Electrical Engineering and Power Engineering (EE&PE - E-Journal) / Електротехніка та електроенергетика
Not a member yet
396 research outputs found
Sort by
Шляхи аналізу електроспоживання магістального конвеєрного транспорту
Get PDFPurpose. Based on the conducted research, according to generalized data, the potential for reducing electricity costs on conveyor transport is in the range of 40 - 50%. One of the promising methods of solving the problem is the introduction of frequency converters and tape speed control systems, which according to calculations will reduce energy consumption by 28-35%. Based on the above, the main goal is to develop more advanced and innovative methods aimed at analyzing the possibilities of improving the energy efficiency of mine conveyor transport. The work aims to study the potential for reducing energy consumption for the mine complex of mine management "Pokrovske" by developing a simulation model of energy consumption of mine conveyor transport, taking into account the dynamics of freight flows. Also before the work is the goal of developing a simulation model, which should allow to set a wide range of incoming cargo, set the mechanical parameters of conveyors, such as: installation angle, weight of the moving part, belt speed and productivity of the complex as a whole.
Methodology. Markov processes, elements of probability theory and mathematical statistics, which were used to develop a simulation model of freight flows of mine conveyor transport in the modeling environment "Matlab".
Findings.The calculation of electricity consumption of the main conveyor transport of the mine of the Pokrovske mine management is shown, with the help of the developed simulation model. Estimated data for equipment involved in the technological process of the enterprise, which allows to increase its productivity and optimize production winds in the future. А simulation model is developed. It allows set in a wide range the amount of incoming cargo flow (time of arrival / absence, mathematical expectation and variance); set the mechanical parameters of the conveyors (installation angle, mass of moving parts, maximum productivity, nominal speed of the belt); to simulate the reduction of speed when installing a regulated drive; set the capacity and performance of the bunkers in the nodes of the circuit; automate the calculation of electricity consumption separately for each conveyor and the transport scheme as a whole for any configuration of the above parameters.
Originality. The developed simulation model allows to automate the calculation of the power consumption of each conveyor separately and the mine conveyor transport scheme as a whole for any configuration of the main technical parameters of the considered equipment.
Practical value. The practical significance of the work is the developed model of the conveyor transport system of the mine management mine "Pokrovske", which based on research allows us to conclude that the use of frequency-controlled drive will reduce power consumption of the conveyor chain by 25-50%. Also, according to the obtained data, with a partial calculation of additional parameters, it is possible to draw a conclusion about the prospects and possibilities of implementing the proposed methods in the production process.Цель работы. Основываясь на проведенных исследованиях, по обобщенным данным потенциал снижения расхода электроэнергии на конвейерном транспорте находится в пределах 40 - 50%. Одним из перспективных методов решения проблемы является внедрение преобразователей частоты и систем регулирования скорости движения ленты, которые согласно расчетам позволят снизить расход электроэнергии на 28-35%.Исходя из изложенного, основной целью является разработка более совершенных и инновационных методов, направленных на анализ возможностей повышения энергоэффективности шахтного конвейерного транспорта. Работа ставит перед собой цель исследования потенциала снижения энергозатрат для шахтного комплекса «Покровское» путем разработки имитационной модели энергопотребления шахтного конвейерного транспорта с учетом динамики грузопотоков. Также перед работой поставлена цель разработки имитационной модели, которая должна позволить задавать в широком диапазоне величину поступающего грузопотока, задавать механические параметры конвейеров, таких как: угол установки, массу подвижной части, скорость ленты и производительность комплекса в целом.
Методы исследования. Марковские процессы, элементы теории вероятности и математической статистики, использованные для разработки имитационной модели грузопотоков шахтного конвейерного транспорта в среде моделирования Matlab.
Полученные результаты. Показан расчет электропотребления магистрального конвейерного транспорта шахты шахтоуправления «Покровское» с помощью разработанной имитационной модели. Получены расчетные данные для оборудования, участвующего в технологическом процессе предприятия, что позволяет повысить его производительность и оптимизировать производственные паруса в будущем. Разработана имитационная модель, которая позволяет: задавать в широком диапазоне величину поступающего грузопотока (время поступления/отсутствия, математическое ожидание и дисперсию); задавать механические параметры конвейеров (угол установки, массу подвижных частей, максимальную производительность, номинальную скорость движения ленты); моделировать снижение скорости при установке регулируемого привода; задавать емкость и производительность бункеров в узлах схемы; автоматизировать расчет электропотребления отдельно каждого конвейера и схемы транспорта в целом при любой конфигурации вышеперечисленных параметров.
Научна новизна. Разработанная имитационная модель позволяет автоматизировать расчет электропотребления отдельно каждого конвейера и схемы шахтного конвейерного транспорта в целом при любой конфигурации основных технических параметров рассматриваемого оборудования.
Практическая ценность. Практическим значением результатов работы является разработанная модель участка системы конвейерного транспорта шахты шахтоуправления «Покровское», которая на основе проведенных исследований позволяет заключить, что применение частотно регулируемого привода позволит снизить электропотребление конвейерной цепочки на 25-50%. Также по полученным данным, с частичным расчетом дополнительных параметров можно заключить о перспективах и возможностях внедрения предложенных методов на производственном процессе.Мета роботи. Ґрунтуючись на проведених дослідженнях, за узагальненими даними потенціал зниження витрат електроенергії на конвеєрному транспорті знаходить-ся в межах 40 - 50%. Одним з перспективних методів вирішення проблеми є впровадження перетворювачів частоти і систем регулювання швидкості руху стрічки, які згідно з розрахунками дозволять знизити витрату електроенергії на 28-35%. Виходячи з викладеного, основною метою є розробка більш досконалих та інноваційних методів спрямованих на аналіз можливостей підвищення енергоефективності шахтного конвеєрного транспорту. Робота ставить перед собою мету дослідження потенціалу зниження енерговитрат для шахтного комплексу шахтоуправління «Покровське» шляхом розробки імітаційної моделі енергоспоживання шахтного конвеєрного транспорту з урахуванням динаміки вантажопотоків. Також перед роботою поставлена мета розробки імітаційної моделі, яка повинна дозволити задавати в широкому діапазоні величину вантажопотоку, що надходить, задавати механічні параметри конвеєрів, таких як: кут установки, масу рухомої частини, швидкість стрічки та продуктивність комплекса у цілому.
Методи дослідження. Марківські процеси, елементи теорії вірогідносте та математичної статистики , котрі були використані для розробки імітаційної моделі вантажопотоків шахтного конвеєрного транспорту у середовищі моделювання «Matlab».
Отримані результати. Показано розрахунок електроспоживання магістрального конвеєрного транспорту шахти шахтоуправління «Покровське» за допомогою розробленої імітаційної моделі. Отримані розрахункові дані для обладнання, яке бере участь у технологічному процесі підприємства, що дає можливість підвищити його продуктивність та оптимізувати виробничі вітрити у майбутньому. Розроблена імітаційна модель, яка дозволяє задавати в широкому діапазоні величину вантажопотоку що надходить (час надходження / відсутності, математичне сподівання і дисперсію); задавати механічні параметри конвеєрів (кут установки, масу рухомих частин, максимальну продуктивність, номінальну швидкість руху стрічки); моделювати зниження швидкості при установці регульованого приводу; задавати ємність і продуктивність бункерів в вузлах схеми; автоматизувати розрахунок електроспоживання окремо кожного конвеєра і схеми транспорту в цілому за будь-якої конфігурації перерахованих вище параметрів.
Наукова новизна. Розроблена імітаційна модель дозволяє автоматизувати розрахунок електроспоживання окремо кожного конвеєра і схеми шахтного конвеєрного транспорту в цілому за будь-якої конфігурації основних технічних параметрів розглянутого обладнання.
