автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Разработка микро-ГЭС с асинхронными генераторами для сельскохозяйственных потребителей

ГОУ ВПО «АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им И И ПОЛЗУНОВА»

РАЗРАБОТКА МИКРО-ГЭС С АСИНХРОННЫМИ ГЕНЕРАТОРАМИ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Специальность 05 20 02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

СВИТ Павел Петрович

АВТОРЕФЕРАТ

Барнаул - 2007

003071485

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им И И Ползунова»

доктор физико-математических наук, профессор, СЕМКИН Борис Васильевич доктор технических наук, профессор, ХУДОНОГОВ Анатолий Михайлович кандидат технических наук, доцент, МЕНОВЩИКОВ Юрий Александрович

Ведущая организация - ГОУ ВПО «Алтайский государственный

аграрный университет»

Научный руководитель -Официальные оппоненты —

Защита диссертации состоится «23» мая 2007 г в 9-00 на заседании диссертационного совета Д 212 004 02 Алтайского государственного технического университета им И И Ползунова по адресу 656038, Алтайский край, г Барнаул, пр Ленина, 46

www astu secna ru E-mail ntsc@desert secna ru, Elms@inbox ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета им И И Ползунова

Автореферат разослан «_»_2007 г

И о ученого секретаря диссертационного совета д т н , профессор

КУЛИКОВА Л В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Экологическая ситуация, непрерывный рост территориально разнесенных и удаленных от электрических сетей сельскохозяйственных объектов небольшой мощности, располагающихся вблизи водных потоков с напорами от 1 до 6 м и мощностью от 1 до 100 кВт, ставят задачи создания недорогих и эффективных автономных автоматизированных микро-ГЭС с целью удовлетворения бытовых и производственных потребностей в электрической энергии Высокая энергетическая плотность потоков воды, широкие возможности по регулированию их энергии и относительная временная стабильность режима стока большинства рек позволяют использовать простые и дешевые системы генерирования и стабилизации параметров производимой электроэнергии Экстраполяция известных решений создания микро-ГЭС на область малых напоров и расходов водных потоков показала, что наиболее перспективными в указанном выше диапазоне являются электростанции с водоналивными колесами (ВК) и асинхронными самовозбуждающимися генераторами (АСГ) ВК просты по конструкции, имеют низкую стоимость, высокий коэффициент полезного действия (КПД), надежны и просты в эксплуатации, но использование их в качестве нерегулируемых гидродвигателей в микро-ГЭС значительно повышает требования к системе стабилизации величины и частоты вырабатываемого напряжения Однако современные достижения в области электромашиностроения, конденсаторостроения, полупроводниковой и преобразовательной техники позволяют создавать надежные и недорогие автономные автоматизированные микро-ГЭС, обеспечивающие получение высококачественной электроэнергии при минимальных требованиях к гидродвигателю

Разработка низконапорных микро-ГЭС с ВК и АСГ — задача комплексная, поэтому для создания электрооборудования микро-ГЭС требуется предварительное изучение диапазонов и динамики частоты вращения вала генератора применительно к возможностям ВК при различных расходах и напорах водотока В связи с этим приобретают первостепенное значение вопросы исследования режимов работы и определения характеристик АСГ, построения систем автоматического управления (САУ) параметрами электроэнергии для микро-ГЭС с эффективными ВК, проведения глубоких исследований рабочих режимов микро-ГЭС с учетом всех ее основных элементов

Цель работы. Разработка основ проектирования автономных низконапорных автоматизированных микро-ГЭС с индивидуальным характером электрической нагрузки для сельскохозяйственных потребителей и отработка их на опытных образцах

Основные задачи исследований:

1 Обоснование требований к качеству электроэнергии и гидроагрегатам с ВК и АСГ в сравнении с существующими, изыскание эффективных технических решений по составу и структуре автоматизированных низконапорных микро-ГЭС для автономных сельскохозяйственных потребителей небольшой мощности

2 Разработка математических моделей, позволяющих определить диапазон и зависимость частоты вращения вала генератора от параметров ВК и водотока, рабочие характеристики АСГ, параметры схем замещения трехфазного асинхронного двигателя (АД) и ВК, а также комплексной методики расчета низконапорных микро-ГЭС по параметрам водотока и вырабатываемой электроэнергии

3 Изучение принципов построения и разработка эффективных технических решений по составу и структуре систем автоматической стабилизации параметров электроэнергии, вырабатываемой автономной микро-ГЭС

4 Проведение лабораторных и натурных испытаний микро-ГЭС с системами стабилизации параметров генерируемой электроэнергии

Методы исследований. Научные и практические результаты работы базируются на научных основах электротехники, теории электрических машин и нелинейной теории колебаний В работе использовались математическое и физическое моделирование Постановка, обоснование и обработка результатов экспериментов проводилась с применением теории планирования эксперимента

Теоретические данные проверялись при испытаниях макетных, опытных и промышленных образцов микро-ГЭС и их элементов Испытания проводились в научно-исследовательской лаборатории кафедры «Естествознание и системный анализ», лаборатории гидротехнических сооружений, малых гидроузлов и микро-ГЭС кафедры «Теплотехники, гидравлики, водоснабжения и водоотведения» Алтайского государственного технического университета им ИИ Ползунова, а также на Колыванском камнерезном заводе им И И Ползунова

Научная новизна работы.

1 Создана расчетная модель, позволяющая определить диапазон и зависимость частоты вращения вала генератора от параметров водоналивного колеса, напора и изменяющегося расхода водотока

2 Разработана математическая модель автономного трехфазного асинхронного самовозбуждающегося генератора, основанная на уравнениях идеализированной асинхронной машины с постоянными коэффициентами совместно с уравнениями емкостной нагрузки, приведенной Г-образной схеме замещения и балансе мощностей

3 Обоснована и создана комплексная методика расчета низконапорных автоматизированных микро-ГЭС по напору и расходу водотока и параметрам вырабатываемой электроэнергии

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1 Создано эффективное техническое решение по составу и структуре автоматизированных низконапорных микро-ГЭС на основе ВК и АСГ с автобалластной тиристорной системой фазного регулирования выходных параметров электрической энергии, что подтверждено патентом на изобретение РФ «Устройство для преобразования энергии воды в электроэнергию» (заявка № 2005133292/06 (037271), положительное решение от 18 января 2007 г)

2 Разработаны основы проектирования низконапорных микро-ГЭС на базе ВК, АСГ и САУ параметрами вырабатываемой электроэнергии с целью создания недорогих, надежных и эффективных энергоустановок, предназначенных для электроснабжения автономных сельскохозяйственных потребителей небольшой мощности

3 Разработаны схемы регуляторов амплитуды и частоты выходного напряжения АСГ на основе серийных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором общепромышленного использования, позволяющие поддерживать высокое качество электроэнергии в широком диапазоне изменения параметров водотока и электрической нагрузки

' 4 Создано программное обеспечение для ЭВМ, позволяющее автоматизировать процессы проектирования и оптимизации параметров основных элементов микро-ГЭС, исходя из напора и расхода водотока и параметров вырабатываемой электроэнергии

5 Разработаны, изготовлены и испытаны САУ параметрами электроэнергии, вырабатываемой микро-ГЭС, обеспечивающие режимы работы гидроагрегатов в соответствии с требованиями сельскохозяйственных потребителей

6 Созданы опытный образец микро-ГЭС мощностью 4 кВт с ВК диаметром 3 м и действующая с 2002 г на Колыванском камнерезном заводе им И И Ползунова микро-ГЭС мощностью 12 кВт с ВК диаметром 5,5 м

Работа выполнена в рамках решения ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)» и программы «Старт-05» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической среде По результатам исследований получен патент РФ «Гидротурбина» (заявка № 2005133291/06 (037270), положительное решение от 18 января 2007 г)

Достоверность полученных результатов обеспечена

- достаточным объемом экспериментальных данных и их статистической обеспеченностью,

- использованием поверенной измерительной аппаратуры с достаточной для поставленных целей погрешностью,

- удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментальных данных, сопоставлением результатов, полученных разными методами, сравнением и согласованностью их с результатами литературных источников и их соответствием современным теориям электротехники, электрических машин и колебаний,

- результатами длительной эксплуатации в штатном режиме микро-ГЭС, разработанной по комплексной методике, предложенной в настоящей работе

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Микро-ГЭС на диапазоны водотоков с напорами от 1 до 6 м и расходами от 0,3 до 3,0 м7с на основе ВК, АСГ на базе серийных трехфазных АД с короткозамкнутым ротором общепромышленного использования и автобалластными тиристорными системами стабилизации амплитуды и частоты напряжения с фазным регулированием являющиеся эффективным техническим решением, которые позволяют успешно конкурировать с другими энергоустановками, предназначенными для электроснабжения автономных сельскохозяйственных потребителей небольшой мощности

2 Модели систем

- математическая модель автономного трехфазного АСГ, основанная на уравнениях идеализированной АМ совместно с уравнениями емкостной нагрузки, приведенной Г-образной схеме замещения и балансе мощностей,

- расчетная модель, устанавливающая взаимосвязь частоты вращения вала генератора с параметрами ВК, напором и изменяющимся расхода водотока

3 Методика

- аналитического расчета параметров схем замещения АД по справочным данным, не требующая экспериментального определения характеристик холостого хода и короткого замыкания,

- графо-аналитического расчета рабочих характеристик АСГ при переменной частоте статора и при различных скоростях вращения ротора, которая позволяет определить границу устойчивой работы генератора

4 Комплексная методика расчета микро-ГЭС для малых напоров и расходов водных потоков, подтвержденная результатами экспериментов, натурных испытаний и длительной эксплуатацией микро-ГЭС в штатном режиме

Личный вклад автора состоит в реализации основных задач исследований, в том числе в обосновании состава и структуры микро-

ГЭС и САУ, в разработке математических моделей и методик расчета, в создании необходимой технической документации образцов, в организации и выполнении лабораторных и заводских испытаний, а также в планировании и проведении экспериментов, в анализе и обобщении результатов исследований, формулировке выводов

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях на Третьей Международной конференции «Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов», Барнаул, 1995 г, Научно-технической конференции студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава Алтайского государственного технического университета, Барнаул, 1996 г, 2000 г , 2001 г , 2002 г , 2004 г , Научно-технической конференции «Охрана природы, гидротехническое строительство, инженерное оборудование», Новосибирск, 1996 г , Международной научно-практической конференции «Горы и человек в поисках устойчивого развития», Барнаул, 1996 г, Региональной научно-практической конференции «Малая энергетика Новосибирской области Современное состояние и перспективы развития», Новосибирск,

