Аннотация: Системы регулируемого электропривода на базе асинхронного короткозамкнутого двигателя, питающегося от преобразователя частоты, находят применение на различных механизмах общепромышленного и специализированного назначения. Для расширения области применения частотных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором на агрегатах автоматизированного производства необходимо повысить стабильность создаваемого двигателем момента во время запуска агрегата. Поэтому проблема исследования и разработки регулируемых автоматизированных электроприводов на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором остается актуальной. Повышение энергоэффективности асинхронных электроприводов с векторным регулированием может быть достигнуто за счет внедрения средств коррекции, что является перспективным техническим решением, удовлетворяющим возрастающим запросам современного производства. В работе исследована система частотного асинхронного электропривода, стабилизирующая момент двигателя во время пуска за счет построения контура регулирования ускорения, определяемого на основе дифференцирования сигнала, получаемого от датчика скорости, с релейным управлением дополнительным регулируемым силовым транзисторным коммутатором в звене постоянного тока преобразователя частоты. Главной задачей, представленной в исследовании, является создание системы и алгоритма управления дополнительным импульсным коммутатором в звене постоянного тока преобразователя частоты, работа которого совместима с системой векторного управления инвертором. Лучшая стабилизация пускового момента реализует функцию защиты оборудования от возможных перегрузок и обеспечивает повышение стабильности работы агрегата. Применение разработанной системы коррекции входного напряжения инвертора в функции ускорения электропривода позволяет в пусковом режиме уменьшить колебания момента и снизить потребление тока.

Аннотация: Для проведения различных геологоразведочных и поисковых работ широко используют малоглубинное зондирование приповерхностной части земной коры. Поэтому повышение достоверности результатов малоглубинного зондирования является актуальной задачей. Цель работы – разработка антенного модуля георадара с улучшенными техническими возможностями. Рассмотрены особенности функционирования систем подповерхностного зондирования с использованием георадаров. Проведен анализ используемых в георадарах антенн, которые является базовым узлом, определяющим их эксплуатационные возможности и характеристики. Разработан новый модифицированной тип EH-антенны. Для существенного сужения диаграммы направленности вибраторной ЕН-антенны в качестве ее конструктивных элементов используются относительно длинные полые токопроводящие цилиндры, включенные последовательно с удлиняющими катушками индуктивности, что, в свою очередь, обеспечивает излучение электромагнитного поля максимальной интенсивности уже в ближней зоне окружающего пространства. Используемая приемная магнитная антенна с сердечником из диэлектрического ферримагнитного материала, состоящая из двух удлиняющих катушек индуктивности, имеет пространственную развязку по первичному полю относительно излучающей вибраторной антенны. Описан и теоретически обоснован принцип работы предложенного антенного модуля. Показано, что ферримагнитный сердечник служит не только для усиления вторичного (переизлученного) электромагнитного поля, но и в качестве дополнительного элемента тонкой настройки режимов работы ЕН-антенны. Предложен вариант конструктивного исполнения нового антенного модуля для георадара. Предложенная ЕН-антенна обеспечивает максимальное преобразование полей Е и Н в излучаемое первичное поле, а использование в качестве приемной антенны феррозонда существенно повышает чувствительность антенного модуля в целом.

Аннотация: В статье рассмотрены вопросы создания и использования программного комплекса (ПК) «Поиск отключившегося оборудования в электрической сети», который повышает эффективность работы оперативного персонала с учетом современных тенденций развития распределительных сетей. Основными модулями ПК являются: «Формирование базы данных»; «Анализ топологии электрической сети для различных режимов ее работы»; «Расчет режимов работы электрической сети»; «Определение отключившегося оборудования». Разработанная реляционная база данных для электрической сети включает в себя следующие сущности: узел; линия; нагрузка; выключатель; трансформатор; внешняя сеть. Во втором модуле ПК адаптирован метод полного перебора – поиск в ширину BFS, отличительной особенностью которого является формирование графа электрической сети (ЭС) в виде подграфов. Каждый подграф представляет собой группу связанных объектов ЭС. Анализ топологии ЭС предложено осуществлять по сформированным кортежам, образованных методом прямого произведения элементов множеств заданных сущностей (объектов ЭС) и согласованных по атрибуту «номер узла, к которому подключен объект». В результате получаем кортежи, включающие в себя объекты ЭС, подсоединенные к каждому из узлов ЭС. Реализация 3-го модуля ПК осуществлена на основе решения системы нелинейных уравнений, составленных по методу узловых напряжений в форме баланса мощностей, программно реализованных методом Ньютона-Рафсона. Результатом работы 3-го модуля являются: значения узловых напряжений, токов в линиях ЭС, потери активной и реактивной мощностей. Разработанный программный комплекс реализован на языке программирования Рython с применением библиотек «Pandapower», «Pandas», «Matplotlib» и «NetworkX». Результаты тестирования программного комплекса показали достоверность полученных результатов и повышение быстродействия работы оперативного персонала.