Практична цінність. Практичним значенням результатів роботи є розроблена модель ділянки системи конвеєрного транспорту шахти шахтоуправління «Покровське», яка на основі проведених досліджень дозволяє зробити висновок, що застосування частотно регульованого приводу дозволить знизити електроспоживання конвеєрного ланцюжка на 25-50%. Також за отриманими даними, з частковим розрахунком додаткових параметрів можна зробити висновок про перспективи та можливості впровадження запропонованих методів на виробничому процесі
Збільшення відмовостійкості резонансних установок індукційного нагріву під час аварійного режиму роботи
Get PDFPurpose. To develop an automatic protection system against fault operation conditions for the resonant inverter of the induction heating unit due to absence of load.
Methodology. Resonant inverter load transfer function analysis using the first harmonic approximation, calculation of control parameters using numerical methods, computer simulation of induction heating unit. Experimental studies based on a smelter with microprocessor control in order to check the adequacy of the proposed model and protection system.
Findings. A computer model of the induction heating unit is presented, the adequacy of which was verified by the experimental results of the induction melting unit. By using this model, circuit protection circuit of the resonant inverter against low load conditions is developed, which is based on the shift of the inverter operating frequency due to the introduction of an additional shift of the phase difference between current and voltage in the feedback loop. The methodology for calculating this phase shift was created using the load transfer function of the inverter (‘capacitor bank-inductor-part’ system) and numerical methods for solving equations. The above calculation method can be used for resonant inverters of any configuration and topology. According to the computer simulation of the induction heating unit operation during fault, the developed system limits the voltage amplitude within the safe operating region of the inverter reactive elements, while in normal operating conditions the protection system does not affect the operation of the unit. The protection system successfully keeps the amplitude of current and voltage in the oscillating circuit within safe limits during low loads. The created system is simple enough for its quick implementation in existing digitally controlled units and has high speed.
Originality. Methodology to create voltage limiting system for resonant inverters of any configuration with frequency control has been developed.
Practical value. Developed protection system allows to reduce induction heating process interruption by the user. Moreover, protection system increases fault tolerance of induction heating units. Structure of proposed protection system simplifies the modernization of existing units and the development of new models using such system.Цель работы. Разработать автоматическую систему защиты от выхода из строя резонансного инвертора установки индукционного нагрева из-за исчезновения нагрузки.
Методы исследования. В данной работе используются такие методы исследования как анализ передающей характеристики нагрузки резонансного инвертора с использованием аппроксимации по первой гармонике, расчет регулирующих параметров числовыми методами, компьютерное моделирование установки индукционного нагрева. Проведение экспериментальных исследований на основе плавильной установки с микропроцессорным управлением с целью проверки адекватности предложенной модели и системы защиты.
Полученные результаты. Приведена компьютерная модель установки индуктивного нагрева, что основана на использовании аппроксимации по первой гармонике, адекватность которой проверена экспериментальными исследованиями плавильной установки. На основе модели разработана схема защиты резонансного инвертора от исчезновения нагрузки, основанная на смещении рабочей частоты инвертора через введение в цепь обратной связи дополнительного смещения разности фазы тока и напряжения. Методика расчета данного смещения фазы создана с использованием передаточной характеристики нагрузки инвертора (системы «конденсаторная батарея-индуктор-деталь») и числовых методов решения уравнений. Вышеупомянутая методика расчета может быть использована для резонансных инверторов любой конфигурации и топологии. Согласно компьютерному моделированию аварийной ситуации установки, разработанная схема обеспечивает ограничение амплитуды напряжения в безопасных пределах работы реактивных элементов инвертора, тогда как в нормальных условиях работы система защиты не влияет на работу установки. Система защиты успешно удерживает амплитуду тока и напряжения в колебательном контуре в безопасных пределах в период малой нагрузки. Созданная схема имеет достаточную простоту для ее быстрого внедрения в существующие установки с цифровым управлением и обладает высоким быстродействием. Кроме вышеупомянутых практических результатов был проведен анализ предыдущих исследований, что показали малую изученность явлений, имеющихся при работе резонансных инверторов в аварийном режиме. Это открывает перспективу проведения дальнейших научных исследований в данной проблематике.
Научная новизна. Разработана методика ограничения напряжения на выходе резонансного инвертора любой конфигурации с частотным управлением.
Практическая ценность. Созданная схема защиты позволяет снизить физическое вмешательство оператора в технологический процесс индукционного нагрева. Вместе с этим происходит увеличение отказоустойчивости установок индукционного нагрева. Вид предлагаемой схемы позволяет упростить модернизацию существующих установок и разработку новых моделей.Мета роботи. Розробити автоматичну систему захисту від виходу з ладу резонансного інвертора установки індукційного нагріву через зникнення навантаження.
Методи дослідження. В даній роботі використовуються такі методи дослідження як аналіз передавальної характеристики навантаження резонансного інвертора з використанням апроксимації за першою гармонікою, розрахунок регулювальних параметрів числовими методами, комп’ютерне моделювання установки індукційного нагріву. Проведення експериментальних досліджень на основі плавильної установки з мікропроцесорним керуванням з метою перевірки адекватності запропонованої моделі та системи захисту.
Отримані результати. Приведена комп’ютерна модель установки індукційного нагріву, що заснована на використанні апроксимації за першою гармонікою, адекватність якої перевірена експериментальними дослідженнями плавильної установки. На основі даної моделі розроблена схема захисту резонансного інвертора від зникнення навантаження, що заснована на зсуві робочої частоти інвертора через введення в ланцюг зворотного зв’язку додаткового зсуву різниці фази струму і напруги. Методика розрахунку даного зсуву фази створена з використанням передавальної характеристики навантаження інвертора (системи «конденсаторна батарея-індуктор-деталь») та числових методів розв’язку рівнянь. Вищезазначена методика розрахунку може бути використана для резонансних інверторів будь-якої конфігурації та топології. Згідно комп’ютерного моделювання аварійної ситуації установки, розроблена схема забезпечує обмеження амплітуди напруги у безпечних межах роботи реактивних елементів інвертора, тоді як в нормальних умовах роботи система захисту не впливає на роботу установки. Система захисту успішно утримує амплітуду струму та напруги у коливальному контурі у безпечних межах у період малого навантаження. Створена схема має достатню простоту для її швидкого впровадження в існуючі установки з цифровим управлінням і має високу швидкодію. Окрім вищезазначених практичних результатів, проведений аналіз попередніх досліджень та надбань, що показали малу вивченість явищ, наявних при роботі резонансних інверторів в аварійному режимі. Це відкриває перспективу проведення подальших наукових розвідок в даній проблематиці.
Наукова новизна. Розроблена методика адаптивного обмеження напруги на виході резонансного інвертора будь-якої конфігурації з частотним управлінням.
Практична цінність. Створена схема захисту дозволяє зменшити фізичне втручання оператора у технологічний процес індукційного нагріву. Разом з цим відбувається збільшення надійності установок індукційного нагріву. Вигляд запропонованої схеми дозволяє спростити модернізацію існуючих установок та розробку нових більш досконалих моделей
Розробка моделі врахування збільшення активного опору провідника змінному струмі при поверхневому ефекті
Get PDFPurpose. When alternating current with higher harmonics passes through the cable, heating is carried out by the root mean square value of all harmonics. Taking into account the different resistance of the cable depending on the frequency due to the effect of the surface effect, it is advisable to calculate the coefficient of increase in the total current resistance, assuming the action of each harmonic as independent. However, there are prerequisites to consider existing calculation models difficult for algorithmic implementation in software packages. Therefore, the purpose of the work is to develop a calculation model to take into account the increase in the active resistance of the conductor to alternating current due to the surface effect for further use in simulation modeling packages such as, for example, MATLAB.
Methodology. Methods of linear algebra, linear regression, defining the coefficient of determination.
Findings. Dependencies for determining the resistance value of high-voltage cable lines to high-frequency currents, which take into account the cross-section and harmonic composition of the current, have been obtained. According to the existing and substantiated graphs (dependencies) obtained on the basis of classical expressions from the literature, new simplified calculation dependencies were obtained (for the cross-section of copper cable lines 240 - 1000 mm2) when current harmonics above the fifth at a base frequency of 50 Hz. Such calculated ratios will allow taking into account several harmonic components of the current during line heating in the MATLAB Simulink software environment.
