2809.Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике

Информация, необходимая для прогнозирования, как правило, собирается датчиками на электростанции или коммунальными службами.

В процессе обработки статистических данных за несколько лет был сформирован массив БД [3, 4], содержащий значения:

– помесячного потребления электроэнергии за 2013 г.;

–среднемесячной температуры;

–среднемесячной влажности. Данный набор переменных объясня-

ется тем, что они имеют высокую корреляцию.

Используя программный пакет STATISTICA [1], выполним прогноз на 2014 г. и приведем анализ результатов.

По данным таблицы были построены графики (рис. 1).

полупроводниковых приборов (тиристоров) или нелинейных индуктивностей (дросселей насыщения (ДН)). Применение ТСФ для питания ИК-нагревателей позволяет повысить их энергетические показатели, так как при этом возрастает поток излучения при том же потреблении электроэнергии от сети, что определяется физическим эффектом воздействия электромагнитного поля повышенной частоты на молекулы и атомы материала излучателя. Этот эффект ранее был отмечен рядом исследователей, например профессором Г.Н. Рохлиным [1–7].

Целью данной работы является экспериментальное исследование влияния параметров электрических режимов (обычного и c питанием током сложной формы) на процессы в светлых излучателях и определение энергетической эффективности применения ТСФ в установках инфракрасного нагрева.

Используемые приборы. Исследо-

вание изменения спектра излучения ИКизлучателя выполнены с использованием высокочувствительного оптоволоконно-

го спектрометра AvaSpec-ULS 2048USB2; для измерения электрических параметров установки использован анализатор качества электрической энергии типа ANALYST 2060. В экспериментах определили среднеквадратичные значения токов, напряжений, активной, реактивной, полной мощности, значение коэффициента мощности в сети [1–3, 6]. Была разработана методика проведения эксперимента.

Первая серия экспериментов вы-

полнена для исследования распределения энергии излучения по длинам волн при отклонениях напряжения в сети и на ИК-излучателе. В качестве объекта исследования выбраны светлые ИК-излу- чатели мощностью 40–100 Вт, номинальное напряжение – 12,0 и 220,0 В. Ниже представлены результаты исследо-

ваний влияния отклонения напряжения на характеристики излучателя мощностью 100 Вт. Режим работы излучателя обычный при питании переменным синусоидальным током промышленной частоты 50 Гц. Эксперименты выполнены при регулировании напряжения в диапазоне 50–250 В. На рис. 1–5 представлены спектры в режиме Scope при напряжении 250, 200, 150, 100 и 50 В.

Все спектры получены с вычитанием темнового тока спектрометра.

Рис. 1. Спектр в режиме Scope при напряжении 250 В, интенсивность излучения 1138 для длины волны 700 нм

Рис. 2. Спектр в режиме Scope при напряжении 200 В, интенсивность излучения 540 для длины волны 700 нм

Рис. 3. Спектр в режиме Scope при напряжении 150 В, интенсивность излучения 240 для длины волны 700 нм

Рис. 4. Спектр в режиме Scope при напряжении 100 В, интенсивность излучения 225 для длины волны 700 нм

Рис. 5. Спектр в режиме Scope при напряжении 50 В, интенсивность излучения 30 для длины волны 700 нм

Экспериментально установлено, что для светлых ИК-излучателей мощностью 40 и 100 Вт характер спектральной зависимости излучения имеет максимум в диапазоне волн 700–800 нм. При регулировании напряжения характер спектра для излучателей мощностью 40 и 100 Вт различен. Для излучателя мощностью 40 Вт отмечены максимумы в спектре при длине волны 500, 620 и 700 нм. Для излучателя мощностью 100 Вт – для волн 550, 600, 700 нм, а также в инфракрасной области при длине волны 900 нм. По мере уменьшения напряжения отмечено сужение диапазона излучаемых волн и исчезновение пиков излучения для длин волн 550, 600, 900 нм. Диапазон длин волн для соответствующих значений напряжения следующий:

при 250 В – 400–1030 нм; при 200 В – 420–1015 нм; при 150 В – 450–1000 нм; при 100 – 500–990 нм; при 50 В – 625– 800 нм. При регулировании напряжения

интенсивность излучения изменялась: для длины волны 700 нм она составила

1138, 540, 240, 225 и 30.

В экспериментах измеряли интегральные параметры: например, поверхностную плотность потока излучения, мкВт/cм2. На рис. 6 представлен график изменения поверхностной плотности потока излучения светлого ИК-излуча- теля в функции напряжения питания (для напряжения 250 В). При регулировании напряжения от 250 до 50 В поверхностная плотность потока излучения изменялась в диапазоне 20,0– 0,5 мкВт/cм2/нм.

Рис. 6. Поверхностная плотность потока излучения: 15 мкВт/cм2/нм для ИК-излучателя мощностью 100 Вт при напряжении 250 В

По результатам измерений спектров построены графики, которые представлены в виде окон на рис. 7–10. На первом графике – цветовой диаграмме определены хроматические координаты S(x), S(y). На втором графике изображено изменение интегрального параметра – поверхностной плотности потока излучения в функции длины волны. Область длин волн – это спектральный диапазон, по которому выбранные параметры интегрируются. Третий график – это график счета. Он показывает необработанные данные A/D-счета (АЦП), поступающие со спектрометра. Этот график используется для того, чтобы определять оптимальное время интегрирова-

ния [6].