2003 г, Второй международной научно-практической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт», Тобольск,

2004 г, IX Ползуновских чтениях, Барнаул, 2006 г Публикации. По результатам выполненных исследований и публиковано 26 печатных работ, из них 3 - в центральной печати

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка использованной литературы из 109 наименований и 7 приложений Работа изложена на 247 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунок, 14 таблиц

Автор выражает благодарность доктору технических наук, профессору В М Иванову за консультации по гидравлической части и помощь в проведении лабораторных и натурных испытаний

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы цель и задачи исследования, указаны методы исследования, определены научная новизна и практическая ценность результатов исследования, изложены основные положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации основных результатов

В первом разделе на основе анализа литературных источников дается оценка современного состояния и перспектив развития нетрадиционной энергетики на базе использования природных возобновляемых

источников энергии (ВИЭ) в труднодоступных и удаленных от центральных электросетей районах и, прежде всего, для электроснабжения сельскохозяйственных объектов малой мощности Обоснованы факторы, характеризующие автономных сельскохозяйственных потребителей территориальная разнесенность, малая мощность и индивидуальный характер нагрузки, допускающий отклонение норм качества электроэнергии от ГОСТ 13109-97, низкий уровень квалификации персонала, обслуживающего электроустановки

Использование ВИЭ неразрывно связано с проблемой разработки альтернативных вариантов автономных электроэнергетических систем (АЭЭС) и установок (АЭЭУ) и недорогого, надежного и эффективного оборудования к ним В работе выполнен анализ особенностей и показателей эффективности АЭЭС для электроснабжения потребителей малой мощности, на основании которого произведен выбор ВИЭ и основных элементов АЭЭУ Сравнительный анализ эффективности использования ВИЭ, уровня промышленного освоения нетрадиционных энергоустановок показал, что наиболее перспективной АЭЭУ малой мощности для районов с водными потоками являются микро-ГЭС, отличающиеся мобильностью, экономичностью, высокими надежностью и качеством вырабатываемой электроэнергии Анализ разработанных в России и за рубежом микро-ГЭС, диапазонов напоров, расходов и мощностей, на кото-~ рые они выпускаются, показал, что в качестве преобразователя энергии" водного потока в механическую энергию вращательного движения вала генератора низконапорных микро-ГЭС в диапазоне мощностей от 1 до 50 кВт предпочтительнее использовать ВК, которые могут эффективно работать при напорах от 0,5 до 6 м и расходах воды от 0,03 до 3,0 м3/с

На основании анализа литературных источников и факторов, характеризующих автономных сельскохозяйственных потребителей, выбраны параметры электроэнергии, вырабатываемой микро-ГЭС

Сравнение характеристик отечественного электрооборудования показало целесообразность использования в качестве источников электропитания, вырабатывающих электроэнергию хорошего качества, АСГ на базе трехфазных АД с короткозамкнутым ротором общепромышленного использования, обладающих малой удельной массой, надежностью, простотой конструкции и низкой стоимостью Промышленностью выпускается большое разнообразие АД по типу исполнения, мощности, скорости вращения, что обеспечивает возможность создания АЭЭУ с АСГ, сочленяющихся с различными по размерам и мощности ВК С целью обеспечения надежности и эффективности работы простых, надежных дешевых нерегулируемых гидродвигателей применяют системы стабилизации параметров выходного напряжения электростанций Акту-

альность разработки САУ параметрами АСГ обусловлена особенностями преобразования энергии малых водотоков в электроэнергию Соизмеримость мощностей нагрузки и ВК, случайный характер изменения энергии малых водотоков, необходимость обеспечения устойчивой работы микро-ГЭС в широком диапазоне нагрузок ужесточают требования к системе регулирования выходных параметров генератора На основе анализа существующих конструкций микро-ГЭС и факторов, характеризующих сельскохозяйственных потребителей, сделан вывод, что наиболее перспективным является вариант АЭЭУ, оборудованной ВК и АСГ с автобалластными тиристорными системами стабилизации амплитуды и частоты напряжения с фазовым регулированием Микро-ГЭС, как объект исследования в данной работе, состоит из следующих основных элементов верхненаливного ВК, серийного АД с короткозамкнутым ротором и конденсаторным самовозбуждением, САУ автобалластного типа, включающей тиристорный преобразователь, балластную нагрузку, коммутационную, защитную и регулирующую аппаратуру

Создание эффективных микро-ГЭС требует разработки аналитических методов расчета и проведения научных исследований, направленных на системное изучение рабочих параметров и режимов основных элементов микро-ГЭС

В конце раздела сформулированы основные задачи исследования, главной из которых является создание методик проектирования низконапорных автоматизированных микро-ГЭС с ВК и АСГ, предназначенных для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей небольшой мощности

Второй раздел посвящен вопросам математического моделирования и разработке методов расчета основных узлов низконапорных микро-ГЭС, исходя из параметров водотока и электроэнергии Приводным двигателем АСГ является ВК, скорость вращения которого зависит от его конструкции, параметров водотока и момента сопротивления, создаваемого генератором Поэтому задачи расчета рабочих характеристик АСГ, оптимизации конструкции и параметров ВК взаимосвязаны

В разделе рассмотрены механизм, условия мягкого и жесткого самовозбуждения АСГ С помощью характеристик и векторных диаграмм проанализированы режимы работы автономного АСГ Получены зависимости для расчета емкости основных конденсаторов возбуждения по номинальным электрическим данным АД

Необходимость создания расчетной модели, позволяющей определить диапазон и зависимость частоты вращения вала АСГ от параметров ВК и водотока, диктуется многообразием возможных сочетаний мощности гидроустановок, напора и расхода водных потоков,

обеспечиваемых гидроресурсами местности в зоне установки микро-ГЭС, и выбором серии, марки и исполнения АД, используемого в качестве генератора На рисунке 1 для примера представлена структурная расчетная схема верхненаливного ВК диаметром 3 м, разработанного для микро-ГЭС мощностью 15 кВт

Определение диапазона частоты вращения ВК (¿%) основано на уравнении движения системы «ВК - АСГ»

JкdФh|dt = Mk-Mí, (1)

где McwJK- моменты сопротивления на валу и инерции колеса Момент Мс определяется электромагнитным моментом на валу АСГ Для расчета Мк вычисляют моменты, создаваемые массами воды в к-х карманах колеса, образованных стенками двух соседних лопаток,

боковинами и ободом, по формуле Мк = ^I |л7^(лг)<айг|, (2)

где плотность воды и ускорение свободного падения,

Рк{Х) - функции, ограничивающие сечения объемов воды в к-х карманах колеса

Функции Рк{Х) находят по координатам точек (ПгПк) пересечения уровня воды с лопатками или ободом, точек изгиба (лг/3,_у/3) и присоединения лопаток к внутреннему {х12,у1т) и внешнему (х;,,>7|) диаметрам кольцевых боковин

Количество лопаток (и) и основные размеры ВК (/ -ширина, Л|, /?2, е,/, /.ф) определяют так, чтобы при заданных параметрах водотока и вычисленной юк наполнение карманов ВК было наибольшим, а момент МК и мощность Л^, развиваемые колесом, были максимальными

В работе приведена структурная схема и разработана программа расчета параметров ВК на ЭВМ, по

п , ^ „„ которой выполнен ана-

Рисунок 1- Структурная схема расчета ВК р

У } м

2,(xl Иг)

bdl. И,)

лиз наполнения карманов водой в рабочем секторе колеса и его КПД в зависимости от размеров и числа лопаток для различных значений напоров и расходов водотока, произведены расчеты диапазонов частот вращения валов АСГ при различных расходах Результаты расчетов приведены в пятом разделе и положены в основу проектирования опытного образца и промышленной микро-ГЭС

На основании уравнений идеализированной АМ при общепринятых допущениях, Т- и Г-образных схем замещения разработаны математическая модель трехфазного АД с короткозамкнутым ротором и аналитическая методика расчета параметров его схем замещения Описанные в литературе графические и графо-аналитические методы расчета параметров схем замещения АД требуют трудоемких графических построений с использованием результатов экспериментальных исследований процессов холостого хода, короткого замыкания и работы АД под нагрузкой В отличие от них в настоящей работе предложен расчет параметров схем замещения АД, не требующий эксперимента, основанный на разработках авторов Костенко М П , Пиотровского Л М , Сыромятникова И А , Петрова Г Н , Торопцева Н Д, Алюшина Г Н Исходными данными для расчета служат номинальные электрические и механические параметры, конструктивные данные АД, содержащиеся в справочной литературе С достаточной для практических целей точностью определяются активные и индуктивные сопротивления статора (/•] и ротора (г-, и дг2') и цепи намагничивания и хКритерием оптимизации параметров АД служит значение коэффициента насыщения магнитной цепи Вычисляют полное сопротивление цепи намагничивания (2 /;) и сумму (1 + 2 ,/2 Д где 2 \ - полное сопротивление статорной цепи

По выражению с, = 1 +(1(Ш/2к11Ь1) (3)

находят поправочный коэффициент с 1 В выражении (3) к„ 1 т и I \„ -кратность пускового тока номинальному, номинальные токи намагничивания и статора

Если сумма (1+ 2 \! 2 /() отличается от значения с ь расчет повторяют, корректируя коэффициент насыщения магнитной цепи

На основе анализа Т- и Г-образных схем замещения (рисунок 2 а и б) совместно с уравнениями емкостной нагрузки и АМ с постоянными коэффициентами, приведенной Г-образной схемой замещения (рисунок 2 г) и балансом мощностей разработана математическая модель автономного АСГ, адекватно отражающая его работу в установившихся режимах Режиму холостого хода соответствует Т-образная, а режиму нагрузки - Г-образная схемы замещения АСГ Величина реактивной составляющей нагрузки (д,,,) учитывается в значении сопротивления емкости подключаемых конденсаторов (/х() На рисунке 2 в сопро-

;= 5 ■Г1

1 1,

3 ул„

/, Jctx,

л ' тивления внешней цепи показаны в

виде параллельно соединенных сопротивлений активной нагрузки (/•„,) и конденсаторов возбуждения (/х() Т-образной схеме замещения в установившемся режиме соответствует система уравнений

[/„ = /,-/;, £,-/,(/■,+_,*,) = </„

= ^ (4)

При преобразовании Т- в Г-образную схему замещения АСГ первичный ток и мощность, потребляемая из сети, остаются неизменными Приведенный вторичный ток АМ и другие параметры главной и намагничивающей цепей Г-образной схемы изменяются с учетом поправочного коэффициента с ] Активное (Л0) и реактивное (Хп) сопротивления преобразованной Г-образной схемы замещения равны

