«Brain networks» мəліметтерін өңдеудің моделдері мен əдістерін зерттеу жəне талдау

196 

зерна  до  кондиционного  по  влажности  состояния [1]. Сушке  подвергается  практически  всё  зерно 

повышенной  влажности  различных  злаковых,  зернобобовых  и  масличных  культур.  Правильно 

проведенная  сушка  зерна  обеспечивает  высокую  сохранность  собранного  урожая,  уменьшает  его 

потери  и  обеспечивает  повышение  качества  готового  продукта.  По  аграрному  сектору  необходимо 

сушить  до 50% собранного  урожая,  а  в  отдельных  случаях  в  зависимости  от  погодных  условий  и 

климатических зон Республики Казахстан до 70-75%. 

В сельскохозяйственном производстве, на элеваторах и хлебоприемных предприятиях для сушки 

зерна  применяются  установки  различной  конструкции  и  различного  принципа  действия.  При 

разработке  конструкции  зерносушилок  на  каждом  этапе  основное  внимание  уделяется  экономии 

тепловой энергии, составляющей 90% всех энергетических затрат [3].  

Предлагается  энергосберегающаяустановка  для  сушки  зерна.  На  рисунке 1 представлена 

установка для сушки зерна, где загружная система 1 обеспечивает подачу зерна в бункер 2. В бункере 

2  находятся  сушильные    радиаторы 3, которыевыполнены    из  плоских    металлических    пластин. 

Причем бункер с сушильными радиаторами польностью заполнен зерном. На наружной поверхности 

металлических  пластин  радиатораcдвух  сторон  расположенынагревательныеэлементыв  виде 

электрической  обмотки 4, концы которых   подключены  к преобразователю частоты.   

Движение зерна вниз осуществляется  при открытии  задвижек бункера выгружной  системой 5  по 

мере    высыхания,  а  скорость  движения  зерна  регулируется  также  выгружной    системой 5. На 

энергосберегающей установке процесс сушки  зерна происходит за счет сопрокосновения зерна с нагретами 

плоскими    металлическими    пластинами  и  чем  меньше  растояние  между  пластинами,  тем  эффективнее 

процесс сушки зерна. Таким образом, происходит, как бы, обжаривание зерна. При этом температура зерна  

не должна превышать 55 градусов по требованию технологии сушки. Температура на поверхности плоских  

металлических  пластин не должена превышать 80 градусов. В установкетемпературу, а также мощность на-

грева можно регулировать частотой преобразователя частоты.  

На  рисунке 2 представлен  сушительные  радиаторы 3 с  нагревательным  элементом  в  виде 

плоских    металлических    пластин.  Электрические  обмотки 4 обхватывают  наружную  поверхность 

пластины  и  подключены  к  (ПЧ)  преобразователю  частоты.  При  этом  в  электрическую  обмотку 

подается  напряжение  высокой  частоты,  а  преобразователь  частоты  подключен  к  энергосети.  При 

прохождении тока высокой частоты вокруг  электрической  обмотки образуется  магнитное поле и на 

боковых металлических поверхностях  радиатора образется электродвижующая сила, (ЭДС), которая 

вызывает  вихревые  токи,  и  эти  токи  будут  нагреватьбоковые  металлические  поверхности   

радиатораcдвух  сторон.  Толщину  пластин  выбирают  из  условия  равенства  толщины  плоских  

металлических  пластин к глубине проникновения вихревого тока. 

Расстояние от поверхности пластины по направлению к его толщине d, на котором плотность 

тока убывает в е раз, т.е. на 63,2%, условно называют глубиной проникновения тока [1]. Глубина 

проникновения тока определяется следующей формулой: 

   

 

 







2

, м                                                             (1) 

где 

f

2







, f – частота тока, Гц; 



 - магнитная проницаемость материала провода в 

практической системе единиц, Гн/м; γ – удельная электропроводность материала провода, 

.

м

ом

1



 

Магнитная проницаемость может быть определена как 

,

î

îòí









                                                                

(2) 

где 



îòí



относительная магнитная проницаемость, значение которой для различных 

материалов проводится в справочниках. 

Из выражения (1), приравняв к его толщине пластины можно определить оптимальную частота 

тока 















2

d

1

f

.                                                                (3) 

 

С  ростом  отношении  толщины  нагреваемой  пластины d к  глубине  проникновения  тока 



при 

неизменном  токе  в  катушке  энергия,  передаваемая  в  пластины,  возрастает.  Мощность  может  быть 

рассчитана по формуле[3] 

197 

)

d

(

F

)

l

W

(

h

P

2

1

1

a









,Вт                                                          (4) 

где  W

1

I

1

 – ампер – витки  катушки  на  единицу  высоты  пластины,  численно  равные 

напряженности  магнитного  поля  Н;h –высота  пластины,  м;γ – удельная  электропроводность 

материала цилиндра, 

;

м

ом

1

















d

F

= к

















d

 -  эмпирическая функция, где к  = 0.75. 