The obtained values of the coefficient of determination in defining the calculated dependencies are close to 1, which indicates the correctly selected type of equation and the correctly selected coefficient k for different cross-sections of the cable line.
Originality. The scientific novelty lies in the development of a new dependence, justified by the high value of the multiple correlation coefficient, the correction factor for the increase in the resistance of the cable core from the harmonic number and the empirical coefficient of the regression model, taking into account the cross section of the cable line.
Practical value. The practical value of the work consists in obtaining dependencies that can be used in analytical and simulation models when determining the amount of heating of cable lines taking into account the current of harmonics above the fifth at a base frequency of 50 Hz. Such an application will allow in many cases to replace the physical experiment with a simulation in the MATLAB Simulink software environment, which will reduce the necessary human and material costs.Мета роботи. При проходженні змінного струму з вищими гармоніками по кабелю нагрівання здійснюється середньоквадратичним значенням всіх гармонік. Зважаючи на різний опір кабелю в залежності від частоти через дію поверхневого ефекту, доцільно розраховувати коефіцієнт підвищення опору повному струму, приймаючи дію кожної гармоніки незалежною. Однак, є передумови вважати існуючи розрахункові моделі складними для алгоритмічної реалізації у програмних пакетах. Тому метою роботи є розробка розрахункової моделі для врахування збільшення активного опору провідника змінному струму при поверхневому ефекті для подальшого використання у пакетах імітаційного моделювання таких як, наприклад, MATLAB.
Методи дослідження. Методи лінійної алгебри, лінійної регресії, визначення коефіцієнта детермінації.
Отримані результати. Отримано залежності для визначення величини опору високовольтних кабельних ліній струмам високої частоти, котрі враховують переріз та гармонійний склад струму. За існуючими та обґрунтованими графіками (залежностями), отриманими на підставі класичних виразів з літератури, були отримані нові спрощені розрахункові залежності (для перерізу мідних кабельних ліній 240 - 1000 мм2) при протіканні гармонік струму вище п'ятої при базовій частоті 50 Гц. Такі розрахункові співвідношення дозволять здійснювати у програмному середовищі MATLAB Simulink врахування декількох гармонійних складових струму при нагріванні лінії.
Отримані значення коефіцієнта детермінації при визначенні розрахункових залежностей близькі до 1, що говорить про правильно обраний вид рівняння і правильно підібраний коефіцієнт k для різних перерізів кабельної лінії.
Наукова новизна. Наукова новизна полягає у розробці нової залежності, котра обґрунтована високим значенням множинного коефіцієнту кореляції, поправочного коефіцієнту збільшення опору жили кабелю від номеру гармоніки та емпіричного коефіцієнту регресійної моделі, котрий враховує переріз кабельної лінії.
Практична цінність. Практична цінність роботи полягає у отриманні залежностей, котрі можливо використовувати у аналітичних та імітаційних моделях при визначенні величини нагріву кабельних ліній з урахуванням струму гармонік вище п'ятої при базовій частоті 50 Гц. Таке застосування дозволить у багатьох випадках замінити фізичний експеримент імітаційним у програмному середовищі MATLAB Simulink, що зменшить необхідні людські та матеріальні витрати.Мета роботи. При проходженні змінного струму з вищими гармоніками по кабелю нагрівання здійснюється середньоквадратичним значенням всіх гармонік. Зважаючи на різний опір кабелю в залежності від частоти через дію поверхневого ефекту, доцільно розраховувати коефіцієнт підвищення опору повному струму, приймаючи дію кожної гармоніки незалежною. Однак, є передумови вважати існуючи розрахункові моделі складними для алгоритмічної реалізації у програмних пакетах. Тому метою роботи є розробка розрахункової моделі для врахування збільшення активного опору провідника змінному струму при поверхневому ефекті для подальшого використання у пакетах імітаційного моделювання таких як, наприклад, MATLAB.
Методи дослідження. Методи лінійної алгебри, лінійної регресії, визначення коефіцієнта детермінації.
Отримані результати. Отримано залежності для визначення величини опору високовольтних кабельних ліній струмам високої частоти, котрі враховують переріз та гармонійний склад струму. За існуючими та обґрунтованими графіками (залежностями), отриманими на підставі класичних виразів з літератури, були отримані нові спрощені розрахункові залежності (для перерізу мідних кабельних ліній 240 - 1000 мм2) при протіканні гармонік струму вище п'ятої при базовій частоті 50 Гц. Такі розрахункові співвідношення дозволять здійснювати у програмному середовищі MATLAB Simulink врахування декількох гармонійних складових струму при нагріванні лінії.
Отримані значення коефіцієнта детермінації при визначенні розрахункових залежностей близькі до 1, що говорить про правильно обраний вид рівняння і правильно підібраний коефіцієнт k для різних перерізів кабельної лінії.
Наукова новизна. Наукова новизна полягає у розробці нової залежності, котра обґрунтована високим значенням множинного коефіцієнту кореляції, поправочного коефіцієнту збільшення опору жили кабелю від номеру гармоніки та емпіричного коефіцієнту регресійної моделі, котрий враховує переріз кабельної лінії.
Практична цінність. Практична цінність роботи полягає у отриманні залежностей, котрі можливо використовувати у аналітичних та імітаційних моделях при визначенні величини нагріву кабельних ліній з урахуванням струму гармонік вище п'ятої при базовій частоті 50 Гц. Таке застосування дозволить у багатьох випадках замінити фізичний експеримент імітаційним у програмному середовищі MATLAB Simulink, що зменшить необхідні людські та матеріальні витрати
Анізотропний метадіелектричний перетворювач
Get PDFPurpose. Investigation of the peculiarities of the electric field energy conversion by an anisotropic meta-medium with a negative value of the dielectric constant in one of the selected main crystallographic directions.
Methodology. Research was carried out using methods of physical and mathematical modeling of anisotropic metadielectric converter; using methods to optimize the function of the dependence of the conversion factor m, anisotropic metadielectric converter, on the angle α between one of the crystallographic axes and the edge of the platinum a, at fixed anisotropy coefficients of metadielectric material.
Findings. For the first time, the peculiarities of the electric field transformation by an anisotropic meta-medium with a negative value of the dielectric constant in one of the selected main crystallographic directions were studied. It is established that at the moment of application to the upper and lower faces of the anisotropic metadielectric plate, which is the basis of the anisotropic metadielectric converter, some potential difference leads to polarization of its volume and the emergence of both longitudinal and transverse components of the vortex electric field. This situation leads to axial folding of its internal field, which in turn causes the appearance of micro-vortices of the electric field, given by the expression , where - the circular time of rotation of the micro-vortex, and signs "+" and "-" - indicate the direction of its rotation. Such axial electric micro vortices are an efficient mechanism that pumps energy between the physical vacuum and, in our case, the anisotropic metadielectric plate of the transducer.
The dependence of the transformation coefficient m of this medium on the value of anisotropy is analyzed. Studies have shown that in the interval the value of m is characterized by a negative value, and in the interval – positive, this allowed us to determine the areas of stable existence of different types of energy.
The use of metadielectric material in comparison with the classical one is characterized by values of m>1. Note that in some cases there is an abnormal increase in the coefficient.
Originality. Using the representations of vortex electrodynamics, the mechanism of energy interaction between the vortex electric field of an anisotropic metaenvironment and the physical vacuum is proposed.
Practical value. A model of the original design of an anisotropic metadielectric converter is proposed. Areas of its practical use in the form of generators of electricity, heat and cold are determined, calculated expressions for their efficiency are in the range η = 0.5 ÷ 0.98, and the cooling temperature can reach the temperature of liquid helium.Цель работы. Исследование особенностей преобразования энергии электрического поля анизотропной метасредой при отрицательном значении диэлектрической проницаемости в одном из выбранных главных кристаллографических направлений.
