На правах рукописи

БАРАКИН Николай Сергеевич

ПАРАМЕТРЫ ОБМОТКИ СТАТОРА И РЕЖИМЫ

АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА, ПОВЫШАЮЩИЕ КАЧЕСТВО

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ

Специальность: 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар – 2014

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

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Богатырев Николай Иванович

Официальные оппоненты: Пахомов Виктор Иванович доктор технических наук, старший научный сотрудник ГНУ «Северо-Кавказский научноисследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства»

Россельхозакадемии, директор Кобозев Владимир Анатольевич кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет», кафедра «Электроснабжения и эксплуатации электрооборудования», доцент

Ведущая организация: Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет» (г. Зерноград)

Защита состоится 02 июля 2014 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д220.038.08 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, КубГАУ, корпус факультета энергетики и электрификации, ауд. № 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Кубанский ГАУ» http://kubsau.ru/

Автореферат разослан «» 2014 года 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, Курасов Владимир Станиславович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Проблема рационального использования почв в Краснодарском крае заключается в улучшении мониторинговых исследований, разработке и внедрении технологий, адаптивных к природным условиям региона, обеспечивающих воспроизводство плодородия почв.

В связи с этим разработана нормативная база в виде постановления правительства, федерального закона и концепции развития сельских территорий.

Улучшения качества, сокращение сроков проведения почвенного мониторинга, ведущего к сокращению стоимости обследования, невозможно без применения новейшего электрооборудования, что диктует новые требования к автономным источникам питания.

Включение однофазных токоприемников к трехфазным автономным источникам соизмеримой мощности – это особый режим для генератора, требующий дополнительных исследований для определения оптимальной конструкции статорной обмотки. С учетом специфики электрооборудования почвенноэкологической лаборатории существует необходимость в разработке автономного источника питания с асинхронным генератором, который будет находиться в передвижной лаборатории и питать необходимое однофазное и трехфазное электрооборудование.

Работа выполнена по плану НИР Кубанского ГАУ ГР 01.2006.06851 – раздел 27.1 (2006 - 2010 гг.); № ГР 01.2011.53641 раздел – 27.4 (2011 - 2015 гг.).

Рабочая гипотеза – используя нагрузочную диаграмму подключений электрооборудования для технологического процесса анализа почвы в полевых условиях и учитывая требования к качеству электроэнергии для данного электрооборудования можно разработать асинхронный генератор автономного источника с особой конструкцией обмотки статора для электроснабжения однофазного и трехфазного электрооборудования почвенно-экологической лаборатории.

Целью работы является обоснование и разработка параметров обмотки статора асинхронного генератора, позволяющей рационально использовать габарит электрической машины и обеспечивающей максимальную загрузку асинхронного генератора с нормированным качеством электрической энергии при питании однофазного и трехфазного электрооборудования почвенно- экологической лаборатории для оперативных мониторинговых исследований почвы в полевых условиях.

Задачи исследования:

1. Определить состав электрооборудования для проведения исследования почвы в полевых условиях, смоделировать график электрических нагрузок почвенно-экологической лаборатории и обосновать параметры асинхронного генератора автономного источника электропитания.

2. На основе современной матричной теории разработать шестизонную обмотку статора, позволяющую рационально использовать габарит электрической машины и обеспечивающую максимальную загрузку асинхронного генератора с нормированным качеством электрической энергии при питании однофазного и трехфазного электрооборудования почвенно-экологической лаборатории.

3. Разработать математическую модель асинхронного генератора и проверить ее работоспособность в пакете MathСad с серийной, автотрансформаторной и шестизонной обмоткой статора при включении несимметричной однофазной и трехфазной нагрузки.

4. Рассчитать, изготовить и провести лабораторные исследования экспериментального образца асинхронного генератора с шестизонной обмоткой и сравнить с характеристиками генератора с серийными обмотками.

5. Провести сопоставление теоретических и экспериментальных данных степени стабилизации напряжения асинхронного генератора с серийной, автотрансформаторной и шестизонной обмоткой статора.

6. Выполнить технико-экономическое обоснование эффективности применения асинхронного генератора с шестизонной обмоткой для питания электрооборудования почвенно-экологической лаборатории.

Объект исследования – электрооборудование почвенно-экологической лаборатории, графики электрических нагрузок, асинхронный генератор с шестизонной обмоткой статора с конденсаторным возбуждением, схемы регулирования и стабилизации напряжения асинхронного генератора.