При  увеличении  отношения 



d

  функция















d

F

растет,  следовательно,  возрастает  и  мощность, 

подводимая  к  пластине.  При  неизменном  же  токе  в  индукторе - это  означает  рост  электрического 

коэффициента  полезного  действия  передачи  энергии  в  пластине.  Коэффициент  полезного  действия  

является  достаточно  высоким  и  практически  не  зависит  уже  от  частоты  тока,  а  определяется 

соотношением  между  удельными  электропроводностями  материала  нагреваемого  пластины  и  меди, 

из  которой  сделан  индуктор [5]. При  высокой  частоте    обеспечивается    высокий  коэффициент 

полезного действия при передаче энергии на  нагреваемое тело. 

Установка  для  сушки  зерна  работает  следующим  образом.Позагружной  системе 1 непрерывно 

подается влажное зерно, которое  самотеком  поступает в бункер 2. При этом влажная зерновая  масса  

полностьюпроходит  между  сушильными  радиаторами 3 с  некоторой  скоростью.  При  включении 

преобразователя  частоты    ток  высокой  частоты,  протекая  по  электрическим  обмоткам  образует  

магнитное поле и на боковых металлических поверхностях  радиатора образуется электродвижующая  

сила  (ЭДС),  котрая  вызывает  вихревые  токи,  и  эти  токи  будут  нагреватьбоковые  металлические 

поверхности      радиатораcдвух  сторон.При  движении  зерна  вниз  через  нагретые  боковые 

металлические  поверхности      радиатораcдвух  сторон  осуществляется  высыханиевлажной  зерновой 

массы. Скорость передвижения  влажной зерновой массы и соответственно время нахождения зерна в 

температурном поле определяется  открыванием и закрыванием   задвижек  бункера, т.е. выгрузной  

системой  8 по мере сушки зерна.  Температура сушки зерна регулируется преобразователем частоты.  

Размещение  в  бункере    сушильных  радиаторов  в  виде    плоских    металлических    пластин 

позволяет получить прямой контакт с зерном, а подача  горячего воздуха на зерно через множество 

маленьких  отверстий  из  боковых  поверхностей  радиаторов  позволяет  значительно  снизить 

энергозатраты и осуществить равномерную   надежную  сушку зерна в целом. В данной технологии 

осуществляется равномерная сушка зерна в широком диапазоне температуры, которая  достигается за 

счет изменения  частоты и напряжения  преобразователя частоты 6. 

 

 

Рисунок 1- Энергосберегающая установка для сушки зерна 

 

198 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 –Нагревательные элементы  для сушки зерна 

3 – металлическая пластина, 4 –электрическая обмотка,  

ПЧ  – преобразователю частоты.   

 

Основным  достоинством  сушильной  установки  является  сокращение  времени  нагрева, 

вследствие  чего  экономия  электроэнергии  и  ускорение  процесса  сушки  зерна.  Экономия 

электроэнергии  осуществляется  за  счет  того,  что  нагревательный  элемент  расположен  внутри 

сушильной камеры, которые непосредственно передают тепло зерну, что влечет сокращение затрат.   

 

ЛИТЕРАТУРА 

1. А.Е.Слухоцкий  Индукторы// Ленинград «Машиностроение»,1989г. 

2.Т.М.Халина , В.Ю.Марсов,  Система  подогрева  зерна  на  основе  многоэлектродных  композиционных 

электрообогревателей// Ползуновский  Вестник  №2 (ч.2). –Барнаул, 2005.-С.116-119. 

3.Лыков А.В. Теория переноса энергии и вещества / А.В. Лыков, Ю.А. Михайлов. - Минск: Изд-во Акад. 

Наук БССР, 1954. - 357с. 

4.Лыков А.В. Тепло- и массообмен в процессах сушки. - Гос- энергоиздат, 1956. - 452с. 

5.Трисвятский Л.А. Хранение зерна. – Изд. 4-е,перераб. и  доп. М.: Колос,1975.- 400с. 

6.Курушин 

А.А., 

Пластиков 

А.Н. 

Проектирование 

СВЧ 

 

 

устройств 

в 

среде  

CSTMicrowaveStudio.М.:Издательство МЭИ, 2010. -160 с. 

7.Будников  Д.А.  Интенсификация  сушки  зерна  активным  вентилированием  с  использованием 

электромагнитного поля  СВЧ: Автореф. дис.канд.тех.наук. Зерноград: ФГОУ  ВПО  АЧГАА, 2007.-16с. 