Методы исследования. Проведены исследования с применением методов физико-математического моделирования анизотропного метадиэлектрического преобразователя; с использованием методов оптимизации функции зависимости коэффициента преобразования m, анизотропного метадиэлектрического преобразователя, от угла α между одной из кристаллографических осей и ребром пластитин а, при фиксированных коэффициентах анизотропии метадиэлектрического материала.
Полученные результаты. Впервые исследованы особенности преобразования электрического поля анизотропной метасредой при отрицательном значении диэлектрической проницаемости в одном из выбранных главных кристаллографических направлений. Установлено, что в момент приложения к верхней и нижней граням анизотропной метадиэлектрической пластины, которая является основой анизотропного метадиэлектрического преобразователя, некоторой разности потенциалов приводит к поляризации ее объема и возникновению как продольной, так и поперечной составляющих вихревого электрического поля. Такая ситуация ведет к аксиальному сворачиванию ее внутреннего поля, что в свою очередь приводит к появлению микровихрей электрического поля, которые описываются выражением где – круговая частота вращения микровихря, а знаки «+» и «–» – обозначают направление его вращения. Такие аксиальные электрические микровихри являются эффективным механизмом, перекачивающим энергию между физическим вакуумом и в нашем случае, анизотропной метадиэлектрической пластиной преобразователя.
Проведен анализ зависимости коэффициента преобразования m этой среды от значения анизотропии . Исследования продемонстрировали, что в интервале величина m характеризуется отрицательным значением, а в интервале – положительным, это позволило определить области стабильного существования разных видов энергий.
Использование метадиэлектрического материала по сравнению с классическим характеризуется значениями m>1. Отметим, что в редких случаях наблюдается аномальный рост упоминаемого коэффициента.
Научна новизна. С использованием представлений вихревой электродинамики предложен механизм энергетического взаимодействия между энергиями электрического поля анизотропной метасреды и физического вакуума.
Практическая ценность. Предложена модель оригинальной конструкции анизотропного метадиэлектрического преобразователя. Определены области практического использования анизотропного метадиэлектрического преобразователя в виде генераторов электричества, тепла и холода, получены расчетные выражения для их коэффициента полезного действия, находящегося в интервале η = 0,5÷0,98, а температура охлаждения может достигать температуры жидкого гелия.Мета роботи. Дослідження особливостей перетворення енергії електричного поля анізотропним метасередовищем при від’ємному значенні діелектричної проникності в одному з обраних головних кристалографічних напрямків.
Методи дослідження. Проведено дослідження із застосуванням методів фізико-математичного моделювання анізотропного метадіелектричного перетворювача; з використанням методів оптимізації функції залежності коефіцієнта перетворення m, анізотропного метадіелектричного перетворювача, від кута α між однією з кристалографічний осей і ребром пласитини а, при фіксованих коефіцієнтах анізотропії метадіелектричного матеріалу.
Отримані результати. Вперше досліджено особливості перетворення електричного поля анізотропним метасередовищем при від’ємному значенні діелектричної проникності в одному з обраних головних кристалографічних напрямків. Установлено, що у момент прикладання до верхньої та нижньої граней анізотропної метадіелектричної пластини, яка є основою анізотропного метадіелектричного перетворювача, деякої різниці потенціалів призводить до поляризації її об’єму та виникнення як поздовжньої , так і поперечної складових вихрового електричного поля. Така ситуація веде до аксіального згортання її внутрішнього поля, яка у свою чергу зумовлює появу мікровихорів електричного поля, що подаються виразом , де – кругова частота обертання мікровихору, а знаки «+» та «–» – позначають напрямок його обертання. Такі аксіальні електричні мікровихори є ефективним механізмом, що перекачує енергію між фізичним вакуумом і в нашому випадку, анізотропною метадіелектричною пластиною переретворювача.
Проведено аналіз залежності коефіцієнта перетворення m цього середовища від значення анізотропії . Дослідження продемонстрували, що у інтервалі величина m характеризується від’ємним значенням, а в інтервалі – додатнім, це дозволило визначити області стабільного існування різних видів енергій.
Використання метадіелектричного матеріала в порівнянні із класичним характеризується значеннями m>1. Зазначимо, що в окремих випадках спостерігається аномальне зростання згадуваного коефіцієнта.
Наукова новизна. З використанням уявлень вихрової електродинаміки запропоновано механізм енергетичної взаємодії між вихровим електричним полем анізотропного метасередовища та фізичним вакуумом.
Практична цінність. Запропоновано модель оригінальної конструкції анізотропного метадіелектричного перетворювача. Визначено області його практичного використання у вигляді генераторів електрики, тепла та холоду, отримано розрахункові вирази для їх коефіцієнта корисної дії, що знаходиться в інтервалі η=0,5÷0,98, а температура охолодження може досягати температури рідкого гелію
Розрахунок схеми електронного навантаження для тестування низьковольтних джерел
Get PDFPurpose. The introduction of electronic load for testing high-precision low-voltage sources (solar panels) requires careful review not only of the circuit design, but also thermal and mechanical design. The article considers the principle of creating and calculating the optimal solution for the implementation of electronic load.
Methodology. To achieve this goal, methods of analysis of modern electronic database, calculations of basic physical and electrical parameters and their modeling are used.
Findings. Based on the considered physical and circuit solutions for the implementation of the electronic load unit, a corresponding electrical circuit was developed. The transistors are controlled by four unipolar operational amplifiers integrated into the LM324 chip. Control of the electronic load unit is implemented by controlling the voltage at the positive feedback terminals, which is further stabilized by the TL431 chip. The device is powered by a source of DC stabilized current of 12 V (provides additional filtering from voltage fluctuations).
Originality. Modern advances in the development of solar cells and other low-voltage energy sources have led to the need to create compact and express systems for testing them, which cannot be implemented on existing solutions.
Practical value. Adherence to the indications and principles set out in this article will provide the load with the ability to work at high power, while maintaining good performance and reliability. The developed scheme allows to create a compass device for express testing of solar panels.Цель работы. Внедрение электронной нагрузки для испытания высокоточных низковольтных источников (солнечных батарей) требует тщательного просмотра не только схемотехнической конструкции, но и теплотехнической и механической конструкции. В статье рассматривается принцип создания и расчета оптимального решения для реализации электронной нагрузки.
Методы исследования. Для достижения цели используются методы анализа современной электронной базы, расчет основных физических и электрических параметров и их моделирование.
Полученные результаты. На основе рассмотренных физико-схемных решений для реализации электронного блока нагрузки была разработана соответствующая электрическая схема. Транзисторы управляются четырьмя униполярными операционными усилителями, интегрированными в микросхему LM324. Управление электронным блоком нагрузки реализуется путем управления напряжением на клеммах положительной обратной связи, дополнительно стабилизируемой микросхемой TL431. Устройство питается от источника постоянного стабилизированного тока напряжением 12 В (обеспечивает дополнительную фильтрацию от колебаний напряжения).
Научна новизна. Современные достижения в разработке солнечных элементов и других низковольтных источников энергии привели к необходимости создания компактных и экспрессных систем их тестирования, которые нельзя реализовать на существующих решениях.
Практическая ценность. Соблюдение показаний и принципов, изложенных в этой статье, обеспечит нагрузке возможность работать на большой мощности, и при этом сохранить хорошие характеристики и надежность. Разработанная схема позволяет создать компасное устройство для экспрессного тестирования солнечных батарей.Мета роботи. Впровадження електронного навантаження для випробування високоточних низьковольтних джерел (сонячних батарей) вимагає ретельного перегляду не тільки схемотехнічної конструкції, а й теплотехнічної та механічної конструкції. У статті розглядається принцип створення та розрахунку оптимального рішення для реалізації електронного навантаження.