= + *м + ^ + гл)2А*1 + (5)

Сопротивление Яа зависит от изменения сопротивления взаимоиндукции генератора и определяется током намагничивания, равным току статора на холостом ходу Сложность процессов самовозбуждения АСГ, нелинейность намагничивания железа машины, наличие скольжения между магнитным полем и ротором не позволяют получать простые уравнения генератора как объекта управления

Приводимые в литературе расчеты рабочих характеристик АСГ основаны на графическом или графо-аналитическом методах анализа круговых диаграмм и составлении баланса активных и реактивных проводимостей генератора Применение их на практике связано с определенными трудностями, т к каждой частоте в первичной цепи соответствует свой круг и кривые проводимостей намагничивающего контура Они громоздки, трудоемки и неприемлемы при проектировании микро-ГЭС В данной работе предлагается метод расчета, основанный на переходе от Г-образной к приведенной схеме замещения (см рису-

Рисунок 2 - Схемы замещения АСГ а - Т-образная, б - Г-образная, в - преобразованная Г-образная, г - приведенная

нок 2 г) и балансе активных и реактивных мощностей Для этого определяют параметры схем замещения АД, и экспериментальным путем устанавливают зависимости Е\ = /(Х0) и /?0 = ./(О, изучая работу генератора на холостом ходу Сущность эксперимента сводится к определению величин напряжения (£/|), тока статора (/)) и частоты вращения ротора (о)р) при постоянной частоте напряжения (/¡=50 Гц) и различных значениях емкости конденсаторов возбуждения (С) По полученным результатам для каждой емкости конденсаторов определяют полное сопротивление цепи намагничивания (20) Г-образной схемы замещения и по уравнению 2п = г1 + гм +у(х! + х;/) рассчитывают индуктивные сопротивления взаимоиндукции Из системы уравнений (4) определяют ЭДС генератора (Е|), а по формулам (5) вычисляют сопротивления Л0 и Х0 цепи намагничивания По величине номинальной емкости С„ находят соответствующие номинальные значения Еи„ Я0„ и Х0п Используя уравнения регрессии, описывающие экспериментальные зависимости £,/£,„ = /(Х0/Х0п) и /?„//?„,,= /(С/С„) (кривые 1 и 2 на рисунке 4), рассчитывают приведенное сопротивление Л и внутреннюю ЭДС генератора (£1) по заданным рабочим значениям емкости конденсаторов возбуждения, активного сопротивления нагрузки (г,,,) и частоты вращения ротора {(ор)

Новый метод позволяет вычислить момент, фазные напряжение и ток статора, коэффициент мощности, ток главной цепи, полезную фазную мощность, КПД, частоту напряжения и скольжение АСГ По сравнению с расчетами, применяемыми в литературе, предлагаемый метод менее трудоемкий Рабочие характеристики АСГ, определенные по этому методу при переменной частоте напряжения, вырабатываемого генератором, и различной скорости вращения ротора, использованы при проектировании САУ и других узлов микро-ГЭС

Третий раздел содержит результаты экспериментального исследования работы АД в генераторном режиме на лабораторном стенде, состоящем из приводного двигателя, АМ, конденсаторов возбуждения, активной нагрузки, системы регулирования и контролирования работы двигателей Генератором служили трехфазные АД серии АИР 80А4СУ2 и АИР 56А2УЗ, приводными двигателями - двигатели постоянного тока (ДПТ) с независимым возбуждением -ДП-12 и ПС 31МУХЛ4

В ходе эксперимента изучены режимы возбуждения и развозбу-ждения генератора на холостом ходу и под нагрузкой, нагрузочные характеристики АСГ, работающего с приводным двигателем соизмеримой мощности, зависимость максимального тока нагрузки АСГ от напряжения, тока фазы и частоты вращения ротора на холостом ходу,

Рисунок 3 - Зависимости скорости и <-» напряжения возбуждения АСГ на холо стом ходу от емкости конденсаторов

11

характеристика холостого хода Обработка экспериментальных данных проводилась по методу регрессионного анализа Результаты исследований приведены в виде графических зависимостей параметров АСГ и уравнений, описывающих эти зависимости Для примера на рисунке 3 представлены зависимости скорости и напряжения возбуждения АСГ на холостом ходу от приведенной емкости конденсаторов Результаты исследования показали, что экономически более выгодной является схема соединения АСГ «звезда-треугольник», возбуждение АСГ необходимо производить на холостом ходу, емкости основных конденсаторов возбуждения должны быть постоянно подключены к ста-торным обмоткам АД, а их величина должна быть в пределах 0,9-1,1 отС„

Представленные на рисунке 4 зависимости £,/£,„ = f(X0/X0„) (кривая 1) и

R0/R0l, = /(C/CJ (кривая 2), необходимые для расчета рабочих характеристик АСГ, строятся по данным холостого хода

На рисунке 5 для сравнения приведены экспериментальные и расчетные характеристики АСГ, вычисленные по предложенному нами методу Из рисунка видно, что расхождение между расчетными и экспери-

т-к Я<>и

ГТа

1 Х„

Рисунок 4 - Зависимости '<-. Е\!Еи = f(XJxo„) (кривая 1) и Яо/Яо„ = f(C/C„) (кривая2)

/

Jj_

Uh 1 о

■ l l

Р X

*-- м —к—

— эксперимент — — расчет

Щ —в—°

-о--1- ь

?)8S

t/,

—i—1 02 Ля /| /l„0 «1

*--- . ¡.Я;

« .—

гл д 1

- л

S 1

..........' — — <г Pi \ Pi«

б "tin 0 24 Oli 0 4S 0 ^ 0 6'

Рисунок 5 - Зависимости характеристик АСГ а - от емкости конденсаторов при Ui=U]„ и г„ = 180 Ом, б - от полезной мощности при (Ор^сОр„ и С = 0,85С„

ментальными данными не превышает 5-8 % Это убеждает, что разработанный нами метод адекватно описывает работу АСГ в установившихся режимах Методика позволяет определять границу устойчивой работы АСГ (рисунок 5 б), выбирать алгоритмы

управления его параметрами при проектировании САУ автономных микро-ГЭС

Экспериментальное изучение работы АСГ с приводным двигателем соизмеримой мощности и рабочих характеристик АСГ показало, что стабилизировать напряжение на зажимах генератора при переменной частоте вращения приводного двигателя возможно за счет изменения величины активного сопротивления нагрузки (активной мощности нагрузки), а стабилизация частоты напряжения может быть осуществлена изменением емкости конденсато-

ров возбуждения (тока намагничивания)

Четвертый раздел посвящен разработке САУ параметрами АСГ, обеспечивающей устойчивый режим работы гидроагрегата и удовлетворяющей сельскохозяйственных потребителей небольшой мощности по стоимости и качеству стабилизации параметров выходного напряжения

Анализ существующих систем автоматического регулирования напряжения АСГ позволил сделать вывод, что наиболее простым, дешевым, быстродействующим, позволяющим регулировать параметры напряжения в широком диапазоне нагрузки, является автоматический

регулятор напряжения с линейными конденсаторами в качестве регулирующего органа

АСГ, входящий в состав микро-ГЭС с автобалластной системой стабилизации, кроме обычной нагрузки, имеет вентильную нагрузку соизмеримой мощности Она работает на сложную результирующую нагрузку, характер которой зависит от параметров полезной нагрузки, типа регулятора, закона регулирования нагрузки и других факторов Такие установки относятся к классу машинно-вентильных систем, для которых характерно взаимное влияние электрической машины и вентильного устройства Изменение величины балластной нагрузки и подключение емкости дополнительных конденсаторов каждой фазы АСГ осуществляется с помощью тиристорных регуляторов с фазовым управлением Применение их характеризуется отсутствием искажений формы токов и напряжений в режиме максимума мощности, рассеиваемой на балластных нагрузках, а также плавным законом изменения углов управления тиристорами во всем диапазоне регулирования и простой возможностью индивидуальной регулировки по фазам

Показано, что при неизменном характере нагрузки и постоянном расходе водотока в течение длительного времени для стабилизации режима микро-ГЭС достаточно применение одноканальной САУ Поддержание постоянной скорости вращения ВК за счет равенства его - мощностей мощностей балластной и полезной нагрузок обеспечивает*" выработку электричества высокого качества Регулирование мощности балластной нагрузки в этом случае целесообразно осуществлять по отклонению напряжения от номинальной величины Благодаря постоянству и равенству мощностей энергоустановка работает в статическом режиме, который легко может быть оптимизирован по энергетическим показателям Достоинством регулирования балласта по напряжению является простота схемы и приемлемая стоимость САУ

На основании выполненных исследований разработаны одно- и двухканальная САУ Блок-схема двухканапьной САУ изображена на рисунке 6 К асинхронному двигателю (АД) через блок коммутационной и измерительной аппаратуры (БКИА) подключается блок основных конденсаторов возбуждения (БОКВ), блок регулирования, защиты и управления (БРЗУ), тиристорный регулятор ТР1 тиристорного преобразователя (ТП) и полезная нагрузка (ПН) БОКВ постоянно подключен к статорным обмоткам двигателя Регулятор ТР) в соответствии с сигналами блока регулирования и управления напряжением (БРУН) управляет мощностью балластной нагрузки (БН) и тем самым стабилизирует величину напряжения Контроль и регулирование частоты напряжения осуществляет блок регулирования и управления

частотой (БРУЧ), который вырабатывает сигналы управления тири-сторным регулятором ТР2, управляющим емкостью блока добавочных конденсаторов возбуждения (БДКВ) таким образом, чтобы ток добавочных конденсаторов компенсировал индуктивную составляющую ПН Таким образом, САУ, регулируя величину БН и емкость конденсаторов возбуждения, поддерживает амплитуду и частоту напряжения на зажимах АСГ в пределах допустимых значений Блок защиты (БЗ), вырабатывающий сигналы управления коммутационной аппаратурой, соединяющей БОКВ со статорными обмотками АД, предназначен для защиты САУ от перенапряжения

Одноканальная САУ отличается от двухканапьной отсутствием БРУЧ, поэтому ТП состоит из одного тиристорного регулятора Конденсаторы БДКВ подключаются к статору АД вручную

Таким образом, стабилизация величины напряжения осуществляется регулированием мощности БН по отклонению напряжения от номинального Стабилизация частоты напряжения осуществляется изменением напряжения на добавочных конденсаторах в соответствии с отклонением частоты напряжения от номинальной Емкость основных конденсаторов принимается равной номинальной, емкость дополнительных конденсаторов зависит от коэффициента мощности нагрузки