Предмет исследования – внешние и регулировочные характеристики асинхронных генераторов, электромагнитные и конструктивные параметры обмоток статора и их влияние на качественные характеристики асинхронных генераторов, компьютерные модели асинхронных генераторов.

Методы исследования базируются на теории электромеханики, системного анализа, математического и компьютерного моделирования, матричной теории формирования схем обмоток статора, на учете воздействия параметров обмоток статора и ротора на магнитное состояние асинхронных генераторов.

Компьютерное моделирование выполнено в программных продуктах MathCad.

Экспериментальные исследования асинхронных генераторов выполнены на специальном испытательном стенде, запатентованном Кубанским ГАУ.

Научную новизну работы составляют:

1. Математические модели асинхронного генератора с серийной, автотрансформаторной и шестизонной обмотками статора для определения внешних характеристик при несимметричном подключении однофазной и трехфазной нагрузки.

2. Методика определения рациональной мощности асинхронного генератора по графикам электрических нагрузок при случайной однофазной и трехфазной переменной нагрузке, создаваемой электрооборудованием почвенноэкологической лаборатории.

3. Параметры шестизонной обмотки статора, полученные методом фазной модуляции, позволяющие рационально использовать габарит электрической машины и обеспечивающие максимальную загрузку асинхронного генератора с нормированным качеством электрической энергии при питании однофазных и трехфазных электропотребителей.

Практическая значимость работы заключается:

- в результатах сравнительных испытаний существующих автономных источников с синхронными и асинхронными генераторами;

- в выборе электрифицированного лабораторного оборудования для проведения почвенного анализа в полевых условиях и инженерной методике расчета необходимой мощности автономного генератора по электрическим нагрузкам и установлению требований к автономному генератору (свидетельство на программный продукт № 2012615763);

- в разработке методики расчета обмоток статора и их параметров с использованием емкости конденсаторов возбуждения с учетом размагничивающего действия короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного генератора, позволяющей проектировать новые и модернизировать существующие источники электроэнергии;

- в новых технических решениях для стабилизации напряжения асинхронных генераторов (патенты № 2373630, 2457612); генераторных установок и источников питания (патенты № 2332772, 2332773, 2332779, 2336151, 2356709);

новой схеме двухполюсной обмотки статора (патент № 2475927);

- в экспериментально полученных внешних и регулировочных характеристиках образцов асинхронного генератора с шестизонной обмоткой для рационального использования габарита асинхронного генератора, адаптированного для питания трехфазного и однофазного электрооборудования почвенно- экологической лаборатории;

- в технико-экономическом обосновании эффективности применения асинхронного генератора с шестизонной обмоткой для питания электрооборудования почвенно-экологической лаборатории.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований реализованы в экспериментальных образцах асинхронных генераторов. Материалы исследований применяются в учебном процессе на факультете энергетики и электрификации Кубанского ГАУ и научной деятельности Всероссийского научно- исследовательского института риса.

Апробация работы. Основные положения и выводы диссертации доложены и одобрены на ежегодных научных конференциях Кубанского ГАУ (2007-2013 гг.); на ежегодных Всероссийских научно-практических конференциях молодых ученых «Научное обеспечение АПК» (2008-2013 гг.); на 6-й Международной научно-практической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» ГНУ ВИЭСХ (г. Москва, 2008 г.);

Международном конгрессе (г. Санкт-Петербург, 2009 г.); Всероссийских научно-практических конференциях (г. Ставрополь, 2010 и 2012 гг.).

Публикации результатов работы. Основные положения работы опубликованы в 31 печатной работе, в том числе 10 патентах РФ на изобретения, статьях, опубликованных в изданиях из перечня ВАК и одном свидетельстве на программный продукт.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения с обоснованием задач исследований, 4 глав, основных выводов по работе, списка литературы, включающего 171 наименование и приложения. Общий объем диссертации составляет 191 страницу машинописного текста, включая 86 рисунков, таблиц, 61 страницу приложений.

