Аннотация: Рассмотрены способы реализации механизма отпускного устройства комплексов для создания изделий из композиционных материалов. Назначением устройства является стабилизация натяжения материала при смотке с бобины. Данная задача обусловлена требованием технологического процесса создания изделий из композиционных материалов методами намотки и выкладки. Предложен вариант реализации активного отпускного механизма с использованием двигателя постоянного тока, который обеспечивает существенное улучшение характеристик устройства, необходимых в условиях высокой динамики схода материала. В качестве этапа разработки отпускного механизма предложена его электронная модель, позволяющая производить оптимизацию параметров элементов устройства (выбор двигателя и параметров механического компенсатора натяжения, проверка функционирования устройства с заданными параметрами динамики схода материала и т. д. ). Проведена валидация разработанной электронной модели отпускного механизма с использованием физического макета устройства.

Аннотация: Применение бортовых накопителей энергии в составе тяговых электрических передач подвижного состава позволяет существенно повысить энергетическую эффективность транспортных средств. Важным элементом транспортной энергосистемы, совмещающим работу систем хранения энергии и потребителей, обеспечивающих тяговые и вспомогательные нужды, являются полупроводниковые преобразователи. Проанализированы электромагнитные процессы и выведены основные расчетные соотношения универсального двунаправленного полупроводникового DC-DC преобразователя, предназначенного для применения в составе гибридных тяговых энергетических установок подвижного состава. При анализе электромагнитных процессов в двунаправленном преобразователе использованы методы теории электрических цепей. Выполнен анализ электромагнитных процессов в универсальном двунаправленном преобразователе, работающем в повышающем, понижающем и повышающе-понижающем режимах. Получены расчетные соотношения, позволяющие определить параметры всех основных элементов силовой схемы преобразователя.

Аннотация: Мостовой преобразователь постоянного тока широко применяется в блоках питания, вторичных источниках электропитания, твердотельных трансформаторах. Обычно такие преобразователи имеют обратную связь по напряжению, которая поддерживает выходное напряжение в заданных пределах. Проведены экспериментальные исследования по определению жесткости выходной характеристики мостового преобразователя. Выполнена экспериментальная установка по исследованию выходных параметров преобразователя. Разработана принципиальная схема установки, представлены ее описание и паспортные данные всех элементов. На установке получены осциллограммы работы мостового преобразователя. Управление преобразователем осуществляется с помощью фазового смещения. Экспериментально сняты значения выходного напряжения и выходного тока при разных фазовых смещениях (90, 144 и 180 градусов), разном входном напряжении (20, 40 и 60 В) и нагрузке (2 - 250 Ом). Полученные результаты представлены в виде таблицы и графических зависимостей. Рассчитана жесткость выходных характеристик. Показано, что частота коммутации в 5 кГц при напряжении 60 В и смещении в 180 градусов является минимально допустимой, т. к. трансформатор будет работать в режиме, близком к насыщению магнитопровода. Применение напряжения 80 В приводит к резкому возрастанию входного тока. Увеличение частоты коммутации силовых транзисторов не сказывается на жесткости выходной характеристики, если частота коммутации не превышает допустимую. Использование силовых выпрямительных диодов вместо высокоскоростных импульсных влечет за собой проседание жесткости, особенно на высоких частотах переключения. Исследования показали, что выходная характеристика мягкая и нелинейна при небольших значениях тока, когда преобразователь входит в режим прерывистого тока. В режиме непрерывного тока жесткость сохраняется на уровне 2 - 3% вне зависимости от частоты коммутации, уровня напряжения и нагрузки. Жесткость увеличивается с увеличением фазового смещения.

Аннотация: Проведена оценка возможности рационального способа уменьшения упругих колебаний звеньев подвижности промышленных манипуляторов. Исследование осуществлено с помощью компьютерного моделирования механической части многозвенного манипулятора. Определены зависимости резонансных частот и амплитуды колебаний в трехмассовой механической системе многозвенного манипулятора при различной жесткости его подвижных звеньев и различной настройке системы управления асинхронного электропривода. Исследования показали, что повышение жесткости утолщением стенок звеньев манипулятора приводит к значительному увеличению инерционных параметров объекта и мощности привода, при этом снижается производительность манипулятора. Эффективным способом снижения амплитуды колебаний в упругих передачах многозвенных механизмов является применение компенсирующих способов управления электроприводом.

