Задача – добиться существенного снижения потребления энергии

Электротехническая отрасль в России является одной из основных в машиностроении, так как ее общая доля составляет почти 10% от данного производства. На сегодняшний день в рамках электротехники развивается несколько важных направлений, а именно производство оборудования, которое связанно с выработкой энергии.

Электротехника нашей страны – это турбо- и гидрогенераторы, силовые полупроводниковые приборы, высоковольтная аппаратура и трансформаторы, низковольтная аппаратура и системы управления, электродвигатели и источники света, аккумуляторы, магистральные электровозы, провода, кабели, товары бытового назначения, и т.д.– всего более 35 тыс. наименований продукции.

Предприятия электротехнической промышленности занимаются поставками оборудования практически во все отрасли экономики, а так же социальную сферу России.

Основные потребители электрооборудования – это:

- топливно-энергетический комплекс (на него приходится 20% всех поставок);
- оборонная промышленность (около 12% поставок);
- агропромышленный комплекс ( 19% поставок);
- транспортный комплекс (8,5% поставок);
- коммунальное хозяйство ( 15% поставок);
- остальные отрасли ( около 26,5%).

С конца 90-х годов в России электротехническая промышленность, выпускающая целый спектр высокотехнологичной наукоемкой продукции (начиная от обыкновенных электрических лампочек и заканчивая мощными техническими генераторами) начала активно развиваться, тогда, как до этого время в ней ощущался довольно серьезный спад.

Если говорить о цифрах и фактах, то до того, как распался бывший СССР, в нашей стране было 343 организаций и 85 научно-исследовательских институтов, относящихся к электротехнической промышленности. Но после экономического кризиса, наша российская электротехническая отрасль оказалась в незавидном положении. В ней наметился явный спад и, следовательно, резкое ухудшение в других областях промышленности. Продукция данного сегмента оказалась просто не востребованной, а электротехнические предприятия стали разоряться, так как их товар был просто не нужен.

Исключение составляла лишь светотехническая промышленность.

На сегодняшний день, как отмечают эксперты, ее объемы производства выросли с начала 1991 года почти на 110%.

Ежегодные выставочные проекты последних лет указывают на то, что электротехническая промышленность в целом в России заметно выросла и укрепила свои позиции.

Одними из самых востребованных на зарубежных и российских рынках являются комплектующие электроавтоматики и электродвигатели. Большой спрос на данные виды товаров можно объяснить модернизацией большого количества электросистем в нашей экономике. Ведь без своевременного совершенствования электроавтоматики внедрять какие-либо современные технологии просто не эффективно и бессмысленно.

Кроме того, к этому стоит прибавить и постоянный рост стоимости электроэнергии, который заставляет потребителей заботиться о переоборудовании инженерных сетей, чтобы внедрить соответствующие энергосберегающих технологий.

Крупнейшими предприятиями электротехнической промышленности сегодня являются: ООО «Тольяттинский Трансформатор», занимающийся изготовлением различных силовых высоковольтных трансформаторов, установленная производственная мощность которых составляет до 30 000 000 кВА, и группа компаний «Элком», которая представляет собой одну из самых больших компаний-поставщиков электротехнической продукции в РФ, а так же поставкой различных электродвигателей, вентиляторов, насосов и т.п.

Конечно, в электротехнической промышленности России есть и свои проблемы. Как показали последние исследования, в РФ большие средства расходуют на низкокачественные силовые кабели, плохую автоматику, неэкономичные системы обогрева жилья и двигатели, которые не соответствуют нормам.

Многие российские потребители забывают о поговорке, что «скупой платит дважды» и стараются приобрести дешевое (и пусть даже менее эффективное) оборудование. И только после неоднократных сбоев в работе, они соглашаются купить что-то более качественное, тем самым расходуя еще средства.

Еще одной проблемой является довольно слабая ориентация российских электротехнических предприятий на экспорт продукции за рубеж.

Но говорить о том, что сегодня нет предприятий, которые пользуются популярностью за рубежом то же нельзя. Все чаще появляются молодые и перспективные компании, ничуть не уступающие западным организациям.

До сих пор многие страны Европы напрямую зависят от российских комплектующих. Если брать объемы электротехнической промышленности, то они составят почти 8,5% выпуска товаров машиностроительной отрасли и не менее 1,6% всей российской промышленной продукции.

Проанализировав мотивацию и текущее положение дел необходимо сформулировать собственно предмет нашего курса. Проблемы современной науки и производства можно разбить на три основные группы:

1. Организационные.
2. Финансовые.
3. Технические.