На защиту выносятся:

- математические модели асинхронного генератора с серийной, автотрансформаторной и шестизонной обмотками статора для определения внешних характеристик при несимметричном подключении однофазной и трехфазной нагрузки;

- методика определения рациональной мощности асинхронного генератора по графикам электрических нагрузок при случайной однофазной и трехфазной переменной нагрузке, создаваемой электрооборудованием почвенно- экологической лаборатории;

- результаты математического анализа МДС известных схем обмоток статора и разработанной шестизонной обмотки, позволяющей рационально использовать габарит электрической машины и обеспечивающей максимальную загрузку асинхронного генератора при питании однофазных и трехфазных электропотребителей;

- результаты сравнительных испытаний существующих автономных источников с синхронными и асинхронными генераторами;

- результаты расчета параметров автотрансформаторных и шестизонных обмоток и емкости конденсаторов возбуждения с учетом размагничивающего действия реактивной составляющей тока ротора при нагрузке;

- экспериментально полученные внешние и регулировочные характеристики образцов асинхронного генератора с шестизонной обмоткой с нормированным качеством электрической энергии для рационального использования габарита асинхронного генератора, адаптированного для питания однофазного и трехфазного электрооборудования почвенно- экологической лаборатории;

- технико-экономическое обоснование эффективности применения асинхронного генератора с шестизонной обмоткой для питания электрооборудования почвенно-экологической лаборатории.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе рассмотрен технологический процесс, выбрано электрооборудование лаборатории, применяемое при почвенном мониторинге, выполнен анализ существующих автономных источников, схем стабилизации напряжения и систем возбуждения асинхронных генераторов.

Установлено, что существенное влияние на формирование графика нагрузок для почвенно-экологической лаборатории оказывает случайный фактор включения электроприемника. Последовательность проведения почвенного мониторинга не описана в нормативных документах, поэтому возможны различные варианты включения электроприемников.

Используя данные технологического процесса отбора и экспресс анализа почвы, задавался временной период и вероятное время работы каждого электроприемника и его потребляемая мощность. Для расчета мощности подключаемого электрооборудования и выбора мощности генератора (рисунок 1) разработана и опробована программа, получено свидетельство № 2012615763.

Рисунок 1 – Зависимость вероятности включения электрооборудования от подключаемой мощности По этим данным, в соответствии с принципом практической уверенности, с вероятностью 0,95 мощность однофазной и трехфазной нагрузки находиться в интервале 1,8-3,2 кВт, а наиболее вероятная мощность составляет 2,5 кВт.

Для выбора и обоснования источника тока, руководствуясь требованиям ГОСТ Р 54149-2010 по нормам качества электрической энергии, выполнены сравнительные испытания синхронных генераторов (СГ): ГАБ–4Т/230, ПСГСи Endress ESE 40 BS. При включении однофазной активной- индуктивной нагрузки 5 А к генератору ГАБ–4Т/230 в ненагруженной фазе увеличивается напряжение до 274 В, а коэффициент несинусоидальности достигает 17 %. При дальнейшем увеличении нагрузки асимметрия напряжений возрастает.

В генераторе ПСГС-6,25 (напряжение номинальное 220/127 В) с системой регулирования возбуждения при подключении нагрузки 20 А, что является 1,2Iн, наблюдалось в ненагруженной фазе увеличение фазного напряжения до 155 В и искажение формы напряжения. В СГ без системы регулирования возбуждения при подключении нагрузки 20 А - наблюдалось уменьшение напряжения на нагрузке до 60 В и искажение формы напряжения.

Таким образом, испытания показали, что при подключении однофазных потребителей к синхронным генераторам, которые имеют явно выраженные роторы, возникает проблема симметрирования напряжения на других фазах.

Это подтверждает актуальность применения асинхронного генератора (АГ) в качестве источника питания.

Обзор литературных источников показал, что среди российских ученых наибольшее число публикаций и патентов по исследованию асинхронных генераторов в различных режимах имеют: Алюшин Г.Н., Балагуров В.А., Богатырев Н.И., Богдан А.В., Ванурин В.Н., Вронский О.В., Григораш О.В., Джендубаев А.-З.Р., Зубков Ю.Д., Кицис С.И., Лесник В.А., Лищенко А. И., Оськина А.С., Торопцев Н.Д., Фаренюк А.П., Фильц Р.В. и другие авторы.

На внешние характеристики АГ существенно влияют электрические и конструктивные параметры обмоток статора. Современные приемы формирования обмоток статора позволяют расширить поиск способов для повышения энергетической эффективности асинхронных генераторов при их эксплуатации в режимах трехфазных и однофазных нагрузок.

В этой связи выбор наиболее рациональных схем обмоток АГ и оптимизация их электромагнитных параметров – важнейший этап разработки и создания АГ небольшой мощности для автономных источников питания.