В разделе приведены принципиальные электрические схемы блока питания, БРУН, БРУЧ и БЗ Разработаны методика расчета емкости основных и дополнительных конденсаторов возбуждения

На рисунке 7 представлен алгоритм расчета микро-ГЭС Разработанная комплексная методика расчета позволяет по напору и расходу водотока, параметрам вырабатываемой электроэнергии оптимизировать преобразование энергии воды в электроэнергию путем подбора АД, сопротивлений балластной (гд) и полезной (г„) нагрузок, рабочих характеристик и момента АСГ, параметров ВК С целью стабилизации величины и частоты напряжения электроэнергии, вырабатываемой микро-ГЭС, производится расчет параметров ТП

Описание алгоритмов и подпрограмм расчета основных узлов микро-ГЭС представлены в разделе 2 диссертации

АЛ

ПН

КРЗУ

БКИА

ЬКВ

БОКВ БДКВ

UI

БЗ

ТП |

ЬРУП IPI

БРУЧ 1Р2

Рисунок 6 - Блок-схема двухканапьной САУ

с

Начало J t

' Ввод H, Q i

Вычисление P„ i

Вычисление конструктивных параметров и частоты вращения ВК

£

Ввод исходных спра-у вочных данных АД у i

Вычисление параметров

схем замещения АД * ~

Вычисление С„, г, „

С„с*= (0,9-1,1)С„, 1"б= (1-1,1)г, , ——

/ = 0

H, Q — напор и расход водотока

Л'л - мощность ВК

¡7, - КПД ВК, передаточного механизма, генератора, микро-ГЭС, «•-точность расчета, С«», Смs - емкости основных и добавочных конденсаторов, г,;, г„„, г„„ - активные сопротивления балластной, полезной номинальной и номинальной нагрузок, Р-с, Рг, Рн и - полезные мощности гидроагрегата, АСГ и номинальной нагрузки

cos <р„, — коэффициент мощности нагрузки

р а = PgHQnKTi„„Ti = pgHQTJr

Вычисление рабочих характеристик АСГ

-Ч 1

Вычисление параметров ВК с водоудерживаю-щим элементом

Вычисление С„,„-,

i

Вычисление

параметров

ТП

Вычисление параметров

передаточного механизма * ~

Вычисление г}Г

♦ -

Печать параметров ВК и АД, максимальных характеристик АСГ, т]г

Печать параметров , ТП номинальных характеристик АСГ

("конец )

Ввод г„„=(1,15-1,2)г„„

Рисунок 7 - Алгоритм расчета микро-ГЭС

Таблица 1 - Характеристики шк

МОЩ| 10СТ1). кВт Нйиор. М Расход м/с Номинальное напряжение. в Номинальная частота. Гц К1Щ М И КрО- 1 "Х_\ %

НОМ*4 нильная максн-мал ьиая статический раёрчнИ фатнос линейное

15,0 18,0 3,5-4,0 3,0 1,0 230 £ 400 "5 50 ± 2.5 65

хч-ГЭС с В К диаметром 3 м

В пятом разделе приведены результаты испытания опытного образца и промышленной микро-ГЭС с САУ БАУЭН-1.

По предложенной в разделе 4 комплексной методике была разработана микро-ГЭС мощностью 15 кВт с ВК диаметром 3. Основные характеристики микро-ГЭС приведены в таблице !. Оптимальное количество лопаток, геометрические размеры и параметры колеса определены по методике, изложенной I! разделе 2. Размеры и форма лопаток обеспечивают свободное и полное заполнение карманов колеса водой. Гидравлический КПД и КПД объемного наполнения составили 83 И 88 %, соответственно. Для контроля и стабилизации частоты и величины напряжения на зажимах АСГ' применяется /шухканальная САУ. Основные конденсаторы возбуждения соединялись треугольником, а дополнительные - звездой. КПД генератора составил 0,86. В качестве балластной нагрузки использовался водяной котел мощностью 18 кВт. ТЭНы общей мощностью 6 кВт в каждой фазе подключались к статорным обмоткам АД и фазам тиристор по го регулятора ТР|,

На основе разработанной микро-ГЭС мощностью 15 кВт был создан опытный образец микро-ГЭС. фотография которою показана на рисунке 8. В лаборатории проведены испытания работы ВК с АСГ различной мощности н скоростями вращения. Установлено, что для получения эффективной микро-ГЭС необходимо оптимально определить параметры водотока, размеры и число лопаток, параметры ВК. подобрать АД и рассчитать рабочие характеристики АСГ, выбрать редуктор и цепную передачу передаточного механизма.

По результатам исследования работы опытною образца микро-ГЭС

I - ПК диаметром .! м; 2 - ведущая шетдочка цепной передачи; з . редуктор: Т - АД: 5 - !>ЛУ )11-1; 6- >дектрокотед Рисунок 8 Опытный образец микро-ГЭС

Таблица 2 - Характеристики микро-ГЭС с ВК диаметром 5,5 м

Мощность, кВт Напор м Расход м'/с Номинальное напряжение В Номинальная частота, Гц КПД микро-ГЭС, %

номинальная максимальная статический рабочий фазное линейное

12,0 15,0 6,0-6,5 5,5 0,55 2зо 400^, 50 + 2,5 51

"Г Плоский затвор

Сбросная задвижка/

Рисунок 9 - Разрез по оси водовода плотины и здания завода

с использованием комплексной методики была разработана микро-ГЭС мощностью 12 кВт с ВК диаметром 5,5 м и одноканальной САУ, которая установлена и запущена в эксплуатацию на Колыванском камнерезном заводе им И И Ползунова в 2002 г Основные характеристики микро-ГЭС приведены в таблице 2 На рисунке 9 приведен разрез по оси водовода каменно-земляной плотины и здания завода Электроэнергию, вырабатываемую микро-ГЭС, используют для освещения здания завода Для стабилизации параметров вырабатываемой электроэнергии разработан и изготовлен блок автоматического управления электрической нагрузкой (БАУЭН-1)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена задача создания эффективных низконапорных автоматизированных микро-ГЭС с верхненаливными водяными колесами (ВК) и асинхронными самовозбуждающимся генераторами (АСГ) с автобалластными тиристорными системами стабилизации частоты и величины напряжения с фазовым регулированием Микро-ГЭС предназначены для электроснабжения автономных сельскохозяйственных потребителей небольшой мощности, характеризующихся территориальной разнесенностью, низким уровнем квалификации персонала, обслуживающего электроустановки, индивидуальным

характером электрических нагрузок, допускающих отклонение норм качества электроэнергии от ГОСТ 13109-97

По результатам исследований поданы две заявки (№ 2005133291/06(037270) и № 2005133292/06(037271)) на получение патентов РФ, на которые получены решения о выдаче от 18 января 2007 г

Основные результаты и выводы диссертации заключаются в следующем:

1 Обоснованы требования к качеству электроэнергии и эффективный вариант микро-ГЭС с ВК и АСГ с автобапластными системами автоматического управления (САУ) параметрами вырабатываемого напряжения на диапазоны водотоков с напорами от 1 до 6 м и расходами от 0,3 до 3,0 м7с для автономных сельскохозяйственных потребителей небольшой мощности

2 Разработаны основы проектирования низконапорных микро-ГЭС, позволяющие разрабатывать автономные автоматизированные электроустановки с индивидуальным характером электрической нагрузки по параметрам водотока и вырабатываемой электроэнергии

3 Теоретически и экспериментально обоснованы математическая модель автономного трехфазного АСГ и графо-аналитическая методика расчета его рабочих характеристик при переменной частоте статора и различных скоростях вращения ротора, позволяющая определить границу устойчивой работы генератора - - - -

Адекватность результатов расчета рабочих характеристик АСГ по разработанной модели подтверждена сравнением расчетных и экспериментальных данных, расхождение между которыми не превышает 5-8 %

4 Создана расчетная модель и методика, позволяющие определить диапазон и зависимость частоты вращения вала генератора от параметров ВК, напора и изменяющегося расхода водотока

5 Оптимальной САУ, удовлетворяющей требования сельскохозяйственных потребителей, является система, основанная на автобалластном способе стабилизации параметров вырабатываемой электроэнергии с помощью тиристорных преобразователей с фазовым регулированием

-мощности балластной нагрузки по отклонению напряжения от номинального значения,

-изменения напряжения на добавочных конденсаторах по отклонению частоты напряжения от номинальной величины

6 Разработаны САУ, обеспечивающие стандартные отклонения параметров напряжения от номинальных значений при изменении электрических нагрузок и расходов воды в широких диапазонах

7 Изготовлены и испытаны две одноканальные САУ БАУЭН-1 (блок автоматического управления балластной нагрузкой), автоматиче-

ски стабилизирующие величину напряжения, в составе опытного образца и промышленной микро-ГЭС

8 Испытания опытного образца микро-ГЭС с ВК диаметром 3 м в лаборатории гидротехнических сооружений, малых гидроузлов и микро-ГЭС кафедры ТГиВВ и промышленной микро-ГЭС с ВК 5,5 м мощностью 12 кВт на Колыванском камнерезном заводе им И И Пол-зунова и ее успешная работа в штатном режиме с августа 2002 г подтверждают адекватность разработанных математических моделей, соответствие экспериментальных данных расчетным, полученным по комплексной методике, эффективность и надежность разработанной конструкции микро-ГЭС

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1) Семкин, Б В Разработка систем управления "малой" энергетикой / Б В Семкин, П П Свит // Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов Тез докл к Третьей Междунар Конф Том II, часть I - Барнаул изд-во Алт гос техн ун-та, 1995 - С 118

2) Семкин, Б В Выбор типа электрогенератора для мини-ЭС / Б В Семкин, П П Свит // Научн - техн творч студ Сборник тез 53-й научн - техн конф студ, аспир и проф - препод состава Алт гос техн ун-та Часть 2, Барнаул изд-во Алт гос техн ун-та, 1996"-С 141-142

3) Семкин, Б В Использование возобновляемых энергоресурсов в малой энергетике / Б В Семкин, M И Стальная, П П Свит // Теплоэнергетика - 1996, № 2 - С 6-7

4) Семкин, Б В Факторы, определяющие работу систем управления микро-ГЭС / Б В Семкин, П П Свит // Научн - техн творч студ Сборник тез 54-й научн - техн конф студ , аспир и проф - препод состава Алт гос техн ун-та Часть 2 Барнаул изд-во Алт. гос техн ун-та - 1996 С 10-11

5) Свит, П П Ветроэнергетические установки Перспективы их использования / П П Свит, A M Касьянов // там же - С 12-13