Методологія. Для досягнення мети використовуються методи аналіза сучасної електронної бази, розрахунки основних фізичних та електричних параметрів та їх моделювання.
Висновки. На основі розглянутих фізико-схемних рішень для реалізації електронного блоку навантаження була розроблена відповідна електрична схема. Транзистори керуються чотирма уніполярними операційними підсилювачами, інтегрованими в мікросхему LM324. Управління електронним блоком навантаження реалізується шляхом управління напругою на клемах позитивного зворотного зв'язку, яка додатково стабілізується мікросхемою TL431. Пристрій живиться від джерела постійного стабілізованого струму напругою 12 В (забезпечує додаткову фільтрацію від коливань напруги).
Оригінальність. Сучасні досягнення у розробці сонячних елементів та інших низьковольтних джерел енергії призвели до необхідності створення компактних та експресних систем їх тестування, котрі не можна реалізувати на існуючих рішеннях.
Практичне значення. Дотримання показань і принципів, які викладені в цій статті, забезпечить навантаженню можливість працювати на великій потужності, і при цьому зберегти хороші характеристики і надійність. Розроблена схема дозволяє створити компасний пристрій експресного тестування сонячних батарей
Експериментальна оцінка корекції потужності генератора автономної вітроелектроустановки
Get PDFPurpose. To evaluate the efficiency of regulating the output active power of the magnetoelectric generator as part of an autonomous wind turbine.
Methodology. Analysis of existing methods of adjusting the output parameters of generators. Methods of experimental research of electric generators. Numerical processing methods of the obtained results.
Findings. An experimental stand was developed to study the parameters and characteristics of an autonomous magnetoelectric generator as part of a wind turbine in order to assess the effectiveness of correcting the output power of the generator. Experimental studies of the magnetoelectric generator in the idle mode for two cases are carried out: the characteristic of idling at magnetization with use of a third-party capacity and the idle characteristics when magnetized by an additional winding (with DC supply. In this experiment, the output voltage increases from 26% (at a speed of 200 rpm) to 47% (at a speed of 780 rpm). Studies have shown that the use of the method of correcting the output power by connecting additional capacity to the armature winding of the generator is a less effective method of power control than the use of magnetization by the additional winding. The following studies were conducted: study of the efficiency of the magnetizing winding at constant active load and at different speeds (different wind speeds), study of the efficiency of the magnetizing winding while maintaining a constant voltage at the generator terminals 14.4 V. Depth of the output power regulation depends on the rotation speed of the wind turbine rotor and according to the results of experimental studies, for a load of I = 0.8 A is: 1.4% at 350 rpm; 12.5% at 550 rpm; 15.3% at 650 rpm; 22.12% at 750 rpm. A more efficient method is to use an additional sub-magnetizing winding. A comparative analysis of the initial parameters of the magnetoelectric generator is obtained by experimental studies and numerical modeling simulation. Comparison of modeling results with the results of experimental studies shows the convergence of the obtained results within 7-10%, which confirms the adequacy of the developed models and the reliability of the obtained results.
Originality. By means of experimental researches of the magnetoelectric generator the limits of output power correction of the generator as a part of the independent wind electric installation are established.
Practical value. An experimental stand was developed for the study of a magnetoelectric generator with axial magnetic flux to simulate its operation as part of an autonomous wind turbine.Цель работы. Провести оценку эффективности регулирования выходной активной мощности магнитоэлектрического генератора в составе автономной ветроэлектроустановки.
Методы исследования. Анализ существующих методов коррекции выходных параметров генераторов. Методы экспериментального исследования электрогенераторов. Численные методы обработки полученных результатов.
Полученные результаты. Разработан экспериментальный стенд для исследования параметров и характеристик автономного магнитоэлектрического генератора в составе ветроэлектроустановки с целью оценки эффективности коррекции исходной мощности генератора. Проведены экспериментальные исследования магнитоэлектрического генератора в режиме холостого хода для двух случаев: характеристика холостого хода при подмагничивании с применением сторонней емкости; характеристика холостого хода при подмагничивании дополнительной обмоткой (при подаче постоянного тока. В данном опыте выходное напряжение увеличивается от 26% (при скорости вращения 200 об/мин) до 47 % (при скорости вращения 780 об/мин). метода коррекции выходной мощности путем присоединения дополнительной емкости к обмотки якоря генератора является менее эффективным методом регулирования мощности, чем использование подмагничивания дополнительной обмоткой. проведены следующие исследования: исследование эффективности использования обмотки подмагничивания при постоянной активной нагрузке и при разной скорости вращения (разной скорости ветра); исследование эффективности использования обмотки подмагничивания при поддержании постоянного напряжения на зажимах генератора 14,4 В. Глубин а регулирование выходной мощности зависит от скорости вращения ротора ветроустановки и по результатам экспериментальных исследований, для нагрузки И=0,8 А составляет: 1,4% при 350 об/мин; 12,5% при 550 об/мин; 15,3% при 650 об/мин; 22,12% при 750 об/мин. Более эффективным методом является использование дополнительной подмагничивающей обмотки. Проведен сравнительный анализ исходных параметров магнитоэлектрического электрогенератора, полученных путем экспериментальных исследований и имитационного численного моделирования. Сравнение результатов моделирования с результатами экспериментальных исследований показывают схожесть полученных результатов в пределах 7-10%, что подтверждает адекватность разработанных моделей и достоверность полученных результатов.Мета роботи. Провести оцінку ефективності регулювання вихідної активної потужності магнітоелектричного генератора у складі автономної вітроелектроустановки.
Методи дослідження. Аналіз існуючих методів корегування вихідних параметрів генераторів. Методи експериментального дослідження електрогенераторів. Чисельні методи обробки отриманих результатів.
Отримані результати. Розроблено експериментальний стенд для дослідження параметрів та характеристик автономного магнітоелектричного генератора у складі вітроелектроустановки з метою оцінки ефективності корекції вихідної потужності генератора. Проведено експериментальні дослідження магнітоелектричного генератора в режимі холостого ходу для двох випадків: характеристика холостого ходу при підмагнічуванні із застосуванням сторонньої ємності; характеристика холостого ходу при підмагнічуванні додатковою обмоткою (при подачі постійного струму. В даному досліді вихідна напруга збільшується від 26% (при швидкості обертання 200 об/хв) до 47 % (при швидкості обертання 780 об/хв). Дослідження показали що використання методу корекції вихідної потужності шляхом приєднання додаткової ємності до обмотки якоря генератора є менш ефективним методом регулювання потужності ніж використання підмагнічування додатковою обмоткою. Проведено серію експериментальних досліджень генератора у складі автономної вітроустановки за різного значення активного навантаження та за різних методів корекції вихідної потужності. При цьому проведено наступні дослідження: дослідження ефективності використання обмотки підмагнічування при постійному активному навантаженні та за різної швидкості обертання (різної швидкості вітру);дослідження ефективності використання обмотки підмагнічування при підтримці постійної напруги на затискачах генератора 14,4 В. Глибина регулювання вихідної потужності залежить від швидкості обертання ротора вітроустановки і за результатами експериментальних досліджень, для навантаження І=0,8 А становить: 1,4% при 350 об/хв; 12,5% при 550 об/хв; 15,3% при 650 об/хв; 22,12% при 750 об/хв. Більш ефективним методом є використання додаткової підмагнічувальної обмотки. Проведено порівняльний аналіз вихідних параметрів магнітоелектричного електрогенератора отриманих шляхом експериментальних досліджень та імітаційного чисельного моделювання. Порівняння результатів моделювання з результатами експериментальних досліджень показують сходимість отриманих результатів в межах 7-10%, що підтверджує адекватність розроблених моделей та достовірність отриманих результатів.
Наукова новизна. Шляхом експериментальних досліджень магнітоелектричного генератора встановлено межі корекції вихідної потужності генератора у складі автономної вітроелектроустановки.