 

REFERENCES 

1. A.E.Sluhotsky Inductors // Leningrad "Engineering", 1989. 

2.  T.M.Halina, V.Yu.Marsov, grain heating system based on multi-electrode composite electric heaters 

Polzunovsky // Bulletin №2 (Part 2). -Barnaul, 2005.-S.116-119. 

3. A.V. Lykov The theory of energy transfer and the substance / AV Ly¬kov, YA Mikhailov. - Minsk: Publishing 

House of Acad. Sciences of the BSSR, 1954. - 357s. 

4. A.V. Lykov Heat and mass transfer in the drying process. - Gos Energoizdat, 1956. - 452s. 

5. L.A. Trisvyatsky Grain storage. - Ed. 4th, Revised. and add. M .: Kolos, 1975.- 400c. 

6. A.A. Kurushin, plastic AN Design of microwave devices in the environment CSTMicrowaveStudio.M.: 

Publishing MEI, 2010. -160 p. 

7. D.A. Budnikov Intensification of grain drying active ventilation using the microwave electromagnetic field: 

Author. dis.kand.teh.nauk. Zernograd: FSEIHPE ACHGAA, 2007. 16c. 

 

Исембергенов Н.Т., Сагындикова А.Ж., Канай Б. 

Астықтықты кептіру үшін энергияны үнемдейтін қондырғы 

Түйіндеме.  Астықтықты  кептіру  үшін  энергияны  үнемдейтін  қондырғы  ұсынылады,  онда  толтырылған 

жүйе бункерге астықты  толтырады да, бункердін ішінде кептіргіш радиаторлар орналасқан, олар жалпақ метал 

пластиналардар  тұрады. 

Түйін сөздер: кептіру, энергияны үнемдейтін қондырғы, кептіргіш радиаторлар. 

 

 

 

Э

ПЧ

I

f

W

4

3

199 

Isembergenov N.T., Sagyndikova A.Zh., Kanay B. 

Energy-saving setting for drying grain 

Summary. It is proposed energy-saving setting for drying grain , where zagruzhnaya sis¬tema supplies of grain in 

the silo , and bun¬kere are sushil¬nye radiators, which are made of flat plates me¬tallicheskih . 

Key words: Grain drying , energy-saving setting , drying radiators.

 

 

 

УДК 621.374.3 

 

Исембергенов Н.Т

1

., Тайсариева К.Н

2

., Rysard Romaniuk

3

 

1,2

Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева, 

г. Алматы, Республика Казахстан 

3

Варшавский политехнический университет, 

г. Варшава, Польша 

taisarieva@mail.ru 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОУРОВНЕВОГО ТРАНЗИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ    

ДЛЯ  ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ 

 

Аннотация:  В  данной  статье  рассматривается  многоуровневый  транзисторный  преобразователь    для 

преобразования  энергии  солнечных  батарей  в  электроэнергию.  На  выходе  многоуровневого    транзисторного 

преобразователя  можно  получить  напряжение,  близкое  к  синусоидальной  форме.  Основная  задача  данного 

преобразователя    преобразование  солнечной  энергии  в  электроэнергию  промышленной  частоты.  Проведен 

анализ  полученных  выходных  кривых  напряжения  на  синусоидальность.  В  статье  приведены  результаты 

компьютерного моделирования и экспериментального исследования. 

Ключевые слова: транзисторный преобразователь,  IGBT, матлаб, преобразование энергии. 

 

Энергия  солнца  является  возобновляемым  источником  энергии.  Максимальная  мощность 

солнечного  излучения  составляет      около 1017 ватт  на  один  квадратный  метр  земной  поверхности. 

При  разработке  высокоэффективных  методов  преобразования  солнечной  энергии,  солнце  может 

обеспечить бурно растущие потребности в энергии.  

В  настоящее  время  преобразование  солнечной  энергии  происходит  по  в    системе  “солнечные 

батареи – аккумулятор  – преобразователь – нагрузка”.  Модульный  тип  конструкций  солнечных 

батарей позволяет создавать установки практически любой мощности и делает их весьма перспектив-

ными.  Недостатком солнечных батарей является высокая стоимость и низкий КПД. Каждый модуль 

состоит из солнечных элементов, рассчитанные на разные значения напряжение и на разные значения 

постоянного тока. При последовательном и параллельном соединении этих модулей можно получить 

электроэнергию любой мощности, напряжения и тока. Эти модули  вырабатывают  электроэнергию 

постоянного  тока,  которую  надо  преобразовывать  в  электроэнергию  переменного  однофазного  или 

трехфазного  тока.  Рациональное  преобразование  электроэнергии      постоянного  тока  солнечных 

батарей в переменный  стабильной частоты и напряжения является актуальной проблемой. 