6) Семкин, Б В Опытно-конструкторская разработка микро-ГЭС/ Б В Семкин, M И Стальная, П П Свит, Э J1 Пурдик // Охрана природы, гидротехническое строительство, инженерное оборудование Сборник тез докл научн - техн конф Часть 3 НГАС - Новосибирск -1996 С 126-127

7) Семкин, Б В Микро-ГЭС как автономный источник энергии / Б В Семкин, M И Стальная, П П Свит // Горы и человек в поисках устойчивого развития Тез докл на междунар научн - практ конф -Барнаул - НИИ Горного природопольз - 1996 - С 248-250

8) Семкин, Б В Проблемы использования микро-ГЭС на территории Алтайского края / Б В Семкин, А П Кротов, В M Иванов, П П

Свит // Проблемы энергетики и пути их решения Тез докл научн -техн семинара (Барселона) - Москва, 24-31 мая 1997 - С 49-50

9) Семкин, Б В Перспективы размещения малых и микро-ГЭС в предгорных районах Алтайского края и проблемы охраны окружающей среды в зонах их водохранилищ / Б В Семкин, В M Иванов, П П Свит, Т Ю Родивилина // Обской вестник - 1997, № 1 - С 55-66

10) Свит, П П Потребности людей и охрана окружающей среды / П П Свит, M А Лапшин // Сб тез докл 55-й научно-техн конф студентов, аспирантов, проф -препод состава АлтГТУ им И И Ползунова Ч 1, Барнаул изд-во Алт гос техн ун-та -1997-С 72

11) Семкин, Б В К вопросу о рациональном использовании автономных электростанций в труднодоступных районах / Б В Семкин, M И Стальная, П П Свит// Ползуновский альманах -1999, № 3 -С 99-103

12) Семкин, Б В Работа асинхронного генератора с приводным двигателем соизмеримой мощности / Б В Семкин, M И Стальная, П П Свит // Электрические станции - 2000, № 9 - С 51 -54

13) Свит, П П Стабилизация выходных параметров автономного асинхронного генератора / П П Свит, П H Манухин, К С Ашиток // Научно-техническое творчество молодежи Сб тез докл 58-й научно-техн конф студентов, аспирантов, проф -препод состава АлтГТУ им ИИ Ползунова Ч 1, Барнаул изд-во Алт гос техн ун-та-2000-С 144

14) Свит, П П Зависимость скорости развозбуждения самовозбуждающегося асинхронного генератора от параметров возбудителя и нагрузки / П П Свит // Научно-техническое творчество молодежи Сб тез докл 59-й научно-техн конф студентов, аспирантов, проф -препод состава АлтГТУ им ИИ Ползунова Часть 1, Барнаул изд-во АлтГТУ -2001 -С 103

15) Свит, П П К вопросу о напряжении развозбуждения асинхронного генератора /ПП Свит//там же - С 104

16) Свит, П П Автобалластная нагрузка в качестве регулятора электрических параметров асинхронных генераторов / П П Свит, А Р Книп-пенберг // Научно-техническое творчество молодежи Сб тез докл 59-й научно-техн конф студентов, аспирантов, проф -препод состава АлтГТУ им И И Ползунова Часть 1, Барнаул изд-во АлтГТУ -2001 -С 110

17) Овчинников, А А Исследование на модели водяного колеса Колыванского камнерезного завода / А А Овчинников, В M Иванов, П П Свит, Т А Никанорова Юбилейная 60-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и проф -препод состава, посвященная 60-летию АлтГТУ Часть 4, Барнаул изд -во АлтГТУ - 2002 (http //edu secna ru/main/review)

18) Иванов, В M Микро-ГЭС на базе гидротурбины с рабочим колесом от центробежного насоса / В M Иванов, А П Кротов, В H Юренков, П П Свит, Т Ю Родивилина, Г О Клейн, Д А Бычков, П В Иванова // Сб "Труды НГАСУ" - Новосибирск изд-во HГАСУ -2003, №4 - С 18-29

19) Семкин, Б В Малая энергетика - решение вопроса энергоснабжения Алтайского края / Б В Семкин, В М Иванов, П П Свит, Г О Клейн, ДА Бычков // Вестник алтайской науки эффективность и безопасность энергосбережения - Барнаул изд-во АлтГТУ-2004,№1 -С 62-109

20) Свит, П П Определение параметров схем замещения асинхронных двигателей небольшой мощности / П П Свит, Б В Семкин // Ползуновский альманах - 2004, № 3 - С 96-99

21) Семкин, Б В Микро-ГЭС на основе водоналивных колес и асинхронных самовозбуждающихся генераторов / Б В Семкин, П П Свит, В М Иванов // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт Часть 1 - Тобольск Новосиб Гос Акад Водн Трансп - 2004 (Труды второй международной научно-практической конференции, 811 сентября 2004 г ) С 334-340

22) Иванов, В М, Решение проблем малой гидроэнергетики Алтайского края / В М Иванов, Т Ю Родивилина, П П Свит, Г О Клейн, ДА Бычков, П В Иванова, А Ю Воронов//там же - С 361-366

23) Свит, П П Проектирование водоналивных колес для микро-ГЭС/ П П Свит // 62-я Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука и молодежь " Секция «Энергетика» - Барнаул изд-во АлтГТУ - 2004 - С 12-16 (http //edu secna ru/main/review)

24) Семкин, Б В Разработка систем автоматического управления асинхронными генераторами микро-ГЭС на основе водоналивных колес - развитие технической мысли XVIII в на Алтае в современных условиях / Б В Семкин, П П Свит, В М Иванов // Ползуновский альманах — 2006, № 1 -С 112-123

25) Семкин, Б В К вопросу о максимальном токе нагрузки асинхронного генератора микро-ГЭС / Б В Семкин, П П Свит // Вестник АлтГТУ им ИИ Ползу нова -2006, №2 - С 14-18 -180с

26) Свит, П П Расчет характеристик асинхронного генератора автономной микро-ГЭС / П П Свит, Б В Семкин, В М Иванов // Ползуновский вестник - 2007, № 1 (в печати)

Подписано в печать 19 04 2007 г Формат 60x84 1/16 Печать - ризография Уел п л 1,39

Тираж 100 экз Заказ 2007-30 Отпечатано в типографии АлтГТУ 656038, г Барнаул, пр-т Ленина, 46 Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД№ 28-35 от 15 07 1997 г

Введение.

Раздел 1. Проблемы, перспективы и особенности электроэнергетики на базе нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

1.1 Состояние электроэнергетики России и проблемы электроснабжения сельскохозяйственных потребителей в удаленных и децентрализованных районах.

1.2 Перспективы развития электроэнергетики на основе возобновляемой энергии Солнца, ветра, биомассы и малых рек.

1.3 Анализ показателей эффективности и особенности АЭЭС.

1.3.1 Схема типового блока АЭЭС.

1.3.2 Критерии оптимизации АЭЭС.

1.3.3 Особенности проектирования АЭЭС для электроснабжения потребителей небольшой мощности.

1.3.3.1 Выбор источников и преобразователей электроэнергии для АЭЭС

1.3.3.2 Выбор параметров электроэнергии АЭЭС.

1.3.3.3 Коммутаторы, системы защиты, управления и контроля АЭЭС.

1.3.4 Выбор генератора АЭЭС.

1.4 Выбор ВИЭ для автономной электростанции небольшой мощности.

1.4.1 Краткая характеристика ВИЭ Алтайского края и республики Алтай

1.4.2 Использование ВИЭ для выработки электроэнергии.

1.5 Обоснование выбора преобразователя энергии воды в механическую энергию вращательного движения вала генератора.

1.6 Анализ способов стабилизации параметров генерируемой электроэнергии микро-ГЭС. Выбор принципа работы системы автоматического управления асинхронным генератором.

1.7 Основные задачи диссертационной работы.

Раздел 2 Математическое моделирование и методики расчета основных узлов и элементов микро-ГЭС.

2.1 Расчётная модель водоналивного колеса, методика расчета и оптимизации его параметров.

2.1.1 Расчет конструктивных параметров водоналивного колеса.

2.1.2 Расчетная модель водоналивного колеса с водоудерживающим элементом.

2.1.3 Принципиальная блок-схема расчета и оптимизации параметров водоналивного колеса.

2.2 Асинхронный генератор как объект исследования.

2.2.1 Математическое описание асинхронного двигателя.

2.2.2 Аналитическая методика определения параметров схем замещения асинхронного двигателя.

2.2.3 Анализ схем замещения асинхронного самовозбуждающегося генератора.

2.2.4 Механизм самовозбуждения асинхронной машины.

2.2.5 Расчет емкости конденсаторов возбуждения по номинальным электрическим данным асинхронного двигателя.

2.2.6 Характеристики автономного асинхронного генератора.

2.2.7 Векторные диаграммы асинхронного генератора.

2.2.7 Математическая модель автономного трехфазного асинхронного генератора.

2.2.8 Графоаналитическая методика расчета рабочих характеристик автономного асинхронного генератора.

Раздел 3 Экспериментальное исследование работы асинхронного двигателя в генераторном режиме.

3.1 Экспериментальная установка для исследования работы асинхронного двигателя в генераторном режиме.

3.2 Методика исследования режимов работы автономного асинхронного генератора.

3.3 Исследование режимов возбуждения и развозбуждения АСГ.

3.3.1 Возбуждение и развозбуждение АСГ на холостом ходу.

3.3.2 Возбуждение и развозбуждение АСГ под нагрузкой.

3.4 Исследование работы АСГ с приводным двигателем соизмеримой мощности.

3.4.1 Нагрузочные характеристики АСГ.

3.4.2 Изучение зависимости характеристик АСГ от нагрузки и емкости конденсаторов возбуждения.

3.5 Исследование максимального тока нагрузки АСГ.

3.6 Характеристика холостого хода АСГ.

3.7 Сравнение экспериментальных и расчетных характеристик АСГ на базе асинхронного двигателя АИР 80А4СУ2.

Раздел 4 Разработка системы автоматического управления параметрами асинхронного генератора и комплексной методики расчета микро-ГЭС

4.1 Разработка системы автоматического управления.

4.1.1 Анализ систем автоматического регулирования напряжения асинхронного генератора.

4.1.2 Тиристорные регуляторы с фазовым управлением.

4.1.3 Выбор параметров регулирования для стабилизации амплитуды и частоты напряжения.

4.1.4 Описание блок-схемы системы автоматического управления.

4.1.5 Описание блока регулирования и управления напряжением.

4.1.6 Описание блока регулирования и управления частотой.

4.1.7 Описание блока защиты.

4.2 Создание методики комплексного расчета микро-ГЭС.

4.2.1 Методика расчета емкости конденсаторов возбуждения.