Во второй главе на основании современной теории формирования статорных обмоток с фазной модуляцией МДС определена обмотка статора с фазной зоной 1200, диаметральным шагом и четным количеством фазных зон.

Применение автотрансформаторных обмоток статора дают определенные преимущества (рисунок 2). Различное подключение конденсаторов к обмотке статора позволяет регулировать возбуждение АГ в некоторых пределах. В варианте схемы автотрансформаторной обмотки с шагом у = 15 в одних и тех же пазах статора можно расположить проводники разного сечения катушек последовательной части и общей части обмотки, при этом степень использования габарита снижается пропорционально коэффициенту трансформации.

Для двухполюсной обмотки, ввиду диаметрального расположения сторон катушек, в слое речь может идти только о фазной модуляции - изменением фазы токов во вторых частях по принципу кругового перемещения трехфазных токов ( и - смещение фазных обмоток и смещение частей в каждой фазной обмотке).

Статорную обмотку можно представить и в виде (разбитой на шесть зон) шестизонной (рисунок 3, фазные токи возбуждения на участках представлены результирующими векторами). При указанной схеме включении конденсаторов коэффициент распределения обмотки равен kр = 2/, а коэффициент трансформации по отношению к ЭДС на выводах «В» и на выводах «Н» составляет 2/1,732. Схема токов двух слоев эквивалентна схеме токов слоя. Дифференциальное рассеяние обмотки то же, что и для однослойной обмотки максимального распределения. Этот вывод справедлив и для двухполюсной обмотки укороченного шага. Последовательное соединение катушечных групп позволяет применить к обмотке термин «кольцевая» обмотка статора.

F = Fm/2 [sin(t - 2/3 - x ) + sin(t - 2/3 + x ) + sin(t - x + ) + sin(t + x - ) + sin(t - 4/3 - x + 2/3) + sin(t - 4/3 + x - 2/3) + sin(t - 2/3 - x + 2/3 + ) + sin(t - 2/3 + x - 2/3 - ) + sin(t - x + 4/3) + sin(t + x sin(t - 4/3 - x + 4/3 + ) + sin(t - 4/3 + x - 4/3 - )] = Fm/ [sin(t - x - 2/3) + sin(t + x - 2/3) + sin(t - x + ) + sin(t + x - ) + (1) sin(t - x - 2/3) + sin(t + x) + sin(t - x + ) + sin(t + x - 4/3 - ) + sin(t - x + 4/3) + sin(t + x - 4/3) + sin(t - x + ) + sin(t + x - 2/3 - )] = Fm /2 [3sin(t - x - 2/3) + 3sin(t - x + )] = 3/2Fm [sin(t - x - 2/3) + sin(t - x + )] = 3Fm[sin(t - x - /3 + /2) · cos(- /3 - /2)] = 3Fm [sin(t - x - /3 + /2) · cos(/3 + /2)].

Рисунок 3 – Схема и векторная диаграмма четырехполюсной обмотки При выполнении обмотки с шириной фазной зоны 1200 результат модуляции МДС при = -600 и = 2/3:

3Fm[sin(t - x - /3 + /2) cos(/3 + /2)] = 3Fm sin(t - x + 900) cos300.

Получена математическая модель асинхронного генератора с серийной, автотрансформаторной и шестизонной обмоткой (рисунок 4). Математическое моделирование выполнено для исследования параметров обмоток статора и их влияние на стабилизирующие свойства асинхронного генератора при несимметричном подключении однофазной и трехфазной нагрузки.

Известная математическая модель идеализированной трехфазной обобщенной электрической машины была преобразована для автотрансформаторной схемы асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором в заторможенной системе 3-фазных координат, с учетом геометрического смещения частей фазной обмотки на угол.

С учетом общепринятых допущений, исходя из схемы замещения, обмотка статора описывается следующими дифференциальными уравнениями:

Так как испытания проводились на специализированном стенде, в котором приводным двигателем является двигатель постоянного тока независимого возбуждения, то для адекватности моделирования рассматривается система двигатель постоянного тока – асинхронный генератор – нагрузка (рисунок 5).

