Вісник № 04. Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія і практика

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/54828

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 13 з 13

Energy efficient asynchronous electric drive of an electromobile
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Vorobiov, Bohdan Vitaliyovich
The introductory part of the article describes the relevance of developments in the field of electric vehicles, as well as an economic analysis of the feasibility of using electricity as fuel instead of gasoline on the example of some mass-produced cars. Based on the general requirements for vehicles, a functional diagram of an asynchronous electric drive of an electric vehicle with a supercapacitor battery was built and justified as an intermediate link for the accumulation of electrical braking energy, all elements of the electric drive are described and justified. The parameters of a supercapacitor battery are obtained that can provide the necessary capacity for energy recovery. The optimal structure of the power energy converter was selected, as well as the necessary control algorithms. A mathematical computer model of the electric drive has been built, taking into account all the loads that the electric car experiences during movement, and also allowing modeling the necessary coordinates in various urban cycles of vehicle traffic. A computer simulation of the characteristics of the system was carried out when driving on a horizontal road, as well as when driving from a slope at an angle of 20 °. The characteristics of changes in the voltage on the battery of supercapacitors during regenerative braking are obtained, which allow us to obtain data on the nature of the processes in the battery at each stage of the motion cycle. Transient processes of engine speed and torque are obtained that correspond to the driving influences and the selected control method. The adequacy of the computer model is confirmed and the obtained data are compared with the experimental data presented in the sources. Quantitative indicators of energy recovered in a supercapacitor battery are obtained.
The experimental installation for the study and research of electromechanical systems energy-efficient modes
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Mukha, Mykola; Drankova, Alla; Krasovskyi, Igor
A modern variable frequency drive (VFD) is becoming an integral part of ship systems and complexes, where energy-efficient and resource-saving technologies are widely used. Therefore, the study and research of such electric drives for various applications with a typical load of ship mechanisms is an actual task. This paper presents an experimental setup designed to study and test methods and laws of VFD control, evaluate power qual -ity indicators and energy-efficient modes of an electromechanical systems operation with a typical ship load. Used unit for measuring parame-ters (124 parameters) of electricity ME96SS ver. A, through MODBUS® RTU and the corresponding software for data collection, EMU4-SW1 allows you to display and record data in real time, and then present the results in the form of tables, graphs, etc. FR-Configurator 2 software of parameterization and adjustment allows to explore the various laws of controlling of ship mechanisms and systems. The typical nature of the loads for the studied motor for such mechanisms is simulated by a load DC generator, in the anchor circuit of which the steps of the resistors are switched as a function of speed (speed sensor signal) using a programmable controller. The proposed experimental setup, the available hardware and software testing, commissioning and diagnostics tools allow to develop and implement energy-saving technologists in ship's electromechanical systems, improve the methods of their technical operation based on the analysis of the technical condition. Used experimental research methods, modern energy-saving technologists are of great importance for the educational process.
Аналіз методів визначення часткової участі суб'єктів у відповідальності за порушення якості електроенергії по синусоїдальності кривої напруги
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Гриб, Олег Герасимович; Сендерович, Геннадій Аркадійович; Дяченко, Олександр Васильович; Карпалюк, Ігор Тимофійович; Швець, Сергій Вікторович
Впровадження в експлуатацію електронних лічильників електричної енергії дозволяє використовувати можливості сучасної елементної бази, в тому числі для їх використання в локальних засобах обліку. Сучасна елементна база дозволяє використовувати локальні засоби обліку, які крім основної функції визначення кількості, переданої електроенергії на границі розділу балансової приналежності можуть викону -вати ряд функцій, не властивих лічильникам електричної енергії. Одне з основних доповнень, які вводять в ці пристрої - оцінка електро-магнітної сумісності шляхом вимірювання показників якості електроенергії. У зв'язку з цим актуальною стала задача розробки методів, використання яких можливе в пристроях, що працюють локально. В статті проводиться аналіз методів і методик детермінованого визначення часткової участі суб'єктів у відповідальності за порушення якості електричної енергії по синусоїдальності кривої напруги на можливість використання їх в локальних засобах обліку.