Аннотация: Рассмотрены вопросы расчета индуктивности высоковольтного трансформатора по характеристикам магнитного поля. Проведена оценка возможности использования открытого свободно-распространяемого программного обеспечения ONELAB для расчета параметров статических электромагнитных устройств, принцип действия которых основан на использовании явления электромагнитной индукции. Представленный способ расчета индуктивности импульсного трансформатора ориентирован на создание цифрового двойника моделируемого объекта, который может быть использован при моделировании процессов в импульсных источниках питания с помощью известных пакетов прикладных программ. Валидация программного обеспечения компьютерного моделирования (ПО КМ) ONELAB выполнена путем сравнения с экспериментальными данными. Оценка результатов расчета выполнена путем сравнения с данными, полученными альтернативным ПО КМ, аналитическим расчетом по эмпирическим формулам и с экспериментальными данными. Результаты сравнения параметров показывают их хорошее согласование. Показана эффективность использования ПО ONELAB для расчета индуктивности на примере расчета индуктивностей обмоток трансформатора высоковольтного импульсного источника питания для электронно-лучевой сварки.

Аннотация: Рассмотрены вопросы учета взаимной коррелированности индивидуальных графиков электрических нагрузок электроприемников и методы ее оценки при определении дисперсии суммарного графика электрической нагрузки по активной мощности с использованием некоррелированных компонентных моделей. Исследована возможность учета взаимной корреляции индивидуальных графиков электрической нагрузки с помощью их некоррелированных компонентных моделей и применения для оценки суммарного вклада в дисперсию суммарного графика электрической нагрузки. Использован математический аппарат ортогонального преобразования метода главных компонент для представления суммарного графика нагрузки через компонентные модели индивидуальных графиков. Предложены компонентные модели индивидуальных графиков электрической нагрузки для упрощенной оценки вклада взаимной корреляции индивидуальных графиков в дисперсию суммарного графика. Получены аналитические выражения для компонентных моделей индивидуальных и суммарного графиков нагрузки, а также для точной и приближенных оценок корреляционной составляющей в дисперсии суммарного графика электрической нагрузки. Результаты моделирования индивидуальных и суммарного графиков электрической нагрузки многоквартирного жилого дома показаны на примере экспериментальных суточных графиков нагрузки вводов 0, 4 кВ, полученных по показаниям счетчиков электроэнергии на получасовых интервалах. Показано, что при приближенном моделировании суммарного графика нагрузки количество учитываемых компонентных моделей индивидуальных графиков определяется требуемой точностью расчетов и может быть не более трех с приемлемой для практических расчетов погрешностью моделирования. Взаимная корреляция индивидуальных графиков нагрузки электроприемников может быть учтена с использованием некоррелированных компонентных моделей.

Аннотация: Обосновано техническое решение, позволяющее повысить эффективность рекуперативного торможения электрического подвижного состава. Предложено для приема и последующего использования энергии рекуперации использовать инерционный накопитель энергии (ИНЭ), а в качестве электромеханического преобразователя энергии применить вентильно-индукторную электрическую машину (ВИМ). Конструктивные особенности ВИМ и принцип ее работы выгодно отличает ИНЭ от ближайших конкурентов с другими типами электромеханических преобразователей энергии. Раскрыты преимущества использования ВИМ в составе ИНЭ, представлены расчеты на прочность ротора ВИМ при высоких частотах вращения. При выборе ВИМ как объекта исследований использованы методы математического моделирования и теория электромеханического преобразования энергии. При расчетах на прочность использован метод конечных элементов, реализованный в программном пакете "COMSOL Multiphysics" для определения поля механических напряжений во вращающемся роторе за счет центробежных сил. Даны рекомендации по использованию ВИМ в составе ИНЭ, обосновано использование напряжения тяговой сети постоянного тока для питания обмотки статора ВИМ напрямую без понижающих преобразователей, приведено схемное решение силовой части. Выполнен анализ механической прочности ротора. Рассчитаны безопасные для работы ИНЭ частоты вращения по условиям механической прочности. Результаты анализа предложенного технического решения и выполненные расчеты на прочность дают основание для продолжения исследований и конструкторских проработок в целях обеспечения внедрения ИНЭ на электрифицированном железнодорожном транспорте РФ.