Рис. 7. Окно выбора приложения архива для последующего выбора режима «цветовой диаграммы» и запуска режима измерения

Рис. 8. Окно цветовой диаграммы ИК-из- лучателя 100 Вт при напряжении 250 В, график поверхностной плотности потока излучения и его наибольшее значение 20 мкВт/cм2, график данных A/D-счета

Рис. 9. Окно цветовой диаграммы ИКизлучателя 100 Вт при напряжении 250 В, график поверхностной плотности потока излучения и его наибольшее значение 5,6 мкВт/cм2, график данных A/D-счета

Рис. 10. Окно цветовой диаграммы ИКизлучателя 100 Вт при напряжении 250 В, график поверхностной плотности потока излучения и его наибольшее значение 2,0 мкВт/cм2, график данных A/D-счета

Экспериментальными исследованиями установлено, что при регулировании напряжения от 50 до 250 В хроматические координаты изменяются, изменяется цвет излучения.

Вторая серия экспериментов. Опы-

ты проведены для определения распределения энергии излучения по длинам волн при регулировании формы питающего напряжения на ИК-излучателе. Схема экспериментальной установки: однофазный трансформатор 220/110 В, ДН – для регулирования формы тока (напряжения), ИК-излучатель. В качестве объекта исследования выбран светлый ИК-излуча- тель мощностью 100 Вт, номинальное напряжение 220 В [2–4, 7]. Проведены сравнительные исследования обычного режима при питании излучателя от сети переменного тока частотой 50 Гц и нового с питанием ТСФ. На рис. 11, 12 для ИКизлучателя при напряжении питания 110 В в обычном режиме представлены спектр и окно цветовой диаграммы.

Рис. 11. Обычный режим: спектр ИК-излуча- теля мощностью 100 Вт при напряжении

110 В

Рис. 12. Обычный режим: окно цветовой диаграммы ИК-излучателя 100 Вт при напряжении 110 В, график поверхностной плотности потока излучения и его наибольшее значение 2,0 мкВт/cм2, график данных

A/D-счета

Рис. 13. Новый режим: спектр ИК-излучате- ля мощностью 100 Вт при напряжении 120 В

Рис. 14. Новый режим: окно цветовой диаграммы излучателя мощностью 100 Вт при напряжении 120 В, график поверхностной плотности потока излучения и его наибольшее значение 2,2 мкВт/cм2, график

данных A/D-счета

Рис. 15. Новый режим: спектр ИК-излу- чателя мощностью 100 Вт питание ТСФ, напряжение 97 В

Экспериментально подтверждено,

что в новом режиме работы ИК-

излучателя при питании ТСФ при снижении напряжения до 97 В интенсивность излучения снижается с 85 до 37,5. Спектр излучения охватывает диапазон длин волн 500–1050 нм. Значения составляющих мощности, измеренные со стороны первичной обмотки трансформатора в новом режиме при напряжении 97 В, следующие: активная мощность

Р = 0,016 кВт, полная мощность S =

=0,017 кВА, реактивная мощность Q =

=0,0057 кВАр, коэффициент мощности установки cosφ = 0,94.

Следовательно, рассматривая понятие «КПД установки» как отношение плотности потока излучения от светлого

ИК-излучателя к мощности, потребляемой установкой из сети, получаем значение этой величины для обычного режима при напряжении 110 В равное 22 %, а для нового режима с питанием ТСФ при напряжении 120 В – 88 %, а при напряжении 97 В – 58 %. Это свидетельствует о повышении эффективности установки за счет совершенствования электрического режима на основе применения ТСФ.

Выводы. Повышение эффективности установок с ИК-излучателями возможно за счет совершенствования электрического режима на основе применения ТСФ, что обеспечивает работу ЭТУ с более высокими КПД установки и коэффициентом мощности при снижении потребляемой из сети мощности, более равномерном спектре излучения, расширении диапазона излучаемых длин волн

ввидимой и инфракрасной областях.

Список литературы

1.Птицына Е.В., Кувалдин А.Б. Работа дуговых печей небольшой емкости при питании током сложной формы // Электрометаллургия. – 2006. – № 6. –

С. 26–36.

2.Птицына Е.В. Электролизные и газоразрядные электротехнологические установки с питанием током сложной формы: монография / под ред. А.Б. Кувалдина; ТОО НПФ «ЭКО». – Павлодар, 2007. – 420 с.

3.Птицына Е.В., Птицын Д.В. Анализ процессов в электротехнологических установках как основа разработки алгоритмов управления // Электротехнология

впервом десятилетии XXI века: сб. докл. науч.-техн. семинара, посвященного 100-летию проф. М.Я. Смелянского. –

М., 2013. – С. 242–257.

4.Птицына Е.В., Птицын Д.В., Кувалдин А.Б. Экспериментальное опреде-

ление влияния формы тока на характеристики излучателей // Энерго- и ресурсосбережение XXI век: сб. матер. IX Междунар. науч.-практ. интернет-

конф. – Орел, 2011. – С. 163–165.

5.Электротехнологические промышленные установки: учебник для вузов / И.П. Евтюкова, Л.С. Кацевич, Н.М. Некрасова, А.Д. Свенчанский; под ред. А.Д. Свенчанского. – М.: Энергоиздат, 1982.

6.Официальный сайт фирмы

«Avantes» [Электронный ресурс]. – URL: http: // www.avantes.ru

7.Официальный сайт фирмы «НОМАКОН» [Электронный ресурс]. – URL: http://homacoh.ru/production/ izluchateli-infrokrasnue/own.