Випуск 4/2014 (28)

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 681.5:62-83
С. 10-17
Мова Рос.
Бібл. 10 назв.

РОБАСТНЕ НЕПРЯМЕ ВЕКТОРНЕ КЕРУВАННЯ ШВИДКІСТЮ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА З ОРІЄНТАЦІЄЮ ЗА ВЕКТОРОМ ПОТОКОЗЧЕПЛЕННЯ СТАТОРА: ТЕОРЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ І РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ТЕСТУВАННЯ

Пересада С. М., Ковбаса С. М., Онанко А. Ю., Воронко А. Б.
Надано загальнотеоретичне рішення задачі синтезу алгоритму векторного керування швидкістю–потокозчепленням асинхронного двигуна з орієнтацією за вектором потокозчеплення статора. Алгоритм гарантує асимптотичне відпрацювання кутової швидкості та потокозчеплення статора, асимптотичне непряме орієнтування за вектором потокозчеплення статора, декомпозицію вихідної структури асинхронного двигуна на дві пов’язані підсистеми – електричну та механічну. Структура алгоритму керування надає додатковий ступінь свободи для формування динамічних характеристик і властивостей робастності до параметричних збурень. Це досягається за рахунок введення в алгоритм коректуючих зворотних зв’язків, у результаті чого рівняння динаміки електричної підсистеми дають ті ж властивості, що й при використанні спостерігачів потокозчеплення повного порядку. Результати порівняльного експериментального тестування підтверджують ефективність запропонованого метода синтезу для підвищення властивостей робастності високодинамічних систем векторного керування асинхронними двигунами.
Ключові слова: асинхронний двигун, векторне керування, статорне полеорієнтування.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 621.3.078
С. 18-27
Мова Рос.
Бібл. 10 назв.

АВТОМАТИЧНЕ УПРАВЛІННЯ РЕЗОНАНСНОЮ ВІБРАЦІЙНОЮ УСТАНОВКОЮ З ЕЛЕКТРОМАГНІТНИМ ДИНАМІЧНИМ ВІБРОГАСНИКОМ

Черно О. О., Гуров А. П.
Сучасні вібраційні установки повинні задовольняти таким вимогам, як високий ККД, точність відтворення вібрації заданої амплітуди й частоти, обмеження вібраційних навантажень, що передаються на фундамент. Виконання цих вимог можливе тільки шляхом застосування систем автоматики, тому створення систем автоматичного управління вібраційним обладнанням є актуальною задачею. Запропоновано структуру системи автоматичного управління вібраційної установкою з електромагнітним приводом і електромагнітним динамічним віброгасником, встановленим на проміжній платформі. Система забезпечує задану амплітуду й частоту вібрації робочого органу установки шляхом управління амплітудою й частотою струму в обмотці електромагнітного вібратора, при цьому вона підтримує стійкий резонансний режим коливань шляхом управління жорсткістю підвісу віброгасника з метою забезпечення максимального ККД. Управління амплітудою коливань і резонансною частотою установки здійснюється за принципом зворотного зв’язку з використанням цифрових пропорційно-інтегральних регуляторів. Визначення амплітуди й фази коливань робочого органу здійснюється в процесі управління шляхом виконання процедури дискретного перетворення Фур’є над сигналом із датчика вібрації. Розроблено динамічну модель запропонованої системи й проведено дослідження перехідних процесів. Результати моделювання показали, що при певних значеннях коефіцієнтів регуляторів система управління забезпечує необхідну точність і має достатній запас стійкості.
Ключові слова: віброустановка, автоматичне управління, електромагнітний віброгасник.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 621.3.016.34, 62-529
С. 28-39
Мова Укр.
Бібл. 22 назв.

КЕРУВАННЯ РУШАННЯМ АСИНХРОННОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДА ВАНТАЖОПІДІЙМАЛЬНОГО МЕХАНИЗМУ

Хребтова О. А., Ченчевой В. В., Гладир А. І.
Для підвищення у 2–5 рази кратності пускового моменту асинхронного двигуна запропоновано спосіб визначення необхідних значень напруги й частоти джерела живлення на базі частотно-регульованого асинхронного електропривода з урахуванням нелінійності кривої намагнічування. Застосування регресійної моделі, що відображає поліноміальну залежність пускового моменту й струму від амплітуди та частоти живлячої напруги, дозволяє розрахувати значення напруги й частоти джерела живлення для отримання заданого або максимально допустимого пускового моменту з мінімальним пусковим струмом. На базі запропонованої структури автоматизованої системи управління частотно-регульованим електроприводом розроблено алгоритм рушання асинхронного електропривода технологічного об’єкта у важких умовах на прикладі електроприводу механізму підіймання затвора греблі гідроелектростанції, проаналізовано режими навантаження перетворювача частоти, запропоновано математичний апарат для контролю теплових режимів асинхронного двигуна під час рушання, пуску й роботи технологічного механізму.
Ключові слова: параметри джерела живлення, алгоритм рушання, нагрів.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 62-83-52:622.276.53
С. 40-47
Мова Укр.
Бібл. 13 назв.