Аннотация: В электроэнергетической системе России широко применяются трансформаторы тока (ТТ) класса P для устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) без немагнитного зазора в магнитопроводе. Производителям устройств РЗА предписано определять требования по минимально необходимому времени достоверного измерения значений тока ТТ t[рз], при котором обеспечивается правильная работа устройств РЗА. ООО НПФ "Квазар" и ООО НПП "ЭКРА" разработаны требования к указанному времени для устройств РЗА, производимых ООО НПП "ЭКРА". Проанализированы требования к ТТ, предъявляемые производителями устройств РЗА при наличии в токе короткого замыкания (КЗ) апериодической составляющей. Использованы материалы стандартов МЭК и отечественных стандартов, а также требования ведущих зарубежных производителей устройств РЗА (Siemens, GE, ABB). Использована теория процессов в ТТ до первого момента насыщения при наличии в токе апериодической составляющей. Проведены испытания терминалов релейной защиты с помощью программно-аппаратного комплекса реального времени. Приведены значения t[рз] для первых ступеней дистанционных защит линий и дифференциальных защит шин производства ООО НПП "ЭКРА". Показана связь требований к ТТ, предъявляемых ведущими производителями устройств РЗА. Путем сопоставления указанных выше материалов подтверждено соответствие требований к ТТ, предъявляемых ООО НПП "ЭКРА", требованиям стандартов МЭК и ведущих производителей устройств РЗА.

Аннотация: Предложена новая модификация алгоритма диагностирования электротехнического оборудования, направленная на сокращение количества проверок, необходимых для установления места возникновения неисправности, которая заключается в распознавании и классификации неполных последовательностей результатов проверок при помощи нейронной сети. В качестве объекта диагностирования рассмотрена ветроэнергетическая установка малой мощности (10 кВА), состоящая из ветровой турбины с горизонтальной осью вращения, синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов и трехфазно-трехфазного преобразователя частоты со звеном постоянного тока. Рассмотрена проблема исследования сокращения затрат времени и ресурсов, необходимых для определения места возникновения неисправности и состояния оборудования ветроэнергетической установки. В качестве основного метода исследования использован графоаналитический метод построения алгоритма диагностирования, а также среда имитационного моделирования MatLab для создания и проверки работоспособности нейронной сети. Разработан алгоритм диагностирования оборудования ветроэнергетической установки и подготовлена нейронная сеть, позволяющая распознавать и классифицировать неполные последовательности результатов проверок. В рассмотренном случае нейронная сеть верно распознала и классифицировала 84, 1 % неполных последовательностей проверок. Результаты исследования показали, что подготовленная нейронная сеть позволяет верно распознавать и классифицировать долю неполных последовательности проверок, давая возможность в случае верной классификации прогнозировать место возникновения неисправности без выполнения полного объема проверок, уменьшая затраты времени и ресурсов при диагностике технического состояния электрооборудования.

Аннотация: Представлены результаты расчета сил ОМП при неравномерном воздушном зазоре в двигателе, предназначенном для использования в составе компрессора холодильной установки с управляемой холодопроизводительностью. Рассмотрены два режима работы: при малой частоте вращения и работе в номинальном одноимпульсном режиме с частотой вращения 2200 мин{-1}. Определено, что в номинальном режиме работы силы ОМП по амплитуде больше почти вдвое, чем значение этих сил при малых частотах вращения в режиме идеального токового коридора. Приведено сравнение сил ОМП с результирующей касательной силой. Изложены варианты действий по снижению сил ОМП при неравномерном воздушном зазоре. Имитационное моделирование режимов работы ВИД проведено с использованием программного комплекса MATLAB-SIMULINK - MATLAB-SIMULINK - FEMM.