Для того, чтобы получить на выходе преобразователя (инвертора) синусоидальное напряжение 

применяют широтно-импульсную или амплитудно-импульсную модуляцию, а также многоуровневые  

инверторы. Результаты исследований показали, что лучшее качество  электроэнергии на выходе ин-

вертора обеспечивает амплитудно-импульсная модуляция.  

В  многоуровневых  инверторах    при    амплитудно-импульсном  модуляции  формирование 

многоуровневого напряжения, аппроксимирующего синусоиду, осуществляется путем суммирования 

напряжений источников питания. Если на входе инвертора подается многоуровневое напряжение, т.е 

несколько источников, соединенных последовательно, то тогда на выходе формируется напряжение 

близкое к синусоиде.  

Возникает  потребность  в  оптимальной  и  энергосберегающей  системе    преобразования  энергии 

солнечных  батарей  в  электроэнергию  промышленной  частоты  и  напряжения.  При  этом  система 

должна  обладать  более  высокими  технико-экономическими  показателями,  а  также  меньшими 

материальными и финансовыми затратами на преобразование [2].  

Структурная схема преобразования  энергии солнечных батарей показано на рисунке 1, где Е

n

 – 

ЭДС солнечных батарей, К – коммутатор, И – инвертор (преобразователь), Z

наг 

– нагрузка. 

 

 

200 

 

 

Рисунок 1 – Предлагая  схема преобразования энергии солнечных батарей в  электроэнергию  

переменного напряжения 

 

Солнечные  батареи,  состоящие    из  солнечных  элементов  низкого  напряжения (12 или 24 В) 

формирует  на входе инвертора многоуровневое напряжение и при таком расположении  солнечных 

элементов (рисунок 1) можно сэкономить некоторое количество солнечных батарей [3].  

Формирование многоуровневого напряжения на входе инвертора, осуществляется путем разделения 

последовательно соединенных, солнечных элементов на n  уровни с различным значением напряжения и 

на m параллельно соединенных  соединения между собой СЭ с различным временем коммутации. Каждая 

ступень напряжения подается на аккумулятор и  через коммутатор (К) к инвертору, а инвертор, в свою 

очередь,  определенные  группы  параллельно  и  последовательно  соединенных  солнечных  элементов 

поочередно  подключает  к  нагрузке,  формируя  напряжение,  практически  близкое  к  синусоидальной 

форме. При этом используется амплитудно-импульсная модуляция.   

Имитационная модель многоуровнего транзисторного преобразователя      была  исследована   в 

программной среде  MATLAB R2010. Результаты  моделирования подтвердили  принцип работы сис-

темы “солнечные батарей – коммутатор – инвертор – нагрузка”, которые приведены в работах [4,5]  

при 8, 13 и 26 уровнях    напряжения  с  амплитудно – импульсным  управлением.  В  качестве   

солнечных батарей использовались источники постоянного тока.  

Одним  из  параметров  качества  электроэнергии  на  выходе  инвертора  является  коэффициент 

искажения    напряжения (THD), и  чем  меньше  его  значение,  тем  выходное  напряжение  инвертора 

близко  к  синусоиде,  а  это  возможно  при  большем  количестве  уровней    напряжения  на  входе  

инвертора.  При  увеличении  количества  уровней    напряжения,  возрастает  количество  коммутаторов 

(силовых  транзисторов)  и  усложняется  схема  управления  коммутаторами.  Оптимальным  вариантом 

является  8 уровневое  напряжение на выходе инвертора.  

На  рисунок 2 приведен  результат  компьютерного  моделирования  выходного    8  уровневого  

напряжения инвертора 

 

 

 

Рисунок 2 – Результат компьютерного моделирования  

выходного  8 уровневого  напряжения инвертора 

201 

Следует  отметить,  что  разработка  методики  расчета  уровня  напряжения  и  угла  коммутации  

ЭДС  солнечных  батарей  имеет  существенное  значение,  так  как  при  этом    многоуровневое  напря-

жение на выходе инвертора будет очень близко синусоиде. Значения напряжения на каждом уровне 

может  быть  одинаковой  или  различной,  тогда  время  коммутации  каждого  уровня  будет 

соответственно различной. Определена методика расчета каждого уровня напряжения и угла (время) 

коммутации ЭДС солнечных батарей.  

Как правило промышленное напряжение переменного тока имеет  действующее  значение U = 

220  В,  при  этом  его    амплитудное  значение  равно  U

m

 = 312 В.  Если  задано  количество n уровней 

напряжения, то напряжение каждого уровня будет равно 

  

  

 

 

Каждый уровень напряжения U

n

жүктеу/скачать 20,3 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: