сравнению с 2009 годом — с 986 до 688 тыс. т. Производство яиц возросло на 1,2 млрд. шт. (3,1%) и составило 40,58 млрд. шт.

Краснодарский край - это один из наиболее крупных производителей продукции птицеводства. Он входит в число первых 15 регионов страны, которые полностью обеспечивают потребность в мясе птицы своим производством. С 2004 г. по 2010 г. происходит рост поголовья птицы в крае, в среднем - на 25%, при этом наибольшего роста оно достигло в сельскохозяйственных организациях. На территории края разводится свыше 30 пород кур.

В птицеводстве большую роль играет удельный вес производственных издержек, в настоящее время этот показатель достигает значения 65%. На современных птицефабриках вопросам снижения себестоимости продукции уделяется большое внимание. Установлено, что продуктивность птицы во многом зависит параметров микроклимата (на 20-30%), при этом даже кратковременные (до нескольких часов) выключения вентиляторов или выход их из строя являются причиной значительного экономического ущерба из-за резкого снижения продуктивности или гибели птицы.

Для обеспечения заданных параметров микроклимата применяют специальные установки вентиляции, отопления и увлажнения, а также системы, автоматически поддерживающие заданные параметры [61, 32]. В таком оборудовании могут применяться различные устройства для автоматического регулирования производительности вентиляторов: автотрансформаторы, тири-сторные и частотно-регулирующие станции управления. Автотрансформаторный способ регулирования позволяет получить синусоидальную форму выходного напряжения, подаваемого на вентиляторы, однако главным недос-

татком такого способа является низкая надежность силовой части схемы управления. Это объясняется тем, что схема управления имеет большое количество магнитных пускателей, контакты которых работают на индуктивную нагрузку с частыми включениями/выключениями. Тиристорные регуляторы напряжения более надежны за счет бесконтактной схемы управления, однако их общий недостаток - наличие высших гармоник в выходном напряжении. Из-за этого снижается КПД двигателя, и увеличиваются электрические потери. Помимо этого, регулирование по напряжению на малых оборотах вращения вала двигателя характеризуется неэффективными энергетическими показателями с большими потерями в обмотках двигателя. Частотные преобразователи имеют одни из наиболее эффективных параметров регулирования на сегодняшний день. При этом их недостатками являются: двойное преобразование энергии, искажение выходной формы напряжения, необходимость применения дополнительной аппаратуры электромагнитной совместимости, а также скалярное управление при применении в многовентиляторных системах.

В вентиляционных системах применяются также и многоскоростные электродвигатели. Скорость вращения вала двигателя переключается ступенчато, при этом управляющая схема имеет большое число коммутационных аппаратов и требует дополнительной прокладки проводов.

Современная оценка эффективности работы электрического оборудования связана с эксплуатационными показателями, которые, в свою очередь, зависят от конкуренции выходной продукции. К таким эксплуатационным показателям (в рамках рассматриваемой технологии) относят: надежность, энергетические характеристики, экономическую эффективность. Как показывает анализ оборудования по регулированию подачи воздуха и статистика отказов в системах микроклимата, необходимо продолжать исследования для усовершенствования текущего и разработок нового оборудования.

Применение многоскоростных двигателей в вентиляционных системах может оказаться значительно более эффективным за счет применения не-

скольких критериев. Прежде всего, это повышение надежности схемы управления за счет применения бесконтактных элементов в блоке коммутации обмоток двигателя; снижение минимальных материальных и эксплуатационных затрат схемы управления двигателем, что может быть реализовано при помощи современной электронной базы; повышение общей эффективности регулирования микроклимата, что может быть достигнуто возможностью включения вентиляторов в так называемом "шахматном" режиме. Дополнительно эффективность регулирования микроклимата можно повысить, используя возможность реверсирования двигателя, что легко достичь при таком способе регулирования. При всех остальных способах реализовать возможность реверсирования двигателя будет значительно сложнее.

Рабочая гипотеза. Исследование переходных процессов в статоре многоскоростного электропривода при переключении его обмоток позволит разработать надежное коммутационное устройство.

Цель диссертационной работы заключается: в разработке и теоретическом обосновании многоскоростного электропривода вентилятора птичника с комбинированным коммутатором статорной обмотки для повышения эксплуатационных показателей вентиляционных систем.

Задачи исследования:

1. Обосновать функциональную схему регулирования многоскоростного электропривода вентилятора птичника и параметры электродвигателя.

2. Разработать математическую модель многоскоростного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, отображающую процессы при коммутации его обмоток.

3. Провести математическое моделирование работы многоскоростного двигателя привода с использованием ЭВМ и программной среды Ма^аЬ ЭтиНпк с целью получения характеристик переходных процессов при коммутации его обмоток.

4. Получить диаграммы изменения токов, ЭДС обмоток двигателя при коммутации, а также длительности переходных процессов при переключении режимов работы привода.

5. Разработать принципиальную схему комбинированного коммутатора статорной обмотки многоскоростного двигателя привода вентилятора с применением электронных ключей.

6. Провести экспериментальные исследования электропривода вентилятора с целью проверки теоретических расчетов и установления возможности использования электронных ключей в схеме коммутации статорной обмотки электрической машины.

7. Разработать алгоритм работы системы управления электроприводом вентилятора птичника.

8. Рассчитать эксплуатационную и экономическую эффективность внедрения разработанного электропривода в птичнике.

Объектом исследований являются: электропривод вентиляторов в птичниках, математические модели многоскоростных электродвигателей, контактные и бесконтактные коммутирующие аппараты.