Однако, по сути все проблемы являются проблемами организационного толка. Если грамотно выстроить организацию работы, то любую проблему можно решить. Необходимо лишь уяснить основную философию инженерного подхода к решению проблемы. Выделяем этапы:

1. Постановка задачи.
2. Анализ ресурсов.
3. Составление плана (программы действий).
4. Подбор команды исполнителей.
5. Привлечение средств.
6. Отслеживание графика.
7. Анализ результатов.

Этап постановки задачи является наиболее ответственным, т.к. он фактически определяет необходимость ее выполнения. Грамотно поставленная задача – половина успеха. Эта стадия подразумевает получение технических требований и составление технического задания. Не жалейте времени на составление задания – окупится сторицей.

Анализ ресурсов. Перед началом работы над любым проектом необходимо определить наличие ресурсов для его выполнения: финансовые, административные и технические. При недостаточном ресурсе начинать работу не только не имеет смысла, но и даже вредно – можно дискредетировать саму идею.

После стадии анализа ресурсов необходимо составить план (график) работы над проектом. Стадия планирования является обязательной, т.к. на этом этапе видна вся динамика привлечения ресурсов, которая требует оптимизации. На этапе планирования необходимо также помнить правило: любая работа требует больше времени, чем на нее отводится.

Подбор команды исполнителей часто опускают, руководствуясь правилом: бери что есть. Однако при выполнении сложных или очень ответственных работ кадровый вопрос встает очень остро. Необходимо подготовиться к работе, возможно пригласить новых специалистов или простимулировать имеющихся.

При составлении плана работ также необходимо подумать и о бюджете проекта. Кто-то может возразить, что финансы – не дело инженеров. Это не так. В принципе не так. В результате работы должно появиться устройство, либо новое качество, и здесь необходимо минимизировать стоимость его приобретения. Поэтому инженер должен знать что сколько стоит.

Один из наиболее неприятных пунктов - отслеживание графика работы. Практика показывает, что при отсутствии контроля практически любая работа умирает.

И заключительным этапом любой работы должен стать анализ достигнутых результатов – любой специалист после проделанной работы должен оставить свое послание коллегам.

Выполняя эти нехитрые правила можно добиться любой цели.

Результатом работы инженера являются: экономия ресурсов и/или приобретение новых качеств, которые в свою очередь также приводят к экономии ресурсов: финансовых, человеческих, энергетических, экологических.

А задачи нам ставит сама жизнь. Если взять нашу промышленность, то можно выделить в ней основные - приоритетные отрасли промышленности: авиастроение, автомобилестроение, машиностроение, энергетика, строительство, металлургия, военная промышленность, медицина, ЖКХ. Авиа- , автомобилестроение имеют в этом списке наивысший приоритет – они подталкивают к развитию все остальные отрасли. Так, например без современных цветной металлургии, химической промышленности, приборостроения и др. нельзя построить ни один самолет.

Особым пунктом идет военная промышленность. Если в качестве примера взять проблемы связанные с конструированием подводной лодки, то необходимо иметь багаж знаний связанных с атомной физикой, энергетикой, ракетным движением, теплотехникой, жизнеобеспечением, точной механикой, электроникой, электротехникой, акустикой и пр.

Самые сложные задачи находятся на стыке различных направлений, т.к. специалисты одной сферы деятельности как правило хорошо владеют своей собственной школой и не очень хорошо владеют методами и приемами из других областей науки и техники. В качестве примера можно рассмотреть существующий метод переработки нефти (возгонка) и метод основанный на высокочастотном облучении нефти и нефтепродуктов для реструктуризации связей в продукте и получения новых видов. Для выполнения второго способа обработки необходимо иметь знания не только по химии, но и физике плазмы и силовой электронике.

Каждая отрасль ставит сама по себе целый спектр нерешенных проблем. Вот эти проблемы мы и рассмотрим с точки зрения их понимания и решения методами, доступными нам, т.е. методами современной электроники: энергетической (силовой) и информационной.

Хорошей иллюстрацией взаимосвязей объектов силовой электроники служит рис.1 [Л1].

Рис.1. Взаимосвязь компонентов силовой электроники

Силовая электроника представляется как точка пересечения интересов таких областей как ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ (передача и распределение энергии, генерация источники питания, электрические машины и электрический привод), СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ (управление ключевыми приборами, регуляторы, системное программирование) и ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ (силовые полупроводниковые приборы, магнитные компоненты, схемотехнические топологии).

