На правах рукописи Трансформатор для устройств электронагрева Специальность 05.09.01. – Электромеханика и электрические аппараты

Купить бумажную книгу и читать

• Название:На правах рукописи Трансформатор для устройств электронагрева Специальность 05.09.01. – Электромеханика и электрические аппараты

• Автор:Кузьмин Вячеслав Матвеевич

• Издатель: ВНИИФТИ “Дальстандарт”, г. Хабаровск.

• Год: 2002

• Формат: pdf

• Страниц: 43

• Размер: 1,04mb

Актуальность проблемы. Производство тепловой энергии, как средство соз-

дания необходимых комфортных условий возникло в древнейшие времена и с тех пор

является спутником человека на пути цивилизованного развития. Поэтому одной из

наиболее важных и сложных проблем в развитии экономики является проблема энерго-

сбережения, повышения эффективности производства тепловой энергии. В настоящее

время горячее водоснабжение и обогрев жилых и промышленных помещений в круп-

ных городах и промышленных центрах осуществляется с помощью таких источников

тепловой энергии, как ТЭЦ, в небольших городах и поселках - с помощью котельных и

печного отопления. Особенно остро стоит проблема получения тепла в небольших на-

селенных пунктах и фермерских хозяйствах, удаленных от тепломагистрали жилых

зданиях. Традиционные источники тепловой энергии обладают рядом существенных

недостатков: низкий КПД, определенные сложности в доставке тепла потребителю и

т.д. Необходимость строительства ТЭЦ и котельных в непосредственной близости от

потребителя ухудшает экологическую обстановку в жилых микрорайонах. Поэтому

представляет значительный интерес получение горячей воды и непосредственный

обогрев таких объектов с помощью электронагрева, реализация которого не требует

значительных капиталовложений, строительных работ и постоянного обслуживающего

персонала.

Наиболее распространенными типами электронагревательных устройств явля-

ются установки, выполненные на основе трубчатых нагревательных элементов (ТЭН),

электродные электроводонагреватели, электронагреватели с открытыми тепловыде-

ляющими элементами и установки индукционного нагрева. Основными недостатками

этих видов электроприборов являются их низкая надежность и недостаточный уровень

безопасности в эксплуатации. Устранение указанных недостатков может быть достиг-

нуто путем использования электронагревательных устройств трансформаторного типа.

Они представляют собой понижающий трансформатор, первичная обмотка которого

подключена к сети, а вторичная обмотка замкнута накоротко и является тепловыде-

ляющим элементом.

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка теории и создание

новых видов трансформаторов для устройств электронагрева, обеспечивающих улуч-

шение эксплуатационных показателей децентрализованных систем горячего водоснаб-

жения и отопления.

В соответствии с указанной целью ставятся следующие задачи:

- разработка принципов формирования электронагревательных устройств на

основе трансформаторов с короткозамкнутой вторичной обмоткой;

- анализ электромагнитных и тепловых процессов, разработка методик проек-

тирования, определения параметров, электромагнитных и тепловых нагрузок, энерге-

тических показателей;

- создание комплекса программ для расчета и проектирования трансформато-

ров с короткозамкнутой вторичной обмоткой, предназначенных для работы в качестве

нагревательного элемента;

- выявление особенностей работы электронагревательных устройств в децен-

трализованных энергетических системах, разработка методов и устройств для питания

и управления электронагревательными устройствами трансформаторного типа;

- выполнение комплекса работ по созданию, экспериментальному исследова-

нию и освоению серийного производства новых типов электронагревательных уст-

ройств трансформаторного типа.

Методы исследований. Исследования проводились с использованием аналити-

ческих и численных методов расчета электромагнитных и тепловых полей, теории

электрических цепей, теории обобщенного электромеханического преобразователя

энергии, теплофизики, теории подобия, теории планирования эксперимента, физиче-

ского моделирования, современных методов экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые выполнен комплекс

теоретических и экспериментальных исследований, обеспечивающий создание и ос-

воение серийного производства широкого спектра электронагревательных устройств

трансформаторного типа, в частности:

- впервые разработаны принципы построения и предложены новые конструк-

ции нагревательных элементов трансформаторного типа, обеспечивающих повышен-

ный класс электробезопасности и высокую надёжность в эксплуатации;

- выявлены особенности работы трансформаторов с короткозамкнутой вто-

ричной обмоткой в качестве нагревательных элементов;