Рисунок 5 – Принципиальная схема для математического моделирования асинхронного генератора с автотрансформаторной шестизонной обмоткой Матрица индуктивностей и взаимных индуктивностей запишется как В модели показан процесс самовозбуждения АГ при емкости возбуждения 45 мкФ с подключенной однофазной нагрузкой одинаковой мощности 0, кВт, затем на фазе В увеличивается нагрузка до 1,1 кВт, при этом напряжение по фазам падает от 138 В на холостом ходу до 120 В, ток якоря приводного двигателя увеличивается до 33 А, момент на валу в связи с увеличением отбираемой мощности увеличился с 19 до 27 Н м, а частота вращения уменьшилась, причем при появлении несимметричного режима появляется значительная переменная составляющая на валу, о чем свидетельствует колебание частоты вращения, а следовательно, и частоты тока ±0,1 Гц. Необходимо отметить, что отклонение напряжения меньше с шестизонной обмоткой, чем в случаях с другими типами обмоток до 4 %. Так как мощность, передаваемая АГ, постоянна во всех случаях, то меньшее значение тока якоря объясняется снижением электрических потерь за счет выполнения разным сечением провода обмотки статора шестизонной обмотки (рисунок 6).

В третьей главе приведены результаты сравнительных расчетов асинхронных генераторов с различными схемами статорных обмоток и испытаний асинхронного генератора с шестизонной обмоткой.

В ходе расчетов было выявлено, что увеличение расчетной индукции в воздушном зазоре, следовательно и потока, позволяет уменьшить степень размагничивания токов ротора, а также и тока нагрузки, но при этом в большей степени возрастает намагничивающий ток, что в свою очередь увеличивает электрические потери. Кроме этого, при значительном насыщении магнитной цепи, магнитопровод становится источником высших гармоник потока, при этом наиболее выраженной является третья гармоника. ЭДС от третьей гармоники может быть причиной появления контурных токов в статорной обмотке (при соединении фаз обмотки в треугольник) или в определенной степени исказить симметрию фазных ЭДС (при соединении фаз обмотки в звезду).

Рисунок 6 – Фрагмент переходного процесса по результатам математического моделирования асинхронного генератора с шестизонной обмоткой Таблица 1 – Результаты сравнительных расчетов Автотрансформаторная Шестизонная автотрансформаторная На начальном этапе испытание экспериментального образца АГ выполнено в режиме АД (рисунок 7).

Цель - проверить работоспособность разработанной обмотки, определить потери холостого хода, короткого замыкания. Для режима АГ с самовозбуждением получены необходимые внешние характеристики для подтверждения данных, полученных при моделировании и теоретических расчетах (рисунки 8,9).

Исследование АГ в режиме конденсаторного возбуждения проводится при постоянной и переменной частоте вращения. В качестве регулируемой нагрузки применялись угольный реостат и индукционный регулятор на базе АД с фазным ротором. Режимы работы фиксировались поверенными приборами и анализатором качества электроэнергии Ресурс-UF2M-3Т52-5-100-1000.

Рисунок 8 – Характеристика холостого хода АГ в режиме АД: 1 – быстрое снижение напряжения на статоре; 2 – плавное снижение напряжения на статоре, а); и в режиме самовозбуждения от конденсаторов, б) Для того чтобы оценить стабилизирующие свойства асинхронного генератора с шестью фазными зонами проведен сравнительный эксперимент. К АГ подключалась однофазная нагрузка со схемами серийной обмотки звездой, автотрансформаторной звездой и с шестизонной обмоткой.

Эксперимент показал, что при подключении однофазной электроплиты кВт отклонение напряжение от номинального значения соответственно составило:

-19,8 %, -10,8 % и -7,9 %. (рисунок 10).

Это свидетельствует, что стабилизация напряжения при однофазной нагрузке АГ с шестизонной обмоткой выше на 2,9 % чем с автотрансформаторной обмоткой и на 11,9 % при использовании серийной обмотки.

Для проверки сходимости математической модели расчетные зависимости отклонения напряжения от подключаемой однофазной мощности к асинхронному генератору с обмоткой соединенной звездой и шестизонной обмоткой, емкость возбуждения соответственно 160 и 38 мкФ, сравнивались с экспериментально полученными – сходимость результатов до 4 %. (рисунок 11).

В математической модели рассчитаны коэффициенты нулевой и обратной последовательности. Результаты расчета показали, что при использовании шестизонной обмотки, в сравнении с автотрансформаторной обмоткой, эти коэффициенты меньше на 6 %. С серийной обмоткой, соединенной звездой, это значение достигает 17,5 %. Экспериментально получены данные коэффициентов нулевой и обратной последовательности на выводах В1-В2-В3, которые не превышают 4 % при подключении однофазной нагрузки на выводы В1-Н3, В2-Н1, В3-Н2 мощностью до 0,8 кВт.