ДОСЛІДЖЕННЯ АВАРІЙНИХ РЕЖИМІВ ШТАНГОВОЇ ГЛИБИНОПОМПОВОЇ УСТАНОВКИ

Маляр А. В., Андреїшин А. С.
Важкі умови експлуатації штангових глибинопомпових установок призводять до появи несправностей та виникнення аварій у процесі видобування нафти, тому важливим і актуальним завданням є розроблення адекватних математичних моделей, які б дали змогу досліджувати аварійні режими нафтовидобувних установок. Запропоновано математичну модель електроприводу штангової нафтовидобувної установки для розрахунку залежностей електричних і механічних координат у стаціонарних режимах роботи методом розв’язування крайової задачі. При цьому враховується залежність моменту інерції та моменту навантаження установки від кута повороту кривошипа, а також насичення магнітопроводу та витіснення струму в стрижнях ротора привідного двигуна. При моделюванні навантаження привідного двигуна установки за основу взяті реальні динамограми роботи глибинної помпи. Отримано залежності координат електроприводу в нормальному й типових аварійних режимах – пропусканні в нагнітальній частині помпи, заклинюванні плунжера при ході вниз, несправності приймальної частини. Запропонована математична модель дає змогу здійснювати комп’ютерні експерименти по дослідженню впливу різних чинників на характер зміни електричних і механічних координат електроприводу штангової глибинопомпової установки. Це сприятиме прийняттю правильних рішень щодо запобігання аварійних ситуацій у процесі нафтовидобування. Запропоновану модель можна використовувати як складову частину системи керування нафтовидобувними установками вищого рівня.
Ключові слова: нафтовидобувна установка, динамограма, аварійний режим.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 621.313.126–868і69.08
С. 48-57
Мова Рос.
Бібл. 34 назв.

ВІБРАЦІЙНІ СИСТЕМИ З ДВОВАЛЬНИМИ ДЕБАЛАНСНИМИ ВІБРОЗБУДЖУВАЧАМИ: ЗАСТОСУВАННЯ ТА НАПРЯМ ДОСЛІДЖЕНЬ

Ноженко В. Ю., Родькін Д. Й.
У результаті аналітичного огляду встановлено, що дебалансні віброзбуджувачі є найбільш поширеними джерелами коливань вібраційних машин. Наведено класифікацію дебалансних віброзбуджувачів за основними ознаками. Розглянуто вібраційні установки з двовальними дебалансними віброзбуджувачами для генерації коливань спрямованої дії. Сформульовано та охарактеризовано основні переваги та недоліки вібраційних систем із дебалансними віброзбуджувачами, які працюють у зарезонансному режимі. Визначено напрями наукових досліджень, які базуються на явищі самосинхронізації електромеханічних віброзбуджувачів: зменшення коливань вібросистеми при проходженні зони резонансу, підтримання кратного синхронного режиму, синхронізація неоднакових і асиметрично розташованих дебалансних віброзбуджувачів. Розглянуто тенденції побудови систем управління параметрами коливань вібраційних машин із дебалансними збуджувачами у процесі роботи. Надано інформацію про промислові електромеханічні вібратори, які серійно випускаються для різного призначення.
Ключові слова: вібраційна машина, дебалансний віброзбуджувач, вібрації, резонансна зона, амплітуда коливань, синхронізація.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 621.313.333
С. 59-70
Мова Укр.
Бібл. 10 назв.