До 90-річчя кафедри «Автоматизовані електромеханічні системи» Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут»
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Клепіков, Володимир Борисович
Зроблено історичний огляд процесу зародження викладання електротехніки та підготовці перших інженерів-електриків у заснованому в 1885 році першому вищому технічному закладі України «Харківський технологічний інститут». Відображено роль професора Копняєва П.П. як засновника української електротехнічної школи. Розглянуті етапи становлення та розвитку підготовки фахівців і наукових досліджень в галузі електромеханічних систем автоматизації і електричного приводу на кафедрі «Автоматизовані електромеханічні системи» за часи її існування та її роль у вирішенні актуальних для народного господарства країни проблем. Вказані серед найбільш суттєвих наукових результатів: створення нового наукового напрямку з динаміки електромеханічних систем з від'ємним в'язким тертям; виявлення явища підсилення пружних коливань нелінійністю тертя; використання, першими в СНД, методів нейронних мереж і генетичних алгоритмів для керування електроприводами; розвиток методів синтезу електромеханічних систем з наглядачами стану; визначення ролі модернізації електро -приводів у вирішенні проблеми економії енергетичних ресурсів в Україні. Вказані впровадження науково-технічних розробок кафедри на підприємствах країни. Відмічена ініціативна роль кафедри у започаткуванні першої і організації 24-х Міжнародних наукових конференцій з проблем автоматизованого електроприводу. Надані результати роботи з підготовки кадрів вищої кваліфікації; міжнародного співробітництва; учбово-методичної роботи, розвитку матеріально – технічної бази, участі у міжнародних проектах «TEMPUS-ІСO-Op» і «TEMPUS-MPAM». Вказані існуючі проблеми діяльності кафедри.
Дослідження нормальних та аварійних режимів роботи суднових високовольтних перетворювачів частоти
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Бушер, Віктор Володимирович; Глазєва, Оксана Володимирівна
Використання високовольтних перетворювачів частоти є одними з найперспективніших напрямків в розробці сучасних систем суднового електропостачання завдяки їх підвищеної надійності, економічної доцільності, підвищеної якості вихідної електроенергії, що дозволяє збільшити термін служби і якість регулювання потужних суднових електроприводів. В роботі виконано аналіз багаторівневих каскадних АІН на основі моделі в середовищі Matlab/SimPowerSystem. Дослідження електромагнітних процесів та спектрального складу вихідної напруги та струму показало, що THD як за струмом, так і за напругою стають кращими при використанні 5-рівневої системи порівняно з 3-рівневою, що свідчить про доцільність з цього критерію збільшення кількості рівнів. Частота модуляції має великий вплив на THD за струмом і пульсації електромагнітного моменту, в зв’язку з чим її правильний вибір з урахуванням припустимого перегріву транзисторів має важливу роль при проектуванні АІН. Також для підвищення перевантажувальної спроможності за моментом та коефіцієнту використання перетворювача за потужністю доцільно до синусоїдальної складової додавати третю гармоніку з амплітудою 1/6 від основної. Незважаючи на незначне погіршення THD діюче значення вихідної фазної напруги зростає майже на 16 % за рахунок чого електродвигун може розганятися швидше, що важливо для суднових агрегатів, насамперед підрулюючих пристроїв. В роботі показано доцільність використання методу балансування лінійних напруг, що при пошкодженні однієї або кількох секції забезпечує продовження функціонування АІН з максимальним використанням потужності і є найважливішою рисою каскадних АІН, особливо для живучості суден.