Аннотация: Анализ последних законодательных актов Российской Федерации, касающихся возобновляемой энергетики, показал, что в настоящее время возможно подключение объектов микрогенерации в общую систему электроснабжения. Перспективное направление - развитие солнечной энергетики как в промышленных масштабах, так и в индивидуальном использовании физическими лицами, что требует оценки экономической эффективности. Разработана методика расчета мощности солнечной электростанции для электроснабжения частного жилого дома, представлен расчет нагрузок дома с целью оценки объема электропотребления электроприемниками. Выполнен расчет требуемой мощности сетевой солнечной электростанции, подключаемой к системе электроснабжения жилого дома. Приведены две методики расчета нагрузок жилого дома. Среднемесячные значения солнечной инсоляции за последние 20 лет приняты из открытых источников в месте установки солнечной станции. Вырабатываемая электроэнергия солнечной станцией рассчитана с учетом потерь при преобразовании постоянного тока в переменный, потерь в кабельных линиях, загрязнения и деградации фотоэлектрических панелей. Мощность солнечной станции подобрана на основе расчетных нагрузок, данных о солнечной инсоляции для жилого дома в г. Оренбурге. Рассчитано количество вырабатываемой электроэнергии солнечной станцией. Приведено сравнение выработанной и потребленной электроэнергии. Результаты исследований показали, что методика может быть использована для предварительной оценки потенциала солнечной энергии произвольного географического региона.

Аннотация: Рассмотрена проблема повышения точности настройки дугогасящего реактора за счет улучшения помехоустойчивости устройства управления. Задача решена таким образом, что свободные колебания в контуре нулевой последовательности сети выделяются путем компенсации помехи с частотой сети, причем компенсационный сигнал формируется усреднением помехи в течение нескольких периодов до возбуждения свободных колебаний. Показано, что в результате среднеквадратичное отклонение случайной (шумовой) составляющей выделенного полезного сигнала уменьшается в 1, 3 раза по сравнению с прототипом. Кроме того, в отличие от прототипа, обеспечивается возможность дальнейшего снижения уровня шума путем удлинения усредняемого фрагмента помехи.

Аннотация: Разработан аппаратный метод измерения формы и размеров проводящего исследуемого объекта для электроимпедансной томографии, основанный на применении оптических датчиков расстояния, расположенных на двух формах измерительного обруча: круглой и эллипсоидальной. Проведенные экспериментальные исследования метода для пяти форм проводящего исследуемого объекта (квадратной, выпукло-сплюснутой, выпуклой, сплющенной, эллипсоидальной) показали, что погрешности при использовании измерительного обруча в форме круга и эллипса составили 6 и 3 % соответственно. Полученные результаты могут быть использованы при создании электроимпедансных томографов для повышения точности визуальной реконструкции сложных внутренних структур проводящего объекта.

Аннотация: Рассмотрена задача линеаризации материального оператора, описывающего свойства электротехнической стали, в режимах однонаправленного периодического перемагничивания с учетом гистерезиса. Материальный и линеаризующий его операторы рассмотрены на множестве периодических по времени функций, определяющих состояние ферромагнетика, с основным периодом, соответствующим одному полному циклу перемагничивания. В соответствие этим функциям ставятся спектры, задаваемые наборами амплитуд гармоник, которые находятся в результате разложения определяющих функций в ряд Фурье. После перехода к спектрам решена задача линеаризации вектор-функции, описывающей материальный оператор. Ее аргументами служат гармоники одной из величин, определяющей магнитное состояние, значениями являются гармоники другой величины. Приведено решение задачи линеаризации функциональной зависимости, сопоставляющей описывающие состояния ферромагнетика спектры с использованием адаптированной модели материального оператора гистерезисного типа. Найдены допустимые изменения амплитуд гармоник спектров, при которых погрешность линеаризации не превышает заданной величины. Рассмотрены примеры применения разработанных численных процедур для линеаризации характеристик электротехнической стали, подтверждающие возможность их использования для анализа электромагнитного поля и нелинейных электрических цепей в периодических режимах.