Аннотация: Неотъемлемым этапом разработки новой и модернизации уже имеющейся техники являются экспериментальные исследования. При этом довольно значительную роль играют именно лабораторные испытания, позволяющие еще на самых ранних этапах работы подтвердить или опровергнуть теоретические гипотезы, а также выявить несоответствия тех или иных параметров. Такого рода исследования требуют наличия специализированного оборудования, позволяющего производить зачастую несвойственные стандартным приборам измерения. В результате возникает актуальная проблема формирования унифицированного способа анализа различных систем, в том числе и нетипичных, ранее не исследуемых изделий, к которым непосредственно можно отнести привод на базе барабанно-роликового механизма. Реализация экспериментальных исследований такого рода изделия посредством лабораторного стенда позволяет сформировать основные принципы построения контрольно-проверочного оборудования для объектов схожей направленности. В частности, демонстрируемый лабораторный стенд может применяться при отработке следящих электроприводов с адаптивными структурами системы управления. Одновременно с этим модульность стенда позволяет в короткие сроки адаптировать данный комплекс для анализа параметров приводов другого типа, что свидетельствует о высоком уровне унификации. Экспериментальные исследования барабанно-роликового электропривода показали высокую сходимость результатов теоретических исследований с экспериментальными. Данное заключение свидетельствует о корректности принятых технических решений в рамках разработки как самого электропривода, так и лабораторного стенда, на котором производились проверки. Помимо этого, получили практические подтверждения и принципы построения испытательных стендов на базе отдельно взятых модулей, что позволяет руководствоваться ими при формировании более сложных систем. Таким образом, на конкретном примере доказана правомерность и целесообразность реализации унифицированных лабораторных стендов в качестве средства сбора и обработки информации сложных электротехнических комплексов.

Аннотация: Применение интеллектуальных выключателей (реклоузеров) позволяет значительно повысить надежность системы электроснабжения и ускорить определение места повреждения. Однако при реконструкции существующей или проектировании новой электрической сети, в виду значительной стоимости данного коммутационного аппарата, возникает вопрос по определению экономически целесообразного числа и места их установки. В данной работе разработана методика повышения эффективности управления районными распределительными сетями за счет установки реклоузеров 6-10 кВ. Описан метод определения оптимального места размещения реклоузеров в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ с магистральными участками и ответвлениями. Сформулированы основные уравнения для расчета ущерба от перерыва электроснабжения при условии установки нескольких реклоузеров в различных точках сети. Алгоритм основывается на теории графов и матричной алгебре, что позволяет ускорить процесс расчета необходимых показателей сети с учетом топологии схемы. Сформулированы обобщенные уравнения, позволяющие определить место установки реклоузера по критерию минимума ущерба от перерыва электроснабжения. Методика также позволяет учитывать эксплуатационные издержки проектируемой электрической сети для возможных вариантов мест установки реклоузеров. Основными исходными данными для расчета являются технические и надежностные показатели линий электропередачи, нагрузки узлов, а также конфигурация электрической сети. В работе приводится пример определения целесообразного места установки реклоузеров для районной распределительной сети напряжением 6-10 кВ. Приведенный алгоритм может быть использован при проектировании новых или модернизации существующих объектов магистральных районных или городских распределительных сетей 6-10 кВ.

Аннотация: Обоснована актуальность создания систем on-line-мониторинга упругого момента на шпинделях клетей прокатных станов. Основанием для непрерывного контроля являются высокие динамические нагрузки, возникающие при входе раскатов в клеть. На примере электромеханических систем толстолистового стана 5000 показано, что амплитудные значения упругого момента на шпинделях могут превышать номинальный момент двигателя в 2 и более раза. Рассмотрены осциллограммы скоростей и моментов двигателей главных приводов верхнего и нижнего валков (ВГП и НГП), полученные за 19 проходов реверсивной прокатки трубной заготовки. Отмечено размыкание контура регулирования скорости в связи с выходом на ограничение момента, что приводит к увеличению динамических нагрузок. Подчеркнута важность расчета ресурса шпинделя в автоматическом режиме. Рассмотрена структура разработанной информационной системы on-line-мониторинга упругого момента. Предложена схема наблюдателя с функцией определения выработанного ресурса. Разработан контроллер вычисления амплитуд динамических моментов и ресурса шпинделей в Matlab Simulink. Представлена методика расчета усталостных нагружений, основанная на линейной гипотезе Пальмгрена-Майнера. Получены аналитические выражения и кривая зависимости выработанного ресурса от кратности момента при захвате. Дана оценка ресурса шпинделей верхнего и нижнего валков за цикл прокатки и в течение месяца при реальной нагрузке. Показано, что неравномерное распределение нагрузок шпинделей приводит к существенному различию прогнозируемых сроков эксплуатации. В связи с большим объемом обрабатываемой информации рекомендовано внедрение облачных технологий с использованием возможностей BigData.