РОЗРАХУНОК МАГНІТНОГО ПОЛЯ У ВЕНТИЛЬНОМУ ЕЛЕКТРОДВИГУНІ IЗ ЗАКРИТИМИ ПАЗАМИ З УРАХУВАННЯМ НЕЛІНІЙНОЇ МАГНІТНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Жильцов А. В., Ликтей В. В.
Розрахунок магнітного поля є одним із перспективних шляхів діагностики двигунів, оскільки з ним пов’язані основні процеси в електричних машинах. Розглянуто електричний двигун із неявнополюсним статором і явнополюсним ротором. Особливістю конструкції наданого електродвигуна є наявність тонкої феромагнітної перемички між обмоткою статора й зазором між статором і ротором. При номінальному режимі роботи електродвигуна феромагнітний матеріал, з якого вона виготовлена, входить у стан магнітного насичення. Це необхідно для суттєвого зниження шунтування магнітного потоку струмів статора й постійних магнітів цими перемичками, магнітна проникливість матеріалу яких наближається до значення магнітної проникливості повітря, що робить необхідним урахування нелінійних магнітних характеристик матеріалу при розрахунку середнього моменту двигуна наданої конструкції. На основі методу вторинних джерел розроблено дво- та тривимірну математичні моделі для розрахунку характеристик магнітного поля у вентильному електродвигуні із закритими пазами з урахуванням нелінійної магнітної характеристики. Перевагою розглянутого методу вторинних джерел є звуження області пошуку невідомих.
Ключові слова: вентильний електродвигун із закритими пазами, магнітостатичне поле, метод вторинних джерел.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 621.31
С.71-78
Мова Укр.
Бібл. 10 назв.

СТАБІЛІЗАЦІЯ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ПІДВІШУВАННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ АКСЕЛЕРОМЕТРА

Теряєв В. І.
Сучасні магнітні опори повинні мати здатність тривало та стійко працювати при малих і високих швидкостях, мати достатню жорсткість і навантажувальну здатність, не створювати гальмівних зусиль, споживати незначну кількість енергії, бути технологічними й недорогими. Найбільш повне вирішення зазначених проблем досягається при використанні систем електромагнітного підвісу, заснованих на властивості електромагніту притягатися до феромагнітного осердя; при цьому вага тіла, що підвішується, і діючі на нього зусилля врівноважуються силами електромагнітного поля. У результаті такого врівноваження може здійснюватися вільне «ширяння» (левітація) тіла, що підвішується, без дотику до навколишніх предметів. Одним із найбільш складних завдань при створенні даних систем є забезпечення їх стійкості. Щоб парирувати нестійкість електромагнітного підвісу, необхідно здійснювати динамічне регулювання електромагнітного поля залежно від величини робочого проміжку між левітуючим тілом і електромагнітом. Для розв’язку завдань стійкості й динаміки електромагнітного підвісу застосовуються методи теорії керування з наступною корекцією системи автоматичного регулювання. Проведено ідентифікацію параметрів і характеристик силового електромагніта як елемента електромеханічної системи автоматичного керування. Показано причини структурної нестійкості електромагніта постійного струму та способи його стабілізації. Досліджено можливість забезпечення стійкості та поліпшення показників якості системи автоматичного регулювання проміжку. Розглянуто питання реалізації прикладних завдань аналізу й синтезу магнітного підвісу. Запропоновано використання акселерометра як датчика компенсуючого зворотного зв’язку. Наведено результати експериментальних досліджень, що підтверджують дану можливість.
Ключові слова: електромагнітний підвіс, нестійкість, стабілізація, акселерометр.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 621.3.013
С. 79-85
Мова Укр.
Бібл. 9 назв.

МАГНІТНА СИСТЕМА З ПОСТІЙНИМИ МАГНІТАМИ ДЛЯ ЛОКАЛІЗАЦІЇ МАГНІТНИХ НАНОЧАСТИНОК У ЗАДАНІЙ ОБЛАСТІ БІОЛОГІЧНИХ СЕРЕДОВИЩ

Карлов О. М., Кондратенко І. П., Крищук Р. С., Ращепкін А. П.
Розглянуто магнітні системи з постійними магнітами зі сплаву Nd–Fe–B, призначення яких полягає в адресній доставці й локалізації магнітних наночастинок у заданій області біологічного об’єкта. Особливість виконання таких магнітних систем полягає в застосуванні феромагнітного полюсу, феромагнітних наконечників і шунтувального магніту. Доведено можливість концентрування магнітних наночастинок в областях, віддалених від поверхні магнітної системи за допомогою застосування відповідних концентраторів. На основі рівнянь Максвелла за допомогою методу кінцевих елементів проведено математичне моделювання й доведено, що зміна ширини феромагнітних полюсів дозволяє змінювати як розподіл силової функції, що діє на однодоменні наночастинки по висоті заданого об’єму, так і величину максимальної силової дії. Зміна товщини магнітів не впливає суттєво на розподіл силової функції, а тільки на її величину. Розроблені магнітні системи можуть бути використані в експериментальній онкології для дослідження їх дії на магнітні наночастинки при лікуванні онкологічних захворювань.
Ключові слова: магнітне поле, наночастинки, постійні магніти, онкологія.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 537.523.9+621.373.54
С. 86-92
Мова Укр.
Бібл. 11 назв.