Аннотация: Одним из основных режимов на станках токарной группы является режим обработки с постоянством скорости резания и подачи на оборот шпинделя. Привод главного движения в этом случае работает в режиме постоянства мощности. Известны три основных варианта регулирования скорости шпинделя: бесступенчатое, ступенчатое и комбинированное. Для тяжелых токарных станков наиболее приемлемыми являются два последних варианта, так как они позволяют рационально использовать двигатель по моменту и мощности при обработке крупногабаритных изделий. Однако переключение ступеней автоматической коробки передачи приводит к ударным нагрузкам и отклонению от заданных технологических режимов обработки. Рассмотрена проблема минимизации воздействия ударных нагрузок на процесс резания за счет согласованного управления электроприводом и АКП. На основе функции Хевисайда дано представление муфты сцепления АКП как звена, характеризующего дискретный характер передачи мощности. Приведено математическое описание модели силовой цепи привода шпинделя как трехмассовой структуры, в которой процессы переключения ступеней АКП представлены ключами и параметрическими звеньями. При описании ременной передачи учтено натяжение ремня в виде нелинейного звена, определяющего участки трения покоя и скольжения. Выявленные условия безударного переключения позволили разработать структуру управления регулируемого электропривода с упреждающим изменением скорости по отношению к моментам переключения ступеней передачи. Исследования переходных процессов на имитационной модели торцевой обработки для станка с ЧПУ показали, что влияние переключений ступеней передачи на процесс обработки можно свести к минимуму. Разработанная модель силовой цепи главного привода позволила обобщить основные свойства АКП и ременной передачи. Сформулированы основные требования к задачам управления комбинированным электроприводом для распределенных структур ЧПУ, в которых ядро NC системы и Soft PLC связаны по протоколу на основе сети Ethernet.

Аннотация: Рассмотрен вопрос исследования КПД линейного электрогенератора с постоянными магнитами, подход к которому основан на численном компьютерном моделировании динамического режима работы под нагрузкой. В качестве результатов приведены графики изменения КПД в сопоставлении с изменением напряжения и тока в трехфазной обмотке, а также изменением механической мощности, подводимой к генератору. Моделирование проведено с помощью программного обеспечения ANSYS Electromagnetic Suite с академическим типом лицензии. Результаты исследования подтвердили адекватность предложенной методики определения КПД линейных электрогенераторов с постоянными магнитами с помощью численного компьютерного моделирования, что позволяет дать оценку эффективности электрогенератора на этапе проектирования.

Аннотация: Проведены исследования по формированию облика жидкостной рубашки охлаждения для электромашины с номинальной мощностью 220 кВт. Для оценки эффективности рубашек охлаждения проведен комплекс CFD-расчетов традиционной и перспективной конфигурации в программном комплексе Ansys CFX. Оптимизация осуществлена на основе двухзаходной спиральной рубашки охлаждения путем введения различных ребер и штырьков-турбулизаторов. В результате проведенных исследований определено, что традиционная винтовая рубашка охлаждения не позволяет обеспечить требуемое качество терморегулирования при заданных граничных условиях и ограничениях, а применение двухзаходной спиральной рубашки охлаждения позволяет существенно улучшить тепловое состояние конструкции, однако для достижения заданных требований следует адаптировать конструкцию за счет внедрения дополнительных ребер и штырьков-турбулизаторов. Предложенная финальная топология спиральной двухзаходной рубашки охлаждения с увеличенными ребрами, дополнительными ребрами в каналах вокруг входной и выходной области и штырьками-турбулизаторами вокруг выходной области позволяет обеспечить качественное терморегулирование конструкции с удовлетворением требования по максимальной температуре статора электрической машины не более 200 градусов С. Данное исследование продемонстрировало преимущества рубашек жидкостного охлаждения со сложной геометрической конфигурацией и локальной интенсификацией теплообмена за счет внедрения ребер и штырьков-турбулизаторов, которые могут быть изготовлены с применением аддитивных технологий.