Практична цінність. Розроблено експериментальний стенд для дослідження магнітоелектричного генератора з осевим магнітним потоком для імітації його роботи у складі автономної вітроелектроустановки
Дослідження енергетичних характеристик електромеханічної системи керування 4 - приводним електричним транспортним засобом
Get PDFPurpose. To determine for the developed electromechanical control system of a 4-drive electric vehicle, the power of the drives and the coefficients of the gearboxes that ensure the minimum energy consumption during acceleration from 0 to 100 km / h in 5 s.
Research methods. Mathematical analysis and modeling.
Findings. The proposed solution is to determine, for a given vehicle dynamics (acceleration from 0 to 100 km / h in 5 s), by mathematical modeling, values of drive powers and gear ratios, which increase the efficiency of the electromechanical system. The condition for increasing the efficiency is to minimize the consumption of electrical energy for acceleration. The developed computer model of the electromechanical control system of the 4 - drive electric vehicle allows to carry out researches on definition of electromechanical parameters of the control system providing the minimum energy consumption at dispersal from 0 to 100 km / h for 5 s. The current consumed by the drives was determined by studying the energy characteristics of the drives obtained on a previously developed laboratory stand. Gear ratios and drive power have been found to provide minimum power consumption when accelerating a 4-wheel drive electric vehicle. From the obtained data it is seen that for each power studied there are minima in the range of gear ratios 1-3,4. Also in the course of the research it was found that among the studied powers of 30-160 kW there is a drive that uses less energy. For the studied electric vehicle, these are four drives of 75 kW with a reduction factor of 3,3. The presence of minima in the interval between the gear ratios and the interval of the studied drive powers is explained by the variability of the engine efficiency in the load ranges varying from 0.3 to 2 times and the engine shaft speed of 0-3000 rpm, due to varying degrees of loss impact, the dynamic modes of the drive.
Originality. The study of energy characteristics based on the developed control system for a 4-wheel drive vehicle makes it possible to find the electromechanical parameters of the system that provide a minimum of energy consumption during acceleration from 0 to 100 km/h in 5 s.
Practical value. The electromechanical parameters of the control system of the 4-drive electric vehicle obtained as a result of research allow to receive economy of electric energy at dispersal from 0 to 100 km / h for 5 s in 2-3% within one experimental nominal power of the engine.Цель работы. Определить, для разработанной электромеханической системы управления 4-х приводного электрического транспортного средства, мощности приводов и коэффициенты редукторов, обеспечивающих минимальное потребление энергии при разгоне от 0 до 100 км/ч за 5 секунд.
Методы исследования. Математический анализ имоделирование.
Полученные результаты. Предложенное решение состоит в определении для заданной динамики транспортного средства (разгон от 0 до 100 км/ч за 5 с) путем математического моделирования, значений мощностей приводов и коэффициентов редукторов, способствующих повышению КПД электромеханической системы. Условием повышения КПД является минимизация расхода электрической энергии на разгон. Разработанная компьютерная модель электромеханической системы управления 4 - приводного электрического транспортного средства позволяет провести исследование определения электромеханических параметров системы управления, обеспечивающих минимальное потребление энергии при разгоне от 0 до 100 км/ч за 5 с. Определение потребляемого приводами тока проводилось путем исследования энергетических характеристик приводов, полученных на разработанном ранее лабораторном стенде. Обнаружены коэффициенты редукторов и мощность привода, обеспечивающая минимальное потребление электрической энергии при разгоне 4-приводного электрического транспортного средства. Из полученных данных видно, что для каждой изучаемой мощности существуют минимумы на промежутке коэффициентов редукторов 1-3,4. Также в процессе исследования обнаружено, что среди исследуемых мощностей 30-160 кВт существует привод, использующий меньшее количество энергии. Для исследуемого электрического транспортного средства это четыре привода по 75 кВт с коэффициентом редуктора 3,3. Наличие минимумов на промежутке коэффициентов редукторов и промежутке исследуемых мощностей приводов, объясняется изменчивостью КПД двигателя в диапазонах нагрузки, варьирующихся от 0,3 до 2 раз и частот вращения вала двигателя 0-3000 об/мин, обусловленное различной степенью воздействия потерь, в динамических режимах работы привода.
Научная новизна. Исследование энергетических характеристик на основе разработанной системы управления 4-х приводным транспортным средством позволяет найти электромеханические параметры системы, обеспечивающие минимум потребления энергии при разгоне от 0 до 100км/ч за 5 с.
Практическая ценность. Полученные, в результате исследования, электромеханические параметры системы управления 4-х приводным электрическим транспортным средством позволяют в пределах одной мощности двигателя получить экономию электрической энергии на разгон от 0 до 100 км/ч за 5 c в 2-3%.Мета роботи. Визначити для розробленої електромеханічної системи керування 4-приводного електричного транспортного засобу потужності приводів та коефіцієнти редукторів, що забезпечують мінімальне споживання енергії при розгоні від 0 до 100 км/год за 5 с.
Методи дослідження. Математичний аналіз та моделювання.
Отримані результати. Запропоноване рішення полягає у визначенні, для заданої динаміки транспортного засобу (розгін від 0 до 100 км/год за 5 с), шляхом математичного моделювання, значень потужностей приводів та коефіцієнтів редукторів, що сприяють підвищенню ККД електромеханічної системи. Умовою підвищення ККД є мінімізація витрат електричної енергії на розгін. Розроблена комп'ютерна модель електромеханічної системи керування 4 - приводного електричного транспортного засобу дозволяє провести дослідження щодо визначення електромеханічних параметрів системи керування, що забезпечують мінімальне споживання енергії при розгоні від 0 до 100 км/год за 5 с.Визначення споживаного приводами струму проводилось шляхом дослідження енергетичних характеристик приводів, які отримано на розробленому раніше лабораторному стенді. Знайдено коефіцієнти редукторів та потужність приводу, що забезпечує мінімальне споживання електричної енергії при розгоні 4-приводного електричного транспортного засобу. З отриманих даних видно, що для кожної досліджуваної потужності існують мінімуми на проміжку коефіцієнтів редукторів 1-3,4. Також у процесі дослідження виявлено, що серед досліджуваних потужностей30-160 кВт існує привод, який витрачає меншу кількість енергії. Для досліджуваного електричного транспортного засобу– це чотири привода по 75 кВт з коефіцієнтом редуктора 3,3.Наявність мінімумів на проміжку коефіцієнтів редукторів і проміжку досліджуваних потужностей приводів, пояснюється мінливістю ККД двигуна в діапазонах навантаження, що варіюються від 0,3 до 2 разів та частот обертання валу двигуна 0-3000 об/хв, обумовлене різним ступенем впливу втрат, що виникають у динамічних режимах роботи приводу.
Наукова новизна. При дослідженні енергетичних характеристик на основі розробленої системи керування 4- приводним транспортним засобом знайдено електромеханічні параметри системи, що забезпечують мінімум споживання енергії при розгоні від 0 до 100 км/год за 5 с.
Практична цінність. Отримані в результаті дослідження електромеханічні параметри системи керування 4-х приводним електричним транспортним засобом дозволяють в межах однієї дослідної номінальної потужності двигуна отримати економію електричної енергії при розгоні від 0 до 100 км/год за 5 с в 2-3%
Вимірювання крутного моменту для дослідження енергетичних характеристик приводів електромобілей
Get PDFPurpose. Development of a torque measuring unit as part of a laboratory complex for studying the energy characteristics of electric drives for the purpose of mathematical modeling of the dynamic operating modes of an electric vehicle drive.
Research methods. Physical experiment, regression analysis, interpolation.
Findings. A torque measuring unit has been developed as part of a laboratory complex for studying the energy characteristics of electric vehicle drives, the design of which allows creating a torque on the shaft of the engine under study using a load and measuring it with a strain gauge force sensor. The laboratory stand together with the developed torque measuring unit corresponds to the required range and measurement accuracy. The experimental data obtained at the test bench make it possible to determine the dependence of the energy consumed by the drive on the mechanical power on the shaft of the engine under study, which makes it possible to analytically describe the drive under study and carry out mathematical modeling in the context of studying the influence of mechanical parameters on the consumed energy in dynamic modes of operation.