Предметом исследований являются: переходные процессы при коммутации обмоток многоскоростного двигателя вентилятора птичника, эксплуатационные показатели вентиляционных систем.

Методика исследований - базировалась на математическом моделировании электрических машин, компьютерном моделировании, натурном эксперименте, статистической обработке и графической интерпретации полученных данных.

Научная новизна работы:

- разработана математическая модель многоскоростного двигателя привода в виде дифференциальных уравнений для исследования переходных процессов при коммутации его обмоток;

- разработана математическая модель исследуемого многоскоростного двигателя в программной среде МаиаЬ БтиПпк для получения параметров переходных процессов коммутации обмоток двигателя.

Практическая ценность результатов исследований:

- разработана схема управления индивидуальным многоскоростным электроприводом вентилятора птичника с использованием бесконтактных коммутирующих ключей и управляющего микроконтроллера;

- получены рекомендации для разработки необходимых мер для защиты электронных ключей в схемах коммутации обмоток многоскоростных двигателей;

- получен макетный образец комбинированного блока коммутации обмоток двигателя, который показал надежную работу во всех режимах вентиляционной установки;

- разработана прикладная программа для расчета коэффициента готовности и срока службы электропривода, защищенная свидетельством на программный продукт №2008613601;

На защиту выносятся следующие положения:

- функциональная схема регулирования многоскоростным электроприводом вентилятора птичника;

- математическая модель многоскоростного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;

- модель многоскоростного асинхронного двигателя, реализованная в программной среде МаиаЬ БтиНпк;

- результаты расчетов диаграмм изменения токов, ЭДС обмоток двигателя при коммутации, длительностей переходных процессов при переключении режимов работы привода;

- разработанная схема комбинированного коммутатора статорной обмотки многоскоростного двигателя привода вентилятора с использованием бесконтактных коммутирующих ключей и управляющего микроконтроллера;

- результаты сопоставления теоретических и экспериментальных испытаний электропривода вентилятора;

- результаты сравнения показателей эксплуатационной и экономической эффективности станции автоматического управления вентиляцией "Климат-Т-МП-5" (тиристорное регулирование напряжения электродвигателей вентиляторов) с разработанным электроприводом.

Реализация и внедрение результатов исследований. Многоскоростной привод с разработанной схемой коммутации передан для испытания в системе микроклимата птицефабрики «Новомышастовская» Краснодарского края. Результаты исследований используются при энергоаудите предприятий в ООО «Кубанская энергосервисная компания». Математические и компьютерные модели многоскоростного электропривода включены в рабочие программы дисциплин «Электропривод», «Автоматизированный электропривод» Кубанского ГАУ.

Личный вклад автора. Автором разработаны основные теоретические положения работы, проведены экспериментальные исследования, разработана программа и методика исследований, осуществлены эксперименты и обработка их данных.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на:

- 8-й региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2006 г.);

- международной научно-практической конференции (И-13 мая 2006 г.) «Новые технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности с использованием электрофизических факторов и озона» (Ставрополь 2006г.);

- 5-й всероссийской научной конференции «ВРНК-2007», «Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки» (Краснодар, 2006 г.);

- 2-й всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2008 г.);

3-й Российской научно-практической конференция «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе», Ставрополь, 2005 г.

- ежегодных научно-практических конференциях в КубГАУ (Краснодар).

В 2008 году на 2-й всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение АПК» автором получен диплом 2-й степени конкурса научных разработок.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 16 научных работах, в том числе 2 издания, входящих в перечень ВАК РФ, 1 патент на изобретение, 4 авторских свидетельства на прикладные программы для ЭВМ. Общий объем опубликованных работ составляет 14,4 п.л. из них на долю автора приходится 5,7 п.л.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОЦЕНКА СПОСОБОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ

УСТАНОВОК

1.1 Основные требования к микроклимату птицеводческих помещений и содержанию птицы

Необходимым условием повышения эффективности птицеводства и обеспечения рентабельности этой отрасли является поддержание заданного микроклимата в помещениях для содержания птицы. Оптимальный микроклимат в птицеводческих помещениях определяется многими факторами, прежде всего, температурой, газовым составом, влажностью, скоростью движения воздуха и пр. [68]. В границах некоторой температурной зоны обмен веществ и теплопродукция у птицы минимальны, а продуктивность — максимальная. Это - зона комфорта, крайние температурные точки здесь критические; в пределах этой зоны птицы дают наибольшую продуктивность при минимальном расходе корма [55]. Как показывают исследования, яйценоскость кур можно повысить на 30-35 % за счет создания в помещениях оптимальной воздушной среды [61].

Система вентиляции во многом определяет качество воздушной среды в птицеводческих помещениях. Основной характеристикой микроклимата является тепловлажностный режим помещения, значение которого не ограничивается его влиянием на состояние птицы. Нормальные и стабильные параметры воздушной среды в помещениях способствуют большей сохранности и долговечности строительных конструкций и оборудования, размещенного внутри здания. Температурно-влажностный режим, подвижность воздуха и концентрация в нем аммиака, сероводорода и пыли являются основными параметрами микроклимата производственного помещения. Создание и поддержание этих параметров в зоне размещения птицы в пределах, определяемых зооветеринарными требованиями, является основной задачей систем вентиляции и отопления [68].

Источник образования тепла в организме птицы - химические превращения питательных веществ, происходящие, главным образом, в результате соединения этих веществ с кислородом. Если выделяемое тепло не выводится из помещения, то происходящее в результате этого повышение температуры воздуха приводит к накоплению избытка тепла в организме, птицы сокращают потребление корма и увеличивают п