В четвертой главе определены показатели экономической эффективности от внедрения асинхронного генератора с шестизонной обмоткой статора автономного источника в почвенно-экологическую лабораторию. При сотрудничестве разработчиков с серийным производителем с учетом кредита в 900 тыс.

руб. чистый дисконтированный доход составит 300 тыс. руб. при норме дисконта 15% и уровне инфляции 8 %.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Получены графики нагрузок выбранного электрифицированного оборудования почвенно-экологической лаборатории, которые показывают возможные случайные включения нагрузки. По этим данным, в соответствии с принципом практической уверенности, с вероятностью более чем 0,05 максимальная мощность однофазной нагрузки не превышает 3,2 кВт, а наиболее вероятная мощность однофазной и трехфазной нагрузки составляет 2,5 кВт.

2. Разработана методика повышающая точность расчета и получено свидетельство на программу для ЭВМ по определению оптимальной мощности асинхронного генератора при случайной переменной нагрузке, создаваемой электрооборудованием почвенно-экологической лаборатории.

3. Получена математическая модель асинхронного генератора с серийной, автотрансформаторной и шестизонной обмоткой. Компьютерное моделирование показало, что в нагружаемой фазе до 0,9 кВт наблюдается отклонение напряжения со схемой серийной обмотки: до – 25,4 %, с автотрансформаторной обмоткой: до – 7,1 % и с шестизонной обмоткой: до – 3,0 %.

4. Разработана новая шестизонная обмотка для рационального использования габарита электрической машины, обеспечивающая максимальную загрузку асинхронного генератора с нормированным качеством электрической энергии при питании однофазного и трехфазного электрооборудования. Установлено, что при подключении однофазной нагрузки мощностью 1,1 кВт отклонение напряжения с этой обмоткой ниже на 2,9 % в сравнении с автотрансформаторной обмоткой и на 11,9 % в сравнении с серийной обмоткой.

5. Определены основные параметры экспериментальной шестизонной четырехполюсной двухслойной обмоткой на базе асинхронного двигателя 4A100S4 с длиной статора l=110 мм.: ширина фазной зоны 120° с диаметральным шагом у = 9, обмоточный коэффициент k 0,637, соотношение ЭДС на выводах E1 / E2 3.

6. Экспериментальные исследования показали сходимость теоретических и экспериментальных данных: при однофазной нагрузке 1,1 кВт отклонение напряжения в нагружаемой фазе с шестизонной обмоткой – 3 %, а экспериментально получено значение – 7,9 %. При подключении несимметричной трехфазной нагрузки общей мощностью 2413 Вт и емкостью возбуждения 60 мкФ получено отклонение напряжения на трехфазных выводах генератора из опыта – до 7%, из расчета – до 5,4 %.

7. Получены новые технические решения для стабилизации напряжения асинхронных генераторов (патент RU № 2356709, 2457612); генераторные установки и источники питания (патент RU № 2332772, 2332773, 2332779, 2336151); новая схема двухполюсной статорной обмотки (патент RU № 2475927).

8. Технико-экономическое обоснование эффективности применения асинхронного генератора с шестизонной обмоткой для питания электрооборудования почвенно-экологической лаборатории показало, что при серийном производстве таких автономных источников и затратах на НИОКР в 1126 тыс.

руб., чистый дисконтированный доход составляет 300 тыс. руб., срок окупаемости – 3,04 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Баракин Н.С. Методика определения электромеханических характеристик асинхронного генератора / Н.И. Богатырев, Я.А. Ильченко, Н.С. Баракин, А.В.

Вронский // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - №6. С. 20-21.

2. Баракин Н.С. Методика расчета автономного источника на повышенную частоту тока / Н.И. Богатырев, Я.А. Ильченко, Н.С. Баракин, А.О. Григораш – Труды Кубанского государственного аграрного университета. - Вып. № 1(10). – Краснодар, 2008. – С. 209–215.

3. Баракин Н.С. Структурный анализ сельскохозяйственных электротехнологических установок и выбор источников для их автономного электропитания / Н.И. Богатырев, А.С. Оськина, Я.А. Ильченко, Н.С. Баракин, А.В. Вронский – Труды Кубанского государственного аграрного университета. - Вып. № 6(21). – Краснодар, 2009. – С. 22 –232.