Originality. A method for measuring torque on the motor shaft for studying the energy characteristics of electric vehicle drives has been developed. This method is based on the contact method of measurement, which uses 2 motors (loading and testing) and strain gauge force sensor and differs from others in the design that creates a moment on the shaft of the test motor.The result of processing the experimental data obtained by this method is the analytical dependence of the energy consumed by the drive on the value of the mechanical power on the shaft, the parameters of which are the angular speed and torque of the engine. The specified energy characteristic of the drive makes it possible, by means of mathematical modeling, to determine the electromechanical parameters of the drive, minimizing its energy consumption in dynamic modes of operation.
Practical value. A method for measuring the moment on the motor shaft is proposed, with the help of which the dependence of the energy consumed by the drive on the mechanical power on the motor shaft is determined in an analytical form, which allows by mathematical modeling to find the electromechanical parameters of the system that increase the energy efficiency of the drive of an electric vehicle.Цель работы. Разработка узла измерения крутящего момента в составе лабораторного комплекса для исследования энергетических характеристик электроприводов с целью математического моделирования динамических режимов работ привода электрического транспортного средства.
Методы иссследования. Физический эксперимент, регрессионный анализ, интерполяция.
Полученные результати. Разработан узел измерения крутящего момента в составе лабораторного комплекса исследования энергетических характеристик приводов электрических транспортных средств, конструкция которого позволяет создавать крутящий момент на валу исследуемого двигателя с помощью нагрузочного и измерять его тензометрическим датчиком силы. Лабораторный стенд совместо с разработанным узлом измерения момента соответствует требуемому диапазону и точности измерений. Полученные на стенде экспериментальные данные позволяют определить зависимость потребляемой приводом энергии от механической мощности на валу исследуемого двигателя, что дает возможность аналитически описать исследуемый привод и провести математическое моделирование в контексте исследования влияния механических параметров на потребленную энергию в динамических режимах работы.
Научная новизна. Разработан способ измерения крутящего момента на валу двигателя для исследования энергетических характеристик приводов электрических транспортных средств. Указанный способ базируется на контактном методе измерения, который использует 2 двигателя (нагрузочный и исследуемый) и тензометрический датчик силы и отличается от других конструкцией, что создает момент на валу исследующего двигателя. Результатом обработки экспериментальных данных, полученных данным способом, является аналитическая зависимость потребляемой приводом энергии от значения механической мощности на валу, параметрами которой являются угловая скорость и крутящий момент двигателя. Указанная энергетическая характеристика привода позволяет путем математического моделирования определить электромеханические параметры привода, минимизирующие его энергопотребление в динамических режимах работы.
Практическая ценность. Предложен способ измерения момента на валу двигателя, с помощью которого определена в аналитическом виде зависимость потребляемой приводом энергии от механической мощности на валу двигателя, что позволяет путем математического моделирования найти электромеханические параметры системы, повышающие энергоэффективность привода электрического транспортного средства.Мета роботи. Розробка вузла вимірювання крутного моменту, у складі лабораторного комплексу для дослідження енергетичних характеристик електроприводів з метою математичного моделювання динамічних режимів роботи приводу електричного транспортного засобу.
Методи дослідження . Фізичний експеримент, регресійний аналіз, інтерполяція.
Отримані результати. Розроблено вузол вимірювання крутного моменту у складі лабораторного комплексу дослідження енергетичних характеристик приводів електричних транспортних засобів, конструкція якого дозволяє створювати крутний момент на валу досліджуваного двигуна за допомогою навантажувального і вимірювати його тензометричним датчиком сили. Лабораторний стенд разом із розробленим вузлом вимірювання моменту відповідає необхідному діапазону та точності вимірювань. Отримані на стенді експериментальні дані дозволяють визначити залежність споживаної електроприводом енергії від механічної потужності на валу досліджуваного двигуна, що дає можливість аналітично описати досліджуваний привод і провести математичне моделювання в контексті дослідження впливу механічних параметрів на спожиту енергію в динамічних режимах роботи.
Наукова новизна. Розроблено спосіб вимірювання крутного моменту на валу двигуна для дослідження енергетичних характеристик приводів електричних транспортних засобів. Вказаний спосіб базується на контактному методі вимірювання, який використовує 2 двигуна (навантажувальний і досліджувальний) та тензометриичний датчик сили, відрізняється від інших конструкцією, що створює момент на валу досліджувального двигуна. Результатом обробки експериментальних даних, отриманих даним способом, є аналітична залежність споживаної приводом енергії від значення механічної потужності на валу, параметрами якої є кутова швидкість і крутний момент двигуна. Зазначена енергетична характеристика приводу дозволяє шляхом математичного моделювання визначити електромеханічні параметри приводу, що мінімізують його енергоспоживання у динамічних режимах роботи.
Практична цінність. Запропоновано спосіб вимірювання моменту на валу двигуна, за допомогою якого визначена в аналітичному вигляді залежність енергії, що споживається приводом, від механічної потужності на валу двигуна. Це дозволяє шляхом математичного моделювання знайти електромеханічні параметри системи, що підвищують енергоефективність приводу електричного транспортного засобу
Лабораторний стенд з бездротовим інтерфейсом для дослідження систем автоматичного керування електроприводами постійного струму
Get PDFPurpose. Development of a laboratory stand with a wireless interface for the study and research of automatic control systems for DC electric drives.
Methodology. Physical experiment on the developed laboratory bench, computer modelling, calculation and analytical methods.
Findings. The study considered and analyzed the advantages and disadvantages of existing developments of laboratory stands with virtual and remote components, the possibility of organizing a wireless interface, taking into account cost-effectiveness, mobility, reliability and simplicity, as well as the possibility of using as a training stand. The connection of the stand by means of USB and Wi-Fi is developed. The STM32F103C8T6 microcontroller is used for the power switch and the automatic control system. The interface part consists of a NodeMCU board, a MicroSD card module, an interface control unit, a 16x2 LCD and an I2C converter. The UART-USB interface is used for information transfer and programming of the stand. The possibility of current remote transmission of information about the modes and parameters of the engine to a computer with a browser output by installing the Wi-Fi module ESP8266MOD. A closed system of automatic DC motor control with PID current regulators and EMF has been developed. Experiments were performed with a pulse and smooth increase in motor speed and variation of the components of the PID controllers using the control panel of the laboratory stand. All graphs of the results of the experiment were obtained on a web page with a fixed IP address in the browser via Wi-Fi.
Originality. The structure of the remote monitoring and control system based on hardware and software combination of telecommunication and measuring systems is proposed and developed, which differs from the existing ones by the presence of current wireless transmission of information, which allows to remotely receive research data of automatic DC motor control systems.
Practical value. The developed laboratory stand with the wireless interface allows to receive and store experimental data on parameters of the investigated engine in real time remotely.Цель работы. Разработка лабораторного стенда с беспроводным интерфейсом для изучения и исследования систем автоматического управления электроприводами постоянного тока.
Методы исследования. Физический эксперимент на разработанном лабораторном стенде, компьютерное моделирование, расчетно-аналитический методы.
Полученные результаты. В ходе исследования были рассмотрены и проанализированы преимущества и недостатки существующих разработок лабораторных стендов с виртуальной и дистанционной составляющей, возможностью организации беспроводного интерфейса, с учетом экономичности, мобильности, надежности и простоты исполнения, а также возможности использования в качестве учебного стенда. Разработано подключение стенда с помощью USB и Wi-Fi. Для силового коммутатора и системы автоматического управления использован микроконтроллер STM32F103C8T6. Интерфейсная часть состоит из платы NodeMCU, модуля MicroSD карты, блока управления интерфейсом, LCD 16x2 и I2C преобразователя. Для передачи информации и программирования стенда применен интерфейс UART - USB. Предусмотрена возможность текущей дистанционной передачи информации о режимах и параметры работы двигателя к компьютеру с выводом на браузер путем установки модуля Wi-Fi ESP8266MOD. Разработана замкнутая система автоматического управления двигателем постоянного тока с ПИД-регуляторами тока и ЭДС. Были проведены эксперименты с импульсным и плавным увеличением скорости двигателя и варьированием составляющих ПИД-регуляторов с помощью пульта управления. Все графики результатов эксперимента были получены на веб-странице с фиксированным IP-адресом в браузере через Wi-Fi.