Исследование пуска частотно-регулируемого электропривода зарезонансной вибрационной машины
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Черный, Алексей Петрович; Ноженко, Виктория Юрьевна; Тытюк, Валерий Константинович; Данилейко, Олег Константинович
Рассмотрены особенности пуска электропривода вибрационных машин с дебалансными вибровозбудителями, работающих в зарезонансном режиме. В настоящее время для зарезонансных вибрационных машин применяют нерегулируемые асинхронные двигатели завышенной мощности, что необходимо для гарантированного прохождения резонансной зоны во время пуска. Основной причиной возможного «застревания» роторов приводных двигателей вибрационных машин является резкое возрастание вибрационного момента в резонансной зоне. Завышенная установленная мощность приводного двигателя является необходимым условием для превышения вращающего момента двигателя над моментом сопротивления вибрационной машины при прохождении резонансной зоны. Для снижения установленной мощности электропривода зарезонансной вибрационной машины предложено использование частотно-регулируемого электропривода со специальным законом частотного управления, обеспечивающим гарантированное преодоление резонансной зоны. Для увеличения момента приводных двигателей в процессе пуска предложено использование линейного закона частотного управления и дополнительного увеличения питающего напряжения на период прохождения резонансной зоны вибромашины. В работе исследованы законы частотного управления с увеличением напряжения питания в виде ступеньки и в виде импульса при прохождении резонансной зоны. С помощью математического моделирования проведены исследования частотного пуска асинхронных двигателей зарезонансной вибрационной площадки, которая используется для уплотнения бетонных смесей. Показано, что увеличение напряжения в виде ступеньки обеспечивает уменьшение потерь в асинхронном двигателе в процессе пуска по сравнению с увеличением напряжения в виде импульса. Проведены экспериментальные исследования частотного пуска асинхронного двигателя с формированием ступенчатого увеличения напряжения питания на лабораторной установке, которые подтвердили возможность увеличения момента и ускорения двигателя во время пуска.
Компьютерное моделирование синхронизации скоростей в электроприводе электромобиля с упрощённой коробкой передач
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Сакун, Евгений Владиславович
Ограниченность мировых запасов нефти и газа, а также постоянно ухудшающаяся экологическая обстановка в крупных городах обуславливают необходимость перехода человечества на электрический транспорт. В связи с тем, что используемые в электромобилях аккумуляторные батареи имеют высокую стоимость, вес, габариты и обеспечивают ограниченную дальность пробега без подзарядки, актуальной зада -чей является повышение энергоэффективности всех компонентов тягового электропривода. В статье рассмотрена возможность создания системы электропривода для электромобиля с упрощённой двухскоростной коробкой передач, которая не только повышает энергоэффективность электропривода, но и устраняет необходимость в механических фрикционных синхронизаторах за счёт выполнения синхронизации скоростей валов средствами программного управления электрическим преобразователем. Предложена система управления процессом синхронизации, построенная по принципу подчинённого регулирования с двумя контурами: контуром регулирования тока и контуром регулирования скорости вала двигателя с изменением структуры электромеханической системы при движении электромобиля. Разработана компьютерная модель системы, включающая в себя модель электродвигателя и трансмиссии, модель полупроводникового силового преобразователя, блок регулятора тока, блок регулятора скорости, блок расчёта сигнала задания скорости, блок программного управления переключением передач и блок модели водителя. В качестве параметров моделирования были использованы реальные данные созданного на кафедре «Автоматизированные электромеханические системы» электромобиля на базе автомобиля «Ланос». Приведены и проанализированы графики переходных процессов при разгоне и торможении электромобиля с переключением передач. Полученные результаты моделирования подтверждают реализуемость предложенной идеи.