Аннотация: Целью данного исследования является разработка методики моделирования характеристик бестопливного источника энергии (БИЭН) в составе ветроэлектрической установки (ВЭУ) и аккумулятора энергии (АЭ) на основе данныx полуторагодовых трехуровневых измерений параметров ветра с 10-минутным разрешением на мачтовом ветроизмерительном комплексе (ВИК) в поселке Темрюк (Краснодарский край). Определены технические критерии и условия, необходимые и достаточные для создания БИЭН на базе ВЭУ и АЭ. С учетом временной структуры ветра определены оптимальные соотношения номинальных мощностей ВЭУ и емкостей аккумулятора, обеспечивающих бестопливное энергоснабжение по заданным графикам нагрузки на месячных и годовых интервалах времени. Разработанная методика численно реализована в виде программ на языке СИ++ и в среде EXСEL и верифицирована в ходе методических многовариантных расчетов. Результаты проведенных расчетов и анализ режимов работы БИЭН позволили установить, что для обеспечения функций БИЭН в течение года в ветроклиматических условиях в районе Темрюка необходимо использование в составе БИЭН АЭ большой емкости (кратной энергопотреблению от пяти до десяти суток) и ВЭУ номинальной мощности, превышающей потребляемую мощность в 5 раз и более. Установлено, что ВЭУ оптимальной для БИЭН номинальной мощности обеспечивает годовую выработку электроэнергии, превышающую заданное годовое потребление в 5–10 раз, которую предполагается полезно использовать в технологических целях в виде электрической или тепловой энергии. Оптимальные соотношения номинальной мощности ВЭУ и емкости АЭ, компонующих БИЭН с годовой гарантией бестопливного энергоснабжения, определяются разработанной методикой по данным 10-минутных измерений на ВИК. При этом, как показывают расчеты, достаточно точные их годовые значения могут быть оценены по данным измерений скоростей ветра в наименее обеспеченные ветром месяцы (в районе Темрюка – в июле), что позволяет существенно сократить время и расходы на предпроектные изыскания в части ветромониторинга.

Аннотация: Актуальной является задача разработки автоматизированных систем расчета ставок релейной защиты. В условиях систем промышленного электроснабжения расчет уставок релейной защиты дополнительно усложняется особенностями данных объектов, связанными с преобладанием разомкнутых сетей над замкнутыми, высокой плотностью нагрузки, наличием нескольких узлов примыкания к энергосистеме и собственных электростанций. Существующие на сегодняшний день программные комплексы либо предлагают возможность определения уставок на основе рассчитанных вручную или в другом программном продукте параметров режимов, либо ориентированы на сложнозамкнутые сети энергосистем и не ориентированы на системы промышленного электроснабжения. В данной работе предложен алгоритм автоматизированного расчета уставок токовой отсечки и максимальной токовой защиты силового трансформатора в условиях промышленной системы электроснабжения. Предложенные алгоритмы учитывают особенности терминалов защиты, требования ПУЭ, а также позволяют рассчитывать параметры установившегося и аварийного режима, и параметры срабатывания защит на одной расчётной схеме. Алгоритмы автоматизированного расчета уставок реализованы в программном модуле ПВК «КАТРАН». Таким образом, созданная в разработанном продукте расчетная схема позволяет определить параметры нормального режима, режима перегрузки, максимального режима короткого замыкания и минимального режима короткого замыкания (как симметричного, так и несимметричного). Полученные результаты расчета используются для автоматизированного определения уставок защит, оценки их чувствительности и пересчета параметров срабатывания во вторичные значения для составления карт уставок.

Аннотация: Исследование посвящено вопросам оценки частотных характеристик импульсных преобразователей постоянного напряжения, а именно входного и выходного операторных сопротивлений. В настоящее время