- разработаны новые математические модели для анализа тепловых и элек-

тромагнитных процессов, учитывающие особенности конструкции и режимы работы

как однофазных, так и трёхфазных трансформаторов, используемых в качестве нагре-

вательных элементов;

- разработаны методики проектирования, определения рабочей частоты, пара-

метров, размерных соотношений, электромагнитных и тепловых нагрузок трансформа-

торов с короткозамкнутой вторичной обмоткой, используемых в качестве нагреватель-

ного элемента трансформаторного типа;

- впервые сформулированы требования, предъявляемые к автономным систе-

мам энергообеспечения на основе нагревательных элементов трансформаторного типа,

и разработаны принципы формирования таких систем;

- выявлены особенности работы электронагревательных устройств трансфор-

маторного типа в децентрализованных энергетических системах, разработаны методы

управления и устройства для питания электронагревательных устройств трансформа-

торного типа;

- в результате исследований выработаны рекомендации по использованию и

проектированию специальных видов трансформаторов с короткозамкнутой вторичной

обмоткой для установок электронагрева.

- показана эффективность использования трансформаторов с короткозамкну-

той вторичной обмоткой в качестве нагревательных элементов. Впервые предложены и

реализованы в масштабах серийного производства конструкции новых нагревательных

устройств с нагревательными элементами трансформаторного типа мощностью от 0,5

до 200 кВт.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Принципы формирования электронагревательных устройств на основе

трансформаторов с короткозамкнутой вторичной обмоткой и новые конструкции на-

гревательных элементов трансформаторного типа, обеспечивающие высокие показате-

ли безопасности и надёжности в эксплуатации;

2. Основы теории электромагнитных и тепловых процессов, протекающих в

трансформаторах с короткозамкнутой вторичной обмоткой, работающих в качестве на-

гревательного элемента; комплекс программно-реализованных математических моде-

лей для анализа электромагнитных и тепловых процессов, расчета и проектирования.

3. Комплекс теоретических и экспериментальных исследований электронагре-

вательных устройств трансформаторного типа.

4. Результаты создания и серийного производства электронагревательных уст-

ройств трансформаторного типа, а также децентрализованных систем энергообеспече-

ния на их основе.

Практическая ценность работы заключается в решении крупной научно-

технической задачи по созданию нового энергетического оборудования для систем го-

рячего водоснабжения и отопления, отвечающего современным требованиям и соот-

ветствующего уровню лучших мировых образцов, разработке и исследовании новых

конструкций нагревательных элементов на основе трансформаторов с короткозамкну-

той вторичной обмоткой, создании методик и алгоритмов электромагнитных и тепло-

вых расчётов предложенных устройств и реализации их в виде пакетов прикладных

программ, ориентированных на использование современных ЭВМ, разработке реко-

мендаций по выбору электромагнитных нагрузок и размерных соотношений для проек-

тирования однофазных и трёхфазных трансформаторов с короткозамкнутой вторичной

обмоткой различной мощности, создании макетных образцов и освоении серийного

производства электронагревательных устройств на основе нагревательных элементов

трансформаторного типа.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной рабо-

ты докладывалось и получило одобрение на Всесоюзной научно–практической конфе-

ренции "Развитие и размещение производственных сил, и транспортное обеспечение

Дальневосточного экономического региона на период до 2005 года", г. Хабаровск,

1984г.; конференции «Автоматизация электроприводов и оптимизация режимов элек-

тропотребления», г. Красноярск, 1985г.; научно-технических совещаниях в ЛитНИИ

строительства и архитектуры, г. Каунас, 1986г.; Госплане Литовской ССР, г. Вильнюс,

1986г.; ВНИИЭТО, г. Москва, 1986г.; ВИТ, г. Запорожье, 1988г., 1990г.; межведомст-

венной комиссии МЭТП, ВНИИ «Информэлектро», г. Москва, 1986г.; четырех дальне-

восточных региональных научно-практических конференциях "Совершенствование

электрооборудования и средств автоматизации технологических процессов промыш-

ленных предприятий", г. Комсомольск-на-Амуре, 1986г., 1989г., 1992г., 1995г.; конфе-

ренции по итогам выполнения МРНТП “Дальний Восток России” за 1993-1996 гг., г.