4.2.2 Комплексная методика расчета микро-ГЭС.

Раздел 5 Исследование работы микро-ГЭС в лабораторных и промышленных условиях.

5.1 Исследование работы опытного образца микро-ГЭС.

5.2 Натурные испытания микро-ГЭС на Колыванском камнерезном заводе

5.3 Блок автоматического управления электрической нагрузкой асинхронного генератора.

Актуальность работы. Экологическая ситуация, непрерывный рост территориально разнесенных и удаленных от электрических сетей сельскохозяйственных объектов небольшой мощности, располагающихся вблизи водных потоков с напорами от 1 до 6 м и мощностью от 1 до 100 кВт, ставят задачи создания недорогих и эффективных автономных автоматизированных микро-ГЭС с целью удовлетворения бытовых и производственных потребностей в электрической энергии. Высокая энергетическая плотность потоков воды, широкие возможности по регулированию их энергии и относительная временная стабильность режима стока большинства рек позволяют использовать простые и дешевые системы генерирования и стабилизации параметров производимой электроэнергии. Экстраполяция известных решений создания микро-ГЭС на область малых напоров и расходов водных потоков показала, что наиболее перспективными в указанном выше диапазоне являются электростанции с водоналивными колесами (ВК) и асинхронными самовозбуждающимися генераторами (АСГ). ВК просты по конструкции, имеют низкую стоимость, высокий коэффициент полезного действия (КПД), надежны и просты в эксплуатации, но использование их в качестве нерегулируемых гидродвигателей в микро-ГЭС значительно повышает требования к системе стабилизации величины и частоты вырабатываемого напряжения. Однако современные достижения в области электромашиностроения, конденсаторостроения, полупроводниковой и преобразовательной техники позволяют создавать надежные и недорогие автономные автоматизированные микро-ГЭС, обеспечивающие получение высококачественной электроэнергии при минимальных требованиях к гидродвигателю.

Разработка низконапорных микро-ГЭС с ВК и АСГ - задача комплексная, поэтому для создания электрооборудования микро-ГЭС требуется предварительное изучение диапазонов и динамики частоты вращения вала генератора применительно к возможностям ВК при различных расходах и напорах водотока. В связи с этим приобретают первостепенное значение вопросы исследования режимов работы и определения характеристик АСГ, построения систем автематического управления (САУ) параметрами электроэнергии для микро-ГЭС с эффективными ВК, проведения глубоких исследований рабочих режимов микро-ГЭС с учетом всех ее основных элементов.

Цель работы. Разработка основ проектирования автономных низконапорных автоматизированных микро-ГЭС с индивидуальным характером электрической нагрузки для сельскохозяйственных потребителей и отработка их на опытных образцах.

Основные задачи исследований:

1. Обоснование требований к качеству электроэнергии и гидроагрегатам с ВК и АСГ в сравнении с существующими, изыскание эффективных технических решений по составу и структуре автоматизированных низконапорных микро-ГЭС для автономных сельскохозяйственных потребителей небольшой мощности.

2. Разработка математических моделей, позволяющих определить диапазон и зависимость частоты вращения вала генератора от параметров ВК и водотока, рабочие характеристики АСГ, параметры схем замещения трехфазного асинхронного двигателя (АД) и ВК, а также комплексной методики расчета низконапорных микро-ГЭС по параметрам водотока и вырабатываемой электроэнергии.

3. Изучение принципов построения и разработка эффективных технических решений по составу и структуре систем автоматической стабилизации параметров электроэнергии, вырабатываемой автономной микро-ГЭС.

4. Проведение лабораторных и натурных испытаний микро-ГЭС с системами стабилизации параметров генерируемой электроэнергии.

Методы исследовании. Научные и практические результаты работы базируются на научных основах электротехники, теории электрических машин и нелинейной теории колебаний. В работе использовались математическое и физическое моделирование. Постановка, обоснование и обработка результатов экспериментов проводилась с применением теории планирования эксперимента.

Теоретические данные проверялись при испытаниях макетных, опытных и промышленных образцов микро-ГЭС и их элементов. Испытания проводились в научно-исследовательской лаборатории кафедры «Естествознание и системный анализ» (ЕиСА), лаборатории гидротехнических сооружений, малых гидроузлов и микро-ГЭС кафедры «Теплотехники, гидравлики, водоснабжения и водоотведе-ния» (ТГиВВ) Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, а также на Колыванском камнерезном заводе им. И.И. Ползунова.

Научная новизна работы.

1. Создана расчетная модель, позволяющая определить диапазон и зависимость частоты вращения вала генератора от параметров водоналивного колеса, напора и изменяющегося расхода водотока.

2. Разработана математическая модель автономного трехфазного асинхронного самовозбуждающегося генератора, основанная на уравнениях идеализированной асинхронной машины с постоянными коэффициентами совместно с уравнениями емкостной нагрузки, приведенной Г-образной схеме замещения и балансе мощностей.

3. Обоснована и создана комплексная методика расчета низконапорных автоматизированных микро-ГЭС по напору и расходу водотока и параметрам вырабатываемой электроэнергии.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Создано эффективное техническое решение по составу и структуре автоматизированных низконапорных микро-ГЭС на основе ВК и АСГ с автобалластной тиристорной системой фазного регулирования выходных параметров электрической энергии, что подтверждено патентом на изобретение РФ «Устройство для преобразования энергии воды в электроэнергию» (заявка № 2005133292/06 (037271), положительное решение от 18 января 2007 г.).

2. Разработаны основы проектирования низконапорных микро-ГЭС на базе ВК, АСГ и САУ параметрами вырабатываемой электроэнергии с целью создания недорогих, надежных и эффективных энергоустановок, предназначенных для электроснабжения автономных сельскохозяйственных потребителей небольшой мощности.

3. Разработаны схемы регуляторов амплитуды и частоты выходного напряжения АСГ на основе серийных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором общепромышленного использования, позволяющие поддерживать высокое качество электроэнергии в широком диапазоне изменения параметров водотока и электрической нагрузки.

4. Создано программное обеспечение для ЭВМ, позволяющее автоматизировать процессы проектирования и оптимизации параметров основных элементов микро-ГЭС, исходя из напора и расхода водотока и параметров вырабатываемой электроэнергии.

5. Разработаны, изготовлены и испытаны САУ параметрами электроэнергии, вырабатываемой микро-ГЭС, обеспечивающие режимы работы гидроагрегатов в соответствии с требованиями сельскохозяйственных потребителей.

6. Созданы опытный образец микро-ГЭС мощностью 4 кВт с ВК диаметром 3 м и действующая с 2002 г. на Колыванском камнерезном заводе им. И.И. Ползунова микро-ГЭС мощностью 12 кВт с ВК диаметром 5,5 м.

Работа выполнена в рамках решения ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)» и программы «Старт-05» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической среде. По результатам исследований получен патент РФ «Гидротурбина» (заявка № 2005133291/06 (037270), положительное решение от 18 января 2007 г.).

Достоверность полученных результатов обеспечена:

- достаточным объемом экспериментальных данных и их статистической обеспеченностью;

- использованием поверенной измерительной аппаратуры с достаточной для поставленных целей погрешностью;

- удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментальных данных, сопоставлением результатов, полученных разными методами, сравнением и согласованностью их с результатами литературных источников и их соответствием современным теориям электротехники, электрических машин и колебаний;

- результатами длительной эксплуатации в штатном режиме микро-ГЭС, разработанной по комплексной методике, предложенной в настоящей работе.

Основные положения, выноснмыс на защиту:

1. Микро-ГЭС на диапазоны водотоков с напорами от 1 до 6 м и расходами от 0,3 до 3,0 м3/с на основе ВК, АСГ на базе серийных трехфазных АД с короткозамкнутым ротором общепромышленного использования и автобалластными тиристорными системами стабилизации амплитуды и частоты напряжения с фазным регулированием, являющиеся эффективным техническим решением, позволяющим успешно конкурировать с другими энергоустановками для электроснабжения автономных сельскохозяйственных потребителей небольшой мощности.

2. Модели систем:

- математическая модель автономного трехфазного АСГ, основанная на уравнениях идеализированной AM совместно с уравнениями емкостной нагрузки, приведенной Г-образной схеме замещения и балансе мощностей;

- расчетная модель, устанавливающая взаимосвязь частоты вращения вала генератора с параметрами ВК, напором и изменяющимся расходом водотока.

3. Методика:

- аналитического расчета параметров схем замещения АД по справочным данным, не требующего экспериментального определения характеристик холостого хода и короткого замыкания;

- графо-аналитического расчета рабочих характеристик АСГ при переменной частоте статора и различных скоростях вращения ротора, которая позволяет определить границу устойчивой работы генератора.

4. Комплексная методика расчета микро-ГЭС для малых напоров и расходов водных потоков, подтвержденная результатами экспериментов, натурных испытаний и длительной эксплуатацией микро-ГЭС в штатном режиме.

Личный вклад автора состоит в реализации основных задач исследований, в том числе в обосновании состава и структуры микро-ГЭС и САУ, в разработке математических моделей и методик расчета, в создании необходимой технической документации образцов, в организации и выполнении лабораторных и заводских испытаний, а также в планировании и проведении экспериментов, в анализе и обобщении результатов исследований, формулировке выводов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: на Третьей Международной конференции «Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов», Барнаул, 1995 г.; Научно-технической конференции студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава Алтайского государственного технического университета, Барнаул, 1996 г., 2000 г., 2001 г.; 2002 г., 2004 г.; Научно-технической конференции «Охрана природы, гидротехническое строительство, инженерное оборудование», Новосибирск, 1996 г.; Международной научно-практической конференции «Горы и человек: в поисках устойчивого развития», Барнаул, 1996 г.; Региональной научно-практической конференции «Малая энергетика Новосибирской области. Современное состояние и перспективы развития», Новосибирск, 2003 г.; Второй международной научно-практической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт», Тобольск, 2004 г., IX Ползуновских чтениях, Барнаул, 2006 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 26 печатных работ, из них 3 - в центральной печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка использованной литературы из 109 наименований и 7 приложений. Работа изложена на 246 страницах машинописного текста, содержит 82 рисунка, 14 таблиц.

Основные результаты и выводы диссертации заключаются в следующем:

1. Обоснованы требования к качеству электроэнергии и эффективный вариант микро-ГЭС с ВК и АСГ с автобалластными системами автоматического управления (САУ) параметрами вырабатываемого напряжения на диапазоны водотоков с напорами от 1 до 6 м и расходами от 0,3 до 3,0 м /с для автономных сельскохозяйственных потребителей небольшой мощности.