ГЕНЕРАТОР КОРОТКИХ ВИСОКОВОЛЬТНИХ ІМПУЛЬСІВ З ІНДУКТИВНИМ НАКОПИЧУВАЧЕМ ЕНЕРГІЇ, ЯКИЙ КОМУТУЄТЬСЯ SOS-ДІОДОМ

Кондратенко І. П., Божко І. В., Кобильчак В. В.
Використання імпульсних електророзрядних технологій, зокрема з імпульсним бар’єрним розрядом, дозволяє досягати високих показників очистки води від забруднюючих її органічних речовин. Для створення ефективного розряду потрібні джерела живлення, які забезпечують високовольтні імпульси (10–30 кВ) з крутизною фронтів 1011–1012 В/с, загальна довжина яких складає 100–200 нс. Такі параметри імпульсного джерела живлення можуть досягатися шляхом використання індуктивного накопичувача енергії, що комутується SOS-діодом. На практиці реалізувати ефективну сумісну роботу джерела живлення та навантаження у вигляді розрядної камери, яка має нелінійний активно-ємнісний характер під час дії імпульсного бар’єрного розряду, завдання складне, тому проведено моделювання генератора імпульсів, що навантажений на розрядну камеру, в якій проходить бар’єрний розряд. При моделюванні враховувалися паразитні елементи розрядного кола, які при вказаних фронтах імпульсів можуть мати значний вплив на характеристики генератора імпульсів. Достовірність виконаного моделювання підтверджена порівнянням отриманих результатів із даними фізичних експериментів, що дає можливість знайти шляхом моделювання оптимальні параметри елементів генератора та розрядної камери. Визначено значення імпедансів розрядних камер з імпульсним бар’єрним розрядом, при яких коефіцієнт передачі енергії від генератора імпульсів до них буде найвищим. Таке значення імпедансу розрядних камер знаходиться в певному діапазоні (~ 100–150 Ом). Для розрядних камер з імпедансом, що виходить за ці межі, до генератора доцільно вводити узгоджувальний імпульсний трансформатор між ним та камерою.
Ключові слова: імпульсний генератор, SOS-діод, імпульсний бар’єрний розряд.

Електромеханічні і енергозберігаючі системи

УДК 621.64:621.3:537
С. 94-104
Мова Рос.
Бібл. 16 назв.

ОЦІНКА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ ЕЛЕКТРОГІДРАВЛІЧНОГО КОМПЛЕКСУ ПРИ РОЗВИТКУ КАВІТАЦІЙНИХ ПРОЦЕСІВ У ТРУБОПРОВІДНІЙ МЕРЕЖІ

Коренькова Т. В., Сердюк О. О., Ковальчук В. Г.
Показано вплив кавітаційних процесів у трубопроводі на енергетичні режими електрогідравлічного комплексу. Доведено, що розвиток кавітаційних автоколивань у системі призводить до росту втрат гідравлічної потужності на тертя рідини, збільшенню змінної складової потужності, зниження енергоефективності всієї електротехнічної системи. Запропоновано метод аналізу процесів енергоперетворення в енергетичному каналі електрогідравлічного комплексу, який базується на поданні потужності у вигляді суми компонент сигналів напруг та струмів, напорів та витрат. Показано можливість оцінки енергоефективності електрогідравлічної системи шляхом визначення коефіцієнта пропускної здатності енергетичного каналу та коефіцієнта енергокерованості, в основі яких лежить середньоквадратична оцінка сигналів електричної та гідравлічної потужності. Виконано аналіз процесів енергоперетворення на базі фізичної моделі електрогідравлічного комплексу при розвитку нелінійних процесів у трубопровідній мережі. Отримано криві зміни показників енергоефективності електрогідравлічного комплексу від ступеня розвитку нелінійних процесів у гідросистемі.
Ключові слова: електрогідравлічний комплекс, кавітаційні автоколивання, енергетичні процеси, гідравлічна потужність, енергокерованість, пропускна здатність енергетичного каналу.