Аннотация: В соответствии с разработанными ранее методиками потери активной мощности в системе электроснабжения рассчитываются отдельно в линиях электропередачи и в силовых трансформаторах без учета их взаимного влияния друг на друга, что приводит к погрешности расчета технических потерь в системе электроснабжения. Предложен новый системный подход, подразумевающий рассмотрение электропотребителей и системы электроснабжения как единого комплекса. Выполнены исследования, связанные с оценкой влияния величины и коэффициента мощности нагрузки на величину абсолютной погрешности расчета потерь отдельно по составляющим и по виду оборудования. Описан способ расчета совокупных потерь в системе электроснабжения, новизна которого заключается в том, что рассматривается в целом совокупность элементов системы электроснабжения и нагрузки, связанных общим режимом работы, что позволяет учесть их взаимное влияние друг на друга. Проанализированы совокупности данных об изменении величины коэффициента загрузки силовых трансформаторов и коэффициентов мощности нагрузки, полученных в результате проведенных измерений. На основании выполненных расчетов и приведенных графических зависимостей сделан вывод, что максимальная абсолютная погрешность расчета потерь по разработанному способу незначительно изменяется в заданных диапазонах величины и коэффициента мощности нагрузки. В то же время максимальная абсолютная погрешность расчета величины потерь при использовании способа расчета потерь отдельно по составляющим и по виду оборудования, в тех же диапазонах величины и коэффициента мощности нагрузки, в 1, 7 раза больше предлагаемого способа. Если проводить аналогичное сравнение для указанных совокупностей с использованием значений медианы, то применение разработанного способа позволяет уменьшить абсолютную погрешность расчета потерь в 4, 5 раза. Разработанный способ позволяет уменьшить величину абсолютной погрешности расчета потерь в элементах системы электроснабжения, по сравнению с использованием расчета отдельно по составляющим технологических потерь и по виду оборудования.

Аннотация: Активно развивающимся направлением энергетики в настоящее время является применение энергетических комплексов с распределенной генерацией энергии. Одним из ключевых элементов таких систем являются генерирующие установки малой и средней мощности, допускающие размещение в непосредственной близости от потребителей энергии. Газовые микротурбинные установки (ГМТУ) являются наиболее подходящим типом генерирующих устройств для рассматриваемых энергетических систем. Рассмотрены особенности конструкции высокооборотного электрогенератора (ЭГ) для энергетического комплекса на ГМТУ, представлены стенд и результаты испытаний такой машины. Для проведения испытаний экспериментальных образцов высокооборотных ЭГ мощностью 100 кВт предложено использовать испытательный стенд, позволяющий проводить исследования двух ЭГ, расположенных на общем валу с преобразователями, объединенными по звену постоянного тока. Такой подход позволяет проводить испытания высокооборотных ЭГ во всех режимах без газовой турбины. Для снижения затрат энергии при испытаниях генератора проведение испытаний осуществляется методом взаимной нагрузки. Измерения тока и фазного напряжения в обмотках экспериментальной высокооборотной электрической машины, величины суммарных потерь короткого замыкания для различных частот скольжения, величины активных потерь в роторе показали, что использованные при создании высокооборотного электрогенератора технические решения позволили создать работоспособную конструкцию.

Аннотация: На примере сети электроснабжения со случайной электрической нагрузкой рассмотрена задача выбора объектов электроустановок по нагреву. Средняя температура перегрева вычислена путем умножения коэффициента теплоотдачи проводника на квадрат эффективного тока. Для уменьшения объема вычислений по ней определен диапазон двух соседних постоянных времени нагрева (ПВН), в котором априори находится расчетная ПВН. Разработан метод выбора сечения проводников по нагреву при случайной электрической нагрузке без противоречащей физике задачи допущений. Задача нагрева решена путем имитации двух ансамблей случайных реализаций температуры. Статистические функции распределения определены по сечениям ансамблей в установившемся режиме. По ним вычислены инерционные максимумы температуры (ИМТ) с заданной интегральной вероятностью. Для нахождения расчетной ПВН по координатам границ диапазона осуществлена аппроксимация зависимости от ПВН инерционных максимумов температуры. Чтобы избежать итераций, предложено искомую ПВН однозначно определить как абсциссу точки пересечения ИТМ-характеристики с горизонталью допустимой температуры. Расчетная токовая нагрузка вычислена по расчетной температуре. Найдены коэффициенты запаса выбранного проводника по температуре, току и тепловому износу изоляции. Полученные результаты могут быть использованы для тестирования существующих, а также разработки физически обоснованных методов расчета электрических нагрузок.