2. Разработаны основы проектирования низконапорных микро-ГЭС, позволяющие разрабатывать автономные автоматизированные электроустановки с индивидуальным характером электрической нагрузки по параметрам водотока и вырабатываемой электроэнергии.

3. Теоретически и экспериментально обоснованы математическая модель автономного трехфазного АСГ и графо-аналитическая методика расчета его рабочих характеристик при переменной частоте статора и различных скоростях вращения ротора, позволяющая определить границу устойчивой работы генератора.

Адекватность результатов расчета рабочих характеристик АСГ по разработанной модели подтверждена сравнением расчетных и экспериментальных данных, расхождение между которыми не превышает 5-8 %.

4. Создана расчетная модель и методика, позволяющие определить диапазон и зависимость частоты вращения вала генератора от параметров ВК, напора и изменяющегося расхода водотока.

5. Оптимальной САУ, удовлетворяющей требования сельскохозяйственных потребителей, является система, основанная на автобалластном способе стабилизации параметров вырабатываемой электроэнергии с помощью тиристорных преобразователей с фазовым регулированием:

- мощности балластной нагрузки по отклонению напряжения от номинального значения; изменения напряжения на добавочных конденсаторах по отклонению частоты напряжения от номинальной величины.

6. Разработаны САУ, обеспечивающие стандартные отклонения параметров напряжения от номинальных значений при изменении электрических нагрузок и расходов воды в широких диапазонах.

7. Изготовлены и испытаны две одноканальные САУ БАУЭН-1 (блок автоматического управления балластной нагрузкой), автоматически стабилизирующие величину напряжения, в составе опытного образца и промышленной микро-ГЭС.

8. Испытания опытного образца микро-ГЭС с ВК диаметром 3 м в лаборатории гидротехнических сооружений, малых гидроузлов и микро-ГЭС кафедры ТГиВВ и промышленной микро-ГЭС с ВК 5,5 м мощностью 12 кВт на Колыванском камнерезном заводе им. И.И. Ползунова и ее успешная работа в штатном режиме с августа 2002 г. подтверждают адекватность разработанных математических моделей, соответствие экспериментальных данных расчетным, полученным по комплексной методике, эффективность и надежность разработанной конструкции микро-ГЭС.

1. Ушаков В.Я. История и современные проблемы электроэнергетики и высоковольтной электрофизики. Томск: Изд-во ТПУ. - 2003. - 220 с.

2. Безруких П.П. Концепция развития и использования возможностей малой и нетрадиционной энергетики в энергетическом балансе России // Мировая электроэнергетика. 1996, №3. - С. 22-27.

3. Стребков Д.С. Проблемы развития возобновляемой энергетики // Мехнизация и электрофикация сельского хозяйства. 1997, № 6. - С. 4-8.

4. Новая энергетическая политика России / Под ред. Ю.К. Шафранника. М.: Энергоатомиздат. 1995. - 85 с.

5. Бекаев Л.С., Марченко О.В., Пинегин С.П. и др. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию. Новосибирск: Наука. 2000.

6. Доброхотов В.И., Шпильрайн Э.Э. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Проблемы и перспективы // Теплоэнергетика. 1996, № 5. - С. 2-9.

7. Кадыков Ю.М., Селивахин А.И. Концепция развития энергосберегающих технологий, малой и нетрадиционной энергетики // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1997, №6. - С. 2 - 3.

8. Перминов Э.М. О состоянии и перспективах нетрадиционной электроэнергетики // Энергетик. 1998, № 10. - С. 13 - 14.

9. Котлер В. Проблема загрязнения атмосферы оксидами азота на тепловых электростанциях России //Мировая электроэнергетика. 1996, №2. - С. 38-52.

10. Перминов Э.М. Освоение нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в России // Мировая электроэнергетика. — 1995, №2. С. 43-48.

11. Муругов В.П., Пинов Н.Б. Расширение сферы использования энергии возобновляемых источников // Техника в сельском хозяйстве. —1996, №2. С. 17-19.

12. Шпильрайн Э.Э. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии // Энергия: эконом., техн., экол. 1997, № 5. - С. 6 - 15.

13. Шпильрайн Э.Э. Проблемы и перспективы возобновляемой энергии в России // Материалы Пятого Международного Форума «Высокие технологии 21 века». http://www.hitechno.ru14. http://www.intersolar.ru

14. Стребков Д.С. Концепция и пути развития энергетики сельского хозяйства // Техника в сельском хозяйстве. 1996, №6. - С.2-8.

15. Сборник докладов на Всероссийском Энергетическом Форуме «ТЭК России в XXI веке». Актуальные вопросы и стратегические ориентиры, Москва, 18-19 декабря 2002 г. 162 с.

16. Шакарян 10., Алексеев Б. Развитие ветроэнергетики в России // Мировая электроэнергетика. 1996, №3. - С. 47-48.

17. Панцхава Е.С. Техническая биоэнергетика // Сб. новое в жизни, науке, технике. Сер. «Техника». М.: Знание. - 1990, №12. - 64 с.

18. Мастепанов A.M. О первоочередных мерах по реализации Энергетической стратегии России на период до 2020 года // Экономика и финансы электроэнергетики. 2001, № 1. - С. 172 - 180.

19. Тарнижевский Б.В., Резниковский А.Ш. Оценка масштабов использования возобновляемых источников энергии в электроэнергетике России на период до 2015 года.// Изв. АН, Энергетика. 1997, № 4. - С. 72-80.

20. Бут Д.А. Синтез автономных электроэнергетических систем // Электричество. 1994, № 1. - С. 1-17.

21. Атрощенко В.А., Григораш О.В., Ланчу В.В. современное состояние и перспективы развития систем автономного электроснабжения // Промышленная энергетика. 1995, №5. - С. 33-36.

22. Григораш О.В. Современное состояние и перспективы применения асинхронных генераторов в автономной энергетике. // Промышленная энергетика. 1995, №3. - С.29-32.

23. Лукутин Б.В., Сипайлов Г.А. Использование механической энергии возобновляемых природных источников для электроснабжения автономных потребителей. Фрунзе: Изд-во «Илим». - 1987. - 136 с.

24. Синдеев И.М., Савелов А.А. Системы электроснабжения воздушных судов. М.: Транспорт. - 1990.

25. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины М.: Высшая школа. - 1990.

26. Бут Д.А., Мизюрин С.Р. Системы генерирования электроэнергии летательных аппаратов.-М.: Изд. Московского авиационного института. 1982.

27. Веников В.А., Карташев И.И., Федченко В.Г. Применение статических источников реактивной мощности в электрических системах // Известия Академии наук СССР. Энергетика и транспорт. 1980, №3. - С. 127-132.

28. Накопители энергии / Д.А. Бут, Б.Л. Алиевский, С.Р. Мизюрин и др. Под ред. Д.А. Бута. — М.: Энергоатомиздат. 1991.

29. Микроэлектронные электросистемы / Ю.И. Конев, Г.Н. Гулякович, К.П. Полянин и др. Под ред. Ю.И. Конева М.: Радио и связь. - 1987.

30. ГОСТ 4.171-85 Система показателей качества продукции. Турбогенераторы, гидрогенераторы, синхронные компенсаторы и их системы возбуждения.

31. ГОСТ 18953-73 Источники питания электрические ГСП. Основные параметры. Технические требования.

32. ГОСТ 216171-82 Электроагрегаты и электростанции бензиновые. Общие технические условия.

33. Оборудование для малых ГЭС // Int. Water Power and Dam Const. -1986, 38, №4. -C. 41-50.

34. Карелин В.Я., Волшаник B.B. Сооружения и оборудование малых гидроэлектростанций. -М.:Энергоатомиздат. 1986. - 199 с.

35. Костырев М.Л., Штанов А.Н., Мотовилов, Тупиков А.С., Желоховцев С.К. Асинхронные генераторы в составе микрогидроэлектростанций. // Электротехника. 1991, № 4. - С. 18-22.

36. Бояр-Созонович С.П. Асинхронные генераторы. Свойства и перспективы. // Электротехника. 1990, № 10. - С. 55-58.

37. Лукутин Б.В., Обухов С.Г., Шандарова Е.Б. Автономное электроснабжение от микрогидроэлектростанций. Томск: STT. -2001. - 120 с.

38. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. / под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т. 1. М.: Энергоатомиздат - 1988. - 456 с.

39. Лукутин Б.В., Обухов С.Г., Шандарова Е.Б. Способы повышения качества выходного напряжения микрогидроэлектростанции с тиристорным автобалластом // Промышленная энергетика. 2000, №8. - С.49-52.

40. Лукутин Б.В., Обухов С.Г. Выбор способа регулирования микрогидроэлектростанций с автобалластной нагрузкой // Гидротехническое строительство. 1990, №7. - С.33-35.

41. Лукутин Б.В., Обухов С.Г., Озга А.И. Выбор параметров цифрового регулятора частоты автономной микрогидроэлектроснанции // Гидротехническое строительство. 1992, №9. - С.40-43.

42. Вишневский Л.В., Пасс А.Е. Системы управления асинхронными генераторными комплексами. Одесса: Изд-во "Лыбидь" при Киев, ун-те. -1990.- 168 с.

43. Бохян С.К., Яламов В.Ф. Высокоскоростныеасинхронные генераторы в автономных стабилизированных источниках питания // Электротехника. -1981, №2.-С. 20-22.

44. Андреев А.Е., Бляшко Я.И., Елистратов В.В., Кубышкин Л.И., Кудряшова И.Г., Масликов В.И., Савин Д.М. и др. Гидроэлектростанции малой мощности: Учеб. Пособие / Под. Ред. Елистратова В.В. Спб.: Изд-во Политехи. Ун-та.-2005. 432 с.

45. Энциклопедия Алтайского края: в двух томах. Барнаул: Алт. кн. изд-во.-1995.-Т.1 -368 с.

46. Сидоренко М.Н. География Алтайского края. Барнаул: Алт. кн. изд-во.- 1974.-96 с.

47. Камбалов Н.А. Природа и природные богатства Алтайского края. -Барнаул: Алт. кн. изд-во. 1952.

48. Алтайский край: информационное обозрение. Баранул: «Пресс-фонд». - 1993. - 16 с.50. http://human-earth.narod.ru/main.html

49. Ветроэнергетика США // Мировая электроэнергетика. 1996, №2. -С.32-35.

50. Возможности совместной выработки электроэнергии на ВЭУ и ГЭС // Мировая электроэнергетика. 1996, №3 - С.27-28.

51. Малая гидроэнергетика./ Под ред. Л.П. Михайлова. М.: Энергоатомиздат. 1989.