Научная новизна. Предложена и разработана структура системы дистанционного мониторинга и управления на основе аппаратно-программного совмещения телекоммуникационной и измерительной систем, которая отличается от существующих наличием текущей беспроводной передачи информации, позволяет дистанционно получать данные исследований систем автоматического управления двигателем постоянного тока.
Практическая ценность. Разработанный лабораторный стенд с беспроводным интерфейсом позволяет дистанционно получать и хранить экспериментальные данные о параметрах исследуемого двигателя в режиме реального времени.Мета роботи. Розробка лабораторного стенду з бездротовим інтерфейсом для вивчення та дослідження систем автоматичного керування електроприводами постійного струму.
Методи дослідження. Фізичний експеримент на розробленому лабораторному стенді, комп’ютерне моделювання, розрахунково-аналітичний.
Отримані результати. В ході дослідження було розглянуто та проаналізовано переваги та недоліки існуючих розробок лабораторних стендів з віртуальною та дистанційною складовою, можливістю організації бездротового інтерфейсу, з урахуванням економічності, мобільності, надійності і простоти виконання, а також можливості використання як навчального стенду. Розроблено підключення стенду за допомогою USB та Wi-Fi. Для силового комутатора та системи автоматичного керування використано мікроконтролер STM32F103C8T6. Інтерфейсна частина складається з плати NodeMCU, модуля MicroSD карти, блоку керування інтерфейсом, LCD 16x2 з I2C розширювачем. Передбачено можливість поточної дистанційної передачі інформації про режими та параметри роботи двигуна до комп’ютера з виводом на браузер через модуль Wi-Fi ESP8266MOD. Розроблено замкнену систему автоматичного керування двигуном постійного струму з ПІД-регуляторами струму та ЕРС. Було проведено експерименти з імпульсним та плавним збільшенням швидкості двигуна та варіюванням складових ПІД-регуляторів за допомогою пульта керування. Всі графіки результатів експерименту були отримані на веб-сторінці з фіксованою IP-адресою в браузері через Wi-Fi.
Наукова новизна. Запропоновано та розроблено структуру системи дистанційного моніторингу та керування на основі апаратно-програмного суміщення телекомунікаційної та вимірювальної систем, яка відрізняється від існуючих наявністю поточної бездротової передачі інформації, що дозволяє дистанційно отримувати дані досліджень систем автоматичного керування двигуном постійного струму.
Практична цінність. Розроблений лабораторний стенд з бездротовим інтерфейсом дозволяє дистанційно отримувати і зберігати експериментальні дані про параметри досліджуваного двигуна у режимі реального часу
Методика вибору номінальної потужності силових трансформаторів в умовах розподільчих електричних мереж населених пунктів
Get PDFPurpose. To substantiate a technique of a choice of nominal power of power transformers for increase of their use efficiency in distributive electric networks of the cities
Methods. Analytical processing of statistical data.
Findings. The paper solves the problem of efficient use of the installed power of transformers, their rational choice in the design of urban electrical networks. It was found that the choice of transformers according to classical methods causes a significant error and an overestimation of the rated power at the design stage. The method of reducing this error was developed for selecting the power of transformers of urban electrical networks. This method takes into account the predicted indicators of the operating modes of the equipment, the type of consumers, the load capacity of the equipment, the parameters of the operating mode and the environment, constant heating time of existing types of transformers that can be accepted for installation, the appropriate level of reactive load compensation.
Originality The scientific novelty lies in the development of the method for selecting the rated power of power transformers 6 (20) /0.4 kV urban distribution networks by comprehensive consideration of the parameters of typical consumers and their actual structure, which will effectively use transformer equipment for load capacity during the regulated period of their operation.
Practical value. The obtained results show the increase in the efficiency of capital and operating costs by selecting a rational rated power of distribution transformers 6 (20) / 0.4 kV with ensuring the effective use of their load capacity in the conditions of electric grids of cities.Цель работы. Обосновать методику выбора номинальной мощности силовых трансформаторов для повышения эффективности их использования в распределительных электрических сетях городов.
Методы исследования. Аналитическая обработка статистических данных.
Полученные результаты. В работе решена задача эффективного использования установленной мощности трансформаторов, рационального их выбора при проектировании электрических сетей в существующих условиях путем разработки методики комплексного учета параметров режимов работы типовых потребителей городских электрических сетей и их структуры при выборе номинальной мощности питающих трансформаторных подстанций 6(10)/0,4 кВ. Установлено, что выбор трансформаторов по классическим методикам вызывает существенную погрешность и завышение номинальной мощности на этапе проектирования. Для снижения этой погрешности разработана методика выбора мощности трансформаторов городских электрических сетей, которая учитывает прогнозируемые показатели режимов работы оборудования, тип потребителей, нагрузочную способность оборудования, параметры режима работы и окружающей среды, постоянную времени нагрева существующих типов трансформаторов, которые могут быть приняты к установке, целесообразный уровень компенсации реактивной нагрузки.
Научная новизна состоит в разработке методики выбора номинальной мощности силовых трансформаторов 6(20)/0,4 кВ городских распределительных сетей путем комплексного учета параметров режимов работы типовых потребителей и их фактической структуры, что позволит эффективно использовать трансформаторное оборудование по нагрузочной способности на протяжении регламентированного срока его эксплуатации.
Практическая ценность полученных результатов состоит в повышении эффективности капитальных и эксплуатационных затрат путем выбора рациональной номинальной мощности распределительных трансформаторов 6(20)/0,4 кВ с обеспечением эффективного использования их нагрузочной способности в условиях электрических сетей городов.Мета роботи. Обґрунтувати методику вибору номінальної потужності силових трансформаторів для підвищення ефективності їх використання в розподільчих електричних мережах міст.
Методи дослідження. Аналітична обробка статистичних даних.
Отримані результати. У роботі вирішено задачу ефективного використання встановленої потужності трансформаторів, раціонального їх вибору при проектуванні електричних мереж в умовах сьогодення шляхом розробки методики комплексного врахування параметрів режимів роботи типових споживачів міських електричних мереж та їх структури при виборі номінальної потужності живлячих трансформаторів підстанцій 6(10)/0,4 кВ. Встановлено, що вибір трансформаторів за класичними методиками викликає суттєву похибку і завищення номінальної потужності на етапі проектування. Для зниження цієї похибки розроблено методику вибору потужності трансформаторів міських електричних мереж, яка враховує прогнозовані показники режимів роботи обладнання, тип споживачів, навантажувальну здатність обладнання, параметри режиму роботи та оточуючого середовища, постійну часу нагріву існуючих типів трансформаторів, які можуть бути прийняті до встановлення, доцільний рівень компенсації реактивних навантажень.
Наукова новизна полягає у розробці методики вибору номінальної потужності силових трансформаторів 6(20)/0,4 кВ міських розподільчих електричних мереж шляхом комплексного врахування параметрів режимів роботи типових споживачів та їх фактичної структури, що дозволить ефективно використовувати трансформаторне обладнання за навантажувальною здатністю протягом регламентованого строку їх експлуатації.
Практична цінність отриманих результатів полягає у підвищенні ефективності капітальних та експлуатаційних витрат шляхом вибору раціональної номінальної потужності розподільчих трансформаторів 6(20)/0,4 кВ із забезпеченням ефективного використання їх навантажувальної здатності в умовах електричних мережах міст.