Локаційні датчики на платі «Сенсори мехатроніки» на базі освітньої платформи National instruments
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Асмолова, Лариса Валеріївна; Аніщенко, Микола Васильович
Розглядається організація циклу лабораторних робіт з курсу «Основи мехатроніки» з використанням плати QNET «Mechatronics Sensors» та освітньої платформи NI ELVIS II +, за допомогою якої студент отримує фундаментальні знання в мехатроніці. Пропонуються датчики вимі -рювання відстані до об’єктів та розміру об’єктів, виявлення перешкод і т.п. для промислових роботів та пристроїв мехатроніки. В якості сенсорів зовнішнього середовища використовуються інфрачервоний та ультразвуковий (сонар) локаційні датчики. Для їх дослідження розроблено методику виконання лабораторних робіт. Викладено призначення та принцип роботи локаційних датчиків ближньої дії для виміру відстані до контрольованого об’єкту без безпосереднього контакту з ним. В якості об’єкту дослідження розглядався щільний шматок картону, розміром 10×10 см білого відбивного кольору. Відзначено, що принцип дії інфрачервоного датчика заснований на відстеженні рівня інфрачервоного випромінювання в полі зору датчика, а ультразвукові датчики (сонар) працюють на принципі ехолокації ультразвуком, тобто посилають звукові хвилі високої частоти. Вихідний сигнал датчиків у вигляді аналогової напруги за допомогою мікроконтролера перетворюється у величину відстані. Для кожного типу датчика виконано вимір робочого діапазону та калібрування для збільшення точності вимірювання відстані. Робочий діапазон інфрачервоного датчика складає 17÷47 см, а ультразвукового – 20÷43 см. Відносна похибка інфрачервоного датчика дорівнює 1,53%, а ультразвукового – 0,25%. При виконанні лабораторної роботи наочно показано, що відстань до навколишніх предметів можна вимірювати як за допомогою ультразвукових датчиків (сонарів), так і за допомогою інфрачервоних датчиків. Вибір того чи іншого типу датчика залежить від поставленого завдання та області використання.
Математична модель виявлення зносу контактної системи при комутації вакуумного вимикача
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Грабко, Володимир Віталійович; Дідушок, Олег Васильович
У роботі розглянуто переваги застосування вакуумних комутаційних апаратів та особливості використання електромагнітної защіпки у якості приводного механізму. Описано вплив замикання (ввімкнення) та розмикання (вимкнення) силових контактів на зношення контактної системи вимикача. Розглянуто фізичні процеси у контактних з’єднаннях, які виникають при комутації вакуумного вимикача та їх вплив на зношення контактної системи. При коротких замиканнях можливе зварювання контактів у замкнутому положенні та вигоряння і оплавлення при їх відключені. Розроблена математична модель дозволяє визначати знос комутаційної системи при ввімкненні та вимкненні вакуумного вимикача. При замиканні силових контактів вимикача враховується загальна електродинамічна сила відкиду контактів по кожному із полюсів силового агрегату. При ввімкненні знос силових контактів визначається на основі порівняння діючого тягового зусилля ввімкнення із загальною електродинамічною силою відкиду по усіх полюсах контактної системи. При вимкненні знос силових контактів визначається на основі порівняння діючого приводного тягового зусилля вимкнення із мінімально допустимим тяговим зусиллям для процесу вимкнення вакуумного вимикача. Якщо різниці зусилля при ввімкненні відрізняється менше, ніж на задане значення δ від загального електродинамічного зусилля відкиду контактів або величина діючого тягового зусилля при вимкненні відрізняється менше ніж на задане значення σ від мінімально допустимого тягового зусилля вимкнення формується сигнал зносу контактної системи вакуумного вимикача. Застосування запропонованої математичної моделі дозволить своєчасно попереджувати обслуговуючий персонал про зношення контактної системи із-за дугових процесів, які виникають у дугогасильній камері вакуумного вимикача.
Применение многофазного широтно-импульсного преобразователя с двумя накопителями электроэнергии в тяговом электроприводе электромобиля
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Семиков, Алексей Владимирович
Рассмотрена схема одновременного питания машины постоянного тока от двух накопителей электроэнергии (аккумуляторной и суперконденсаторной батарей) с многофазным широтно-импульсным преобразователем. Показано, что при таком решении требуется меньше ёмкость суперконденсаторной батареи в сравнении со схемами с разделительным диодом между накопителями или с переключением между ними. Выполнено моделирование работы электропривода на модели, учитывающей дискретизацию по времени и по уровню в системе управления и широтно-импульсную модуляцию силовых ключей. Получены временные диаграммы результатов моделирования для различного распределения тока якоря между накопителями. Показана возможность использования энергии суперконденсаторной батареи на всём интервале разгона для уменьшения потерь в аккумуляторной батарее, обладающей в несколько раз большим внутренним сопротивлением по сравнению с суперконденсаторной батареей, а также возможность при рекуперативном торможении направлять часть энергии в аккумуляторную батарею, чтобы при торможениях на продолжительных спусках обеспечивать рекуперацию энергии по значению превышающую допустимую для накопления в суперконденсаторной батарее. Полученные временные диаграммы подтвердили адекватность компьютерной модели и стабильность работы тягового электропривода при одновременном питании от двух накопителей электроэнергии. Указано на преимущество данной схемы обеспечивать уменьшение пульсаций тока якоря и накопителей, вызванных широтно-импульсной модуляцией, что уменьшает потери в них и минимально необходимое значение ёмкостей конденсаторов в широтно-импульсном преобразователе.