52. Гидроэнергетические установки./ Под ред. Д.С. Щавелева. Л.: Энергоиздат. -1981.-518с.

53. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии./ Под ред.П.П. Безруких. СПб.: Наука. 2002. - 314 с.

54. Gerald Muller, Klemens Kauppert. Old watermills Britain's new source of energy? // New civil engineer international. - 2003, March. - P. 20-28.

55. Смирнов И.Н. Гидравлические турбины и насосы. Учебное пособие для энергетических и политехнических вузов. М.: "Высшая школа". 1969.-400 с.

56. Паршаков Е.А. Экономическое развитие общества. (Концепция кооперативного социализма). Историческое исследование. -http://parshakov.com/

57. Техническая энциклопедия. Вода вращает колесо. http://tehno/claw.ru

58. Сто великих изобретений. Гидротурбина. http://savelaleksandr.ru/index/html62. http://whitemill.org/z028.htm

59. Беспалов В.Я., Алиев И.И., Клоков Ю.Б. Асинхронный генератор с гарантированным самовозбуждением // Электричество. 1997, № 7. -С.43-45.

60. Алиев И.И., Беспалов В.Я., Чернов P.O. Переходные режимы асинхронного генератора с гарантированным самовозбуждением при симметричной нагрузке// Электротехника. 1999, № 9. - С.53-55.

61. Лукутин Б.В. Способы стабилизации параметров электроэнергии автономных микрогидроэлектростанций // Мех. и электрификация сельского хозяйства. 1987, №8. - С. 42-44.

62. Лукутин Б.В. Стабилизация напряжения автономных микрогидроэлектростанций // Техника в сельском хозяйстве. 1989, №2. — С. 22-24.

63. Пивоваров В.А. Проектирование и расчет систем регулирования гидротурбин. Л.: Машиностроение, 1973. -273 с.

64. Карелин В.Я., Волшаник В.В. Сооружения и оборудование малых гидроэлектростанций. -М.: Энергоатомиздат. 1986. - 199 с.

65. Патент 456330 (США). Способ регулирования генератора и/или устройство для регулирования генератора.

66. Патент 4417194 (США). Асинхронная генераторная система с переключаемым емкостным регулированием.

67. Патент 0098047 (ЕПВ). Электрическая система регулирования.

68. Патент 2548845 (Фр.). Способ и устройство стабилизации частоты переменного тока в автономном генераторе с переменным режимом нагрузки, приводимым в действие природным потоком.

69. Патент 2909069 (ФРГ). Способ и устройство для подсоеди-нения и отсоединения нагрузки в условиях неполной нагрузки преобразователя ветряной энергии.

70. Патент 4511807 (США) Регулирующая система для электрического генератора.

71. Патент 4095120 (США). Регулирование нагрузки электрических генераторов с ветряным приводом.

72. Харкевич А.А. Автоколебания. М.: Государственное издательство технико-технической литературы. 1953.

73. Alp.Partnun, St. Antonien. Микро-ГЭС // Hassler Erwin. Elektrotechnik, Schweiz. 1985, 36, №12. - P. 49-51.

74. Петров И.И., Мейстель A.M. Специальные режимы работы асинхронного электропривода. М., Энергия, 1968. -264 с.

75. Карасев Б.В. Гидравлика, основы сельскохозяйственного водоснабжения и канализации: учеб. Пособие для вузов по спец. 1205 «С.-х. стр-во». Минск: ВШ, 1983. - 285 с.

76. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1980. - 976 с.

77. Торопцева Н.Д. Асинхронные генераторы автономных систем. М., Изд-во «Машиностроение. - 1998. - 290 с.

78. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / под ред. Л.Г. Миконянца. 4 изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат. - 1984. - 240 с.

79. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. В 2 ч. Ч. 2. Машины переменного тока. Изд. 3, перераб. Л.: Энергия. - 1973. - 648 с.

80. Петров Г.Н. Электрические машины. В 2 ч. Ч. 2. Асинхронные и синхронные машины. М.-Л.: Госэнергоиздат - 1963.-416 с.

81. Постников И.М., Адаменко А.И. О параметрах схемы замещения и точной круговой диаграмме асинхронной машины. // Электричество. — 1956, № 12.-С. 25-28.

82. Тембель П.В., Геращенко Г.В. Справочник по обмоточным данным электрических машин и аппаратов. 3-е изд., перераб. - К.: Техника. - 1981. - 480 с.

83. Петриков Л.В., Корначенко Г.Н. Асинхронные электродвигатели: Обмоточные данные. Ремонт. Модернизация / Справочник. М.: Энергоатомиздат. — 1988. - 496 с.

84. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик и др. — Энергоатомиздат. 1982.

85. Кунцевич П.А., Прохорова Г.А. Использование серийных асинхронных машин в генераторном режиме. // Электричество. 1994, №6. - С. 45-49.

86. Самовозбуждение и самораскачивание в электрических системах/ Анисимова Н.Д., Веников В.А., Долгинов А.И., Федоров Д.А. М.: Высшая школа. - 1964. -256с.

87. Бохян С.К. Экспериментальное исследование самовозбуждения индукционного генератора. Электротехника. - 1967, №11.

88. Нетушил А.В. К расчету режимов самовозбуждения автономного асинхронного генератора // Электричество. 1978, № 4. - С. 51-53.

89. Китаев А.В., Орлов И.Н. О физическом механизме самовозбуждения асинхронной машины // Электричество. 1978, № 4. - С. 47-51.

90. Поляк Н.А. Инженерный метод расчета зоны асинхронного самовозбуждения асинхронной машины. «Электричество», 1956, №11.

91. Нетушил А.В., Листвин B.C. Автономный асинхронный генератор как нелинейная автоколебательная система // Изв. вузов. Электромеханика. -1977, №5.

92. Чиликин М.Г., Соколов М.М., Терехов В.М., Шинявский А.В. Основы автоматизированного электропривода. Учеб пособие для вузов. М., Энергия, 1974.-568 с.

93. Кюрегян С.Г., Ткаченко A.M. Расчет рабочих характеристик автономного трехфазного асинхронного генератора // Электротехника. 1966, № 11.-С. 20-22.

94. Алюшин Г.Н., Торопцев Н.Д. Асинхронные генераторы повышенной частоты. М.: Машиностроение. - 1974. - 347с.

95. Голыгин А.Ф., Ильяшенко Л.А Устройство и обслуживание электрооборудования промышленных предприятий: Учеб. пособ. для сред. ПТУ. М.: Высш.шк. - 1986. - 207 с.

96. Бояр-Созонович С.П. Стабилизация напряжения асинхронного генератора путем бесконтактного включения добавочных конденсаторов возбуждения. // Энергетика и электрификация. 1990, № 3. - С.26-28.

97. Бояр-Созонович С.П. Стабилизация напряжения автономного асинхронного генератора с варикондным звеном при переменной частоте вращения. // Электротехника. 1991, № 5. - С. 23-25.

98. Бояр-Созонович С.П. Специальное применение асинхронных генератораторов. //Электричество. 1992, № 6-7. - С. 2-7.

99. ЮЗ.Кицис С.И., Белоусов П.Л. Метод стабилизации выходного напряжения асинхронного самовозбуждающегося генератора. // Известия вузов. Энергетика. 1991, №7.-С.50-53.

100. Костырев М.Л, Штанов А.Н. Математическое моделирование асинхронного генератора с тиристорным регулированием. // Электричество. — 1992, №2.-С. 45-48.

101. Лищенко А.И., Лесник В.А., Фаренюк В.А. Математическая модель автономной энергоустановки с асинхронным генератором и регулируемой емкостной системой возбуждения. // Техническая электродинамика. 1989, №6.-С. 81-88.

102. Вишневский Л.В. Модуляция напряжения в системе дискретного регулирования возбуждения асинхронного генератора. // Электротехника. — 1989, №9. с. 38-40.

103. Бояр-Созонович С.П. Стабилизация величины напряжения асинхронного генератора при переменной частоте вращения // Техническая электродинамика. 1989, №5. - С. 73-78.

104. Приводы машин: справочник / В.В. Длоугий, Т.И. Муха, А.П. Цупиков, Б.В. Януш; Под общ. Ред. В.В. Длоугого. 2-е изд., перераб и доп. -Л.: Машиностроение, Ленинград. - 1982. - 383 с.

105. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя: В 3 т. Т.2. 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.И. Жестковой. — М.: Машиностроение. -2001.-920 с.

106. РОСПАТЕНТ Федеральное государственное учреждение «Федеральный институт 2 промышленной собственности

107. Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам»

108. ФГУ ФИПС) Пережковская наб., 30, корп. 1, Москва, Г-5У,ГС11-5,123995 Телефон 240- 60-15. Телекс 114818 ПДЧ. Факс 2.14- 30- 581. На№ от

109. Наш № 2005133291/06(037270)

110. При переписке просим ссыпаться на помер чаявки и сообщить дату получения донной корреспонденции1.в ннв mi1. Oil ЕЛ ОГ,1. Форма № 01 И3-2005 10.(74)656049, г.Барнаул, ул. Чернышевского, 55, кв.4, ООО НИИ МГЭL

111. ПАТЕНТА НА ИЗОБРЕТЕНИЕ (21) Заявка № 2005133291/06(037270) (22) Дата подами заявки 28.10.2005

112. Дата начала отсчета срока действия патента 28.10.2005

113. Дата начала рассмотрения международной заявки на национальной фаче

114. Номер (32) Дата подачи (33) Код Пунктпервой(ых) заявки первой(ых) заявки страны формулы1.

115. Заявка № РСТ/ (96) Заявка № ЕА

116. Номер публикации и дата публикации заявки РСТ

117. Автор(ы) Иванов В.М., Родивилина Т.Ю., Сёмкип Б.В., Блинов А.А., Иванова П.В., Свит П.П., Клейн Г.О., RU

118. Патентообладатель(и) Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт малой гидроэнергетики" (ООО "НИИ МГЭ"), RU

119. Название изобретения Гидротурбина01 \063105см. на обороте)2

120. Адрес для переписки с патентообладателем или его представителем, который будетопубликован в официальном бюллетене .х. указан на лицевой стороне решения

121. Адрес для направления патента .х. укачан на лицевой стороне решенияуказан в графе «Адрес для переписки с патентообладателем.»

122. Кривченко Г.И., Гидравлические машины: Турбины и насосы, Учебник для вузов, Москва, Энергия, 1978, с. 43.

123. При публикации сведений о выдаче патента будет использовано описание в первоначальной редакции заявителя.

124. При публикации сведений о выдаче патента будут использованы первоначальные чертежи.