Комсомольск-на-Амуре, 1996г.; научно-технической конференции «Механика твердого

тела», г. Комсомольск-на-Амуре, 1997г.; Всесоюзной научно-технической конференции

«Энергосберегающее электрооборудование для АПК», г. Москва, 1990г.; Республикан-

ской научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи и ма-

шинно-вентильные системы», г. Томск, 1991г.; трех Международных научно-

технических симпозиумах «Научное и научно-техническое обеспечение экономическо-

го и социального развития Дальневосточного региона», г. Комсомольск-на-Амуре,

1993г., 1994г., 1999г.; региональной научно-технической конференции “Повышение

эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири”, г. Иркутск,

1994г.; 3-й Международной конференции "Новые энергетические системы и преобра-

зование энергии" (NESSC'97), г. Казань 1997г.; Международной научно-технической

конференции «Синергетика 2000. Самоорганизующиеся процессы в системах и техно-

логиях», г.Комсомольск-на-Амуре, 2000г.; Международной научно-технической кон-

ференции «Электромеханические преобразователи энергии», г. Томск, 2001г.; Между-

народной научно-технической конференции «Проблемы энергосбережения. Теплооб-

мен в электротермических и факельных печах и топках», г. Тверь, 2001г.; научно-

технических семинарах электротехнического факультета Комсомольского-на-Амуре

государственного технического университета, 1984-2001г.; научно-техническом семи-

наре кафедры электромеханики Томского политехнического университета, 2002г.

Реализация работы осуществлена в рамках межвузовской региональной науч-

но-технической программы «Научно-технические и социально-экономические пробле-

мы развития дальневосточного региона России («Дальний Восток России») по проекту

«Совершенствование преобразователей энергии, бытового и промышленного электро-

оборудования, направленное на применение и освоение производства предприятиями

дальневосточного региона»; в соответствии с заказ-нарядом Е1286.594-3В14 ВПО

«Союзтрансформатор» по теме «Исследование, разработка и освоение производства

серии проточных электроводонагревателей мощностью 2-5 кВт»; ряда госбюджетных и

хоздоговорных научно-исследовательских тем, выполняемых под руководством автора

на кафедре электромеханики КнАГТУ. На новые технические решения получено 24 па-

тента и свидетельства РФ.

Научные рекомендации и технические предложения автора использованы при

разработке и освоении серийного производства на Биробиджанском заводе силовых

трансформаторов однофазных и трехфазных электронагревателей мощностью от 0,5 до

200 кВт типов: ЭВАН-100/1,25Т1; ЭВАН-50/1,0 “Орель”; ЭВП-25/380; ЭВП-6/220;

ЭВП-6/380; ЭНТ-16/380; ЭВП-50/500; ЭВП-100/500; ЭВП-200/500; ЭРГНТ-0,75/220;

ЭРГУ-0,5/220 “Прогресс”; при разработке и созданию электрорадиатора трансформа-

торного типа ЭРГПС-0,75/220(ст) по заданию ОАО «Амурская ЭРА, г. Комсомольск-

на-Амуре. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также раз-

работанная техническая документация и макетные образцы электронагревателей пере-

даны в ЛитНИИ строительства и архитектуры, г. Каунас, ВНИИЭТО, г. Москва, ВИТ,

г. Запорожье, ВНИИ «Информэлектро», г. Москва.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе (специ-

альность 230300 "Бытовые машины и приборы") при курсовом и дипломном проекти-

ровании, при чтении лекционных курсов "Бытовые машины и приборы", "Проектиро-

вание бытовых машин и приборов", "Бытовые электронагревательные устройства и

приборы", в лабораторном практикуме и при проведении практических занятий по ука-

занным курсам.

Созданные макетные образцы электронагревательных устройств трансформа-

торного типа экспонировались на Всероссийском выставочном центре (ВДНХ) в 1986,

1993 г.г.; на международных выставках в г. Шанхай, КНР (1996, 1997г.г.); на между-

народной специализированной выставке “Российские наукоёмкие технологии и техни-

ка” в г. Харбине (КНР) (1996г.); региональных выставках в г.г. Хабаровск, Благове-

щенск, Комсомольск-на-Амуре (1996, 1997, 1998г.г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований, отражённых в диссертационной

работе, опубликована монография, учебное пособие, 72 научные работы, в том числе

22 патента и свидетельства Российской Федерации.