Так, например, любое практическое устройство для нужд энергетики не обходится без знаний полупроводниковых приборов и современных методов управления и контроля. Тренд применения силовой электроники растет экспоненциально – без нее сегодня не возможно создать современные телефоны, компьютеры, автомобили, аэропланы, производственные процессы и многое многое другое.

Множество различных потребителей требует в общем случае возможности использовать электрическую энергию с нестандартными параметрами (регулируемым напряжением, нестандартной частотой, различным числом фаз, другим, чем в источнике рода тока). Поэтому для наиболее эффективного использования электрической энергии, генерируемой с постоянными параметрами, необходимы преобразователи электрической энергии между источником и потребителем. В развитых странах мира сегодня уже до 40% всей вырабатываемой электроэнергии подвергается преобразованию перед использованием.

Такую ситуацию в чем-то можно сравнить с ситуацией в хлебопечении, где из муки двух зерновых культур – пшеницы и ржи – выпекают сотни различных видов хлебобулочных изделий, позволяющих пользователям выбирать тот продукт, который им наиболее оптимален по цене, вкусу, назначению, состоянию здоровья.

В связи с вышеизложенным, введем понятие преобразователя электрической энергии.

Рис.2. Общая структура передачи электрической энергии.

В самом общем случае энергия должна передаваться от источника потребителю (нагрузке, рис.2). Но поскольку источник электрической энергии в общем случае имеет несовместимые по значению параметры (например источник – линия электропередачи, а приемник – бытовой холодильник), в цепочку должен быть добавлен согласующий элемент, который мы назовем идеальным преобразователем. Следовательно, определение идеального преобразователя может быть сформулировано следующим образом: электрическое устройство, необходимое для согласования электрических параметров источника электрической энергии и нагрузки.

Можно привести множество примеров преобразователей электрической энергии. Так, например хорошо известный трансформатор фактически является идеальным преобразователем. Однако, целью нашего курса будет рассмотрение возможности применения преобразователей на основе полупроводниковых устройств. Следовательно, структура передачи энергии в нашем случае будет выглядеть следующим образом (рис.3).

Рис.3. Базовая схема структура с электронным преобразователем.

На рис.3. добавлен блок управления, а в преобразователь включены три основных компонента: ключ, магнитный элемент и конденсатор. Таким образом, наша структура полностью соответствует диаграмме взаимосвязей силовой электроники.

Почему наш преобразователь состоит из ключа, магнитного элемента и конденсатора? Ответ достаточно прост: магнитный компонент является элементом, согласующим мгновенные значения напряжения между источником и нагрузкой; конденсатор является элементом, согласующим мгновенные значения токов между источником и нагрузкой; ключ является распределительным элементом – дозатором и маршрутизатором энергии. Можно спросить, а как же резисторы и другие электронные компоненты? Конечно, в схемах используются многие компоненты, но они не являются определяющими в основном канале преобразования энергии. Отдельно необходимо сказать о резисторах. Резистор – принципиально диссипативный элемент, поэтому использование его в схемах преобразователей нежелательно из-за существенного снижения КПД. В связи с этим, резисторы в преобразователях используются только в качестве стабилизационных компонентов.

Рассмотрим несколько примеров преобразователей.

Рис.4. Однополупериодный идеальный выпрямитель.

В однополупериодном выпрямителе (рис.4) преобразователь – обычный ключ, который дозирует поток энергии от источника к нагрузке и меняет форму сигнала.

Рис.5. Однополупериодный выпрямитель с индуктивностью.

В однополупериодном с выпрямителе с индуктивной нагрузкой (рис.5) преобразователь – диод с индуктивностью. Наличие индуктивности способствуют улучшению формы тока, но меняет форму напряжения в нагрузке.

Большой класс преобразователей представляют собой матричные преобразователи, которые имеют mвходов и n выходов (рис.6).

Рис.6. Топология матричного преобразователя.

Примерами таких преобразователей могут служить трехфазный выпрямитель (рис.7) и мостовой инвертор (рис.8).

Рис.7.Пример матричного преобразователя – специальный трехфазный выпрямитель.

Рис.8.Пример матричного преобразователя – мостовой инвертор.

Литература.

1. Power Electronic Handbook. 3 edition Butterworth-Heinemann (December 23, 2010) / Editor Muhhamad H. Rashid.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 212; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!