Пристрій керування навантаженням частотно-регульованого електропривода на базі ПЛК
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Міхайков, Сергій Сергійович
У роботі представлено пристрій керування навантаженням на базі ПЛК ALPHA2 фірми Mitsubishi Electric, який є частиною електромеханічного стенду з оцінки якості електроенергії суднової електромережі та енергоефективності роботи частотно-регульованого електропривода. В якості об’єкта дослідження розглядається електропривод системи охолодження дизель-генераторів з частотним регулюванням фірми Danfoss типу VLT AQUA Drive потужністю 48,5 кВт. Експериментальні дослідження було проведено у лабораторних умовах з використанням розробленого електромеханічного стенда. Запропонований пристрій керування навантаженням забезпечує два режими управління: ручний та автоматичний. Програмування пристрою керування навантаженням здійснено у програмному середовищі AL-PCS/WIN-EU фірми Mitsubishi Electric на мові функціональних блок-діаграм (FBD). Для отримання показників якості електроенергії та показників енергоефективності роботи електропривода використано багатофункціональний пристрій Electronic Multi-Measuring Instrument ME96SS фірми Mitsubishi Electric. Проведені експериментальні дослідження засвідчили, що розроблений пристрій керування навантаженням є зручним інструментом для проведення детального аналізу якості електромережі та оцінки енергоефективності роботи електропривода.
Система управления устройством ограничения высших гармоник, создаваемых трехфазными электродуговыми печами
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Чунашвили, Бадур Михайлович; Петросян, Олександр Михайлович; Гамрекелашвили, Теимураз Гивиевич
Разработана система управления устройства ограничения гармоник высшего порядка (ГВП) напряжения, создаваемых электродуговыми печами (ЭДП). Для ограничения (подавления) ГВП в каждой фазе предусмотрено устройство, представляющее собой три комплекта фильтров, настроенных на определённую частоту режима работы ЭДП (короткое замыкание - горение дуги - пауза). Управление устройствами каждой фаза происходит посредством контроля величин проходящего в электроде тока и напряжения дугового промежутка. В процессе работы печи система управления подключает к сети необходимый на тот момент комплект фильтров устройства ограничения ГВП.
Технологічні особливості представлення електричного режиму дугової сталеплавильної печі моделлю зміни станів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Лозинський, Орест Юліанович; Марущак, Ярослав Юрійович; Мороз, Володимир Іванович; Паранчук, Ярослав Степанович
Розвинуто теорію представлення електричного режиму (ЕР) дугових сталеплавильних печей (ДСП) моделлю зміни станів. Уточнено граф зміни станів процесу плавлення, який враховує як особливості перебігу технологічного процесу плавлення в дугових сталеплавильних печах, так і дію регулятора положення електродів. Створено математичну модель зміни станів електричного режиму ДСП у вигляді системи диференційних рівнянь Колмогорова-Чепмена, яка базується на теорії Марковських процесів з дискретними станами і неперервним часом. Отримано розв’язок складної системи диференційних рівнянь у вигляді часових залежностей процесу зміни ймовірностей перебування електричного режиму у різних станах та зроблено їх аналіз. Виконано дослідження впливу швидкодії системи автоматичного регулювання (САР) положення електродів на значення ймовірності станів технологічного процесу. Показано значимість практичного застосування отриманої динамічної моделі зміни станів, зокрема для комплексного поліпшення показників енергоефективності плавлення сталей в дугових сталеплавильних печах.