4. Баракин Н.С. Методика расчета и результаты лабораторных испытаний асинхронного генератора с модулированной обмоткой статора / Н.И. Богатырев, О.В. Вронский, Я. А. Ильченко, Н.С. Баракин – Труды Кубанского государственного аграрного университета. - Вып. № 3(24). - Краснодар, 2010. – С. 164-168.

5. Баракин Н.С. Асинхронные генераторы для питания сварочной дуги / Н.И.

Богатырев, А.С. Креймер, Н.С. Баракин // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2011. - №73(09). - Шифр Информрегистра: 0421100012\0360. Режим доступа:

09//pdf/52./p28. asp 6. Баракин Н.С. Синтез обмоток статора для асинхронных генераторов и двигателей / Н.И. Богатырев, В.Н. Ванурин, Н.С. Баракин, Д.Ю. Семернин // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2011. Шифр Информрегистра: 04201000012/0116. - Режим доступа:

http://ej.kubagro.ru/2011/10//pdf/74./p26. asp.

7. Баракин Н.С. Исследование асинхронного генератора / В.Н. Ванурин, Н.И.

Богатырев, Н.С. Баракин, Д.Ю. Семернин // Техника в сельском хозяйстве. – 2013. - №5. - С. 29-31.

Статьи в сборниках научных трудов, материалах научных конференций и 8. Баракин Н.С. Обоснование многофункционального автономного источника с синхронным генератором / Н.С. Баракин // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: Материалы I Всероссийской науч. – практ. конф. молодых ученых. – Краснодар, 2007. – С. 299-300.

9. Баракин Н.С. Источники питания сварочной дуги с асинхронными генераторами / Н.И. Богатырев, Н.С. Баракин, Я.А. Ильченко // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: Труды VI Междунар. науч. – техн.

конф. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2008. – С. 277-282.

Баракин Н.С. Выбор системы автономного электропитания для мобильных электротехнологических установок в растениеводстве / Н.И. Богатырев, Н.С. Баракин, А.В. Вронский, С.А Шмагайло // Технические и технологические системы: Материалы междунар. науч. техн. конф. – Краснодар, 2009. - С. 140-145.

11. Баракин Н.С. Анализ и обоснование новой схемы инверторного источника питания сварочной дуги / Н.С. Баракин, Н.И. Богатырев // Научное обеспечение АПК: Материалы III Всероссийской науч.- практ. конф. молодых ученых. – Краснодар, 2009. – С. 329-330.

Баракин Н.С. Новые схемы генераторов для ветро- и гидроэлектростанций малой мощности / Н.И. Богатырев, Н.С. Баракин, Я.А. Ильченко, М.И. Потешин: Материалы Международного агропромышленного конгресса. СПб.: Ленэкспо – С. 78.

Баракин Н.С. Обоснование системы автономного электропитания мобильных электротехнологических установок для защиты садов. / Н.И. Богатырев, Н.С. Баракин, П.П. Екименко, Я.А. Ильченко // Технические и технологические системы: Материалы междунар. науч. техн. конф. – Краснодар, 2009. С. 145-149.

Баракин Н.С. Многофункциональный источник питания электротехнологических установок в АПК / Н.С. Баракин, Н.И. Богатырев // Журнал: Университет: наука, идеи и решения. – Краснодар: КубГАУ, 2010. - №2- С. 125 - 126.

Баракин Н.С. Элементы систем автономного электроснабжения мобильных электротехнологических процессов в АПК / Н.И. Богатырев, П.П. Екименко, Я. А. Ильченко, Н.С. Баракин // Новые технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности с использованием электрофизических факторов и озона: Сборник научных трудов по материалам всероссийской науч.- практ.

конф. – Ставрополь, 2010. – С. 3-10.

16. Баракин Н.С. Автономный источник с асинхронным генератором для проведения анализа почвы в полевых условиях / Н.С. Баракин, О.Н. Ковалева // Научное обеспечение АПК: Материалы V Всероссийской науч. – практ. конф.

молодых ученых. – Краснодар, 2011. – С. 401-403.

Баракин Н.С. Работа асинхронного генератора параллельно с сетью / Н.И.

17.

Богатырев, Н.С. Баракин, Д.Ю. Семернин и др. // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: Сборник научных трудов по материалам международной науч.- практ. конф. – М.: 2012. – С. 162 - 168.

Баракин Н.С. Результаты лабораторных исследований АГ с двухслойной 18.

обмоткой и шириной фазной зоны 120° / Н.И. Богатырев, Н.С. Баракин, Д.Ю.

Семернин, В.Н. Ванурин // Актуальные проблемы энергетики АПК: Материалы IV Международной науч.-практ. конф. – Саратов, 2013. – С. 19-24.

Баракин Н.С. Обоснование генератора для системы автономного электроснабжения / Н.И. Богатырев, Н.С. Баракин, М.И. Потешин // Технические и технологические системы: Материалы V Международной науч.- практ. конф. – Краснодар, КубГАУ, 2013. – С. 21-25.

Патент RU 2332772, МПК Н02К 19/38 Синхронный генератор / Богатырев 20.

Н.И., Григораш О.В., Баракин Н.С. и др. заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2007120543; Заявл. 01.06.07; Опубл. 27.08.08; Бюл. № 24. – 5 c.

Патент RU 2332773, МПК Н02К 19/38 Автономный бесконтактный синхронный генератор / Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Григораш А.О., Баракин Н.С. заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2007120541/09 (022374); Заявл. 01.06.07; Опубл. 27.08.08; Бюл. № 24. – 4 c.

Патент RU 2332779, МПК Н02P 9/46 Автономный источник электрической энергии / Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Ильченко Я.А., Баракин Н.С., Григораш А.О. заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2007120542; Заявл. 01.06.07; Опубл. 27.08.08; Бюл. № 27. – 3 c.

Патент RU 2336151, МПК B23K 9/10 Автономный источник питания сварочной дуги / Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Ильченко Я.А., Баракин Н.С., Ковалев Д.Н. заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2006146460; Заявл.

25.12.06; Опубл. 20.10.08; Бюл. № 29. – 3 c.

Патент RU 2356709, МПК В23К 9/10 Источник питания сварочной дуги / 24.

Богатырев Н.И., Баракин Н.С., Вронский О.В., Власенко Е.А., Григораш А.О.

заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2007142899/02; Заявл. 19.11.07;

Опубл. 27.05.09; Бюл. № 15. – 6 c.

Патент RU 2373630, МПК Н02P 9/46 Устройство для регулирования и 25.

стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора / Богатырев Н.И., Баракин Н.С., Вронский А.В. и др. заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2007140615; Заявл. 31.03.08; Опубл. 20.11.09; Бюл. № 32. – 7 c.

Патент RU 2429193, МПК C01B 13/11 Озонатор / Богатырев Н.И., Григулецкий В.Г., Баракин Н.С. и др. (РФ) заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2010101429; Заявл. 18.01.2010; Опубл. 20.09.11; Бюл. № 26. – 8 c.

Патент RU 2447015, МПК C01B 13/11 Устройство для производства озона 27.

/ Богатырев Н.И., Баракин Н.С., Вронский О.В. и др. (РФ) заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2009129801; Заявл. 03.08.2009; Опубл. 10.04.12; Бюл.

№ 10. – 7 c.

Патент RU 2457612, МПК H02P9/46 Устройство для регулирования и стабилизации напряжения многофункционального автономного асинхронного генератора / Богатырев Н.И, Баракин Н.С., Григораш А.О. и др. (РФ) заявитель и патентообладатель КубГАУ. – № 2011110023; Заявл. 16.03.2011; Опубл.

27.07.2012; Бюл. № 21. – 7 c.: ил.

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 29.

№2012615763 Расчет мощности генератора по вероятности подключения электрических нагрузок / Богатырев Н.И., Баракин Н.С., Нетребко Д.С. (РФ) заявитель и патентообладатель КубГАУ - № 2012613255; Заявл. 24.04. 2012; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 22.06.2012.

Патент RU 2475927, МПК H02K 17/14 Двухполюсная статорная обмотка 30.

асинхронного генератора / Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Баракин Н.С. и др.

(РФ) заявитель и патентообладатель Кубанский госагроуниверситет. – № 2010131644; Заявл. 27.07.10; Опубл. 20.02.2013; Бюл. № 5. – 7 c.

Barakin N.S. “Calculation method and laboratory test results for the induction 31.

generator with modulated stator winding”, / N.I. Bogatyrev, O.V. Vronsky, Ya.A.

Ilchenko., N.S. Barakin // Kybernetik@ – 2013. - № 10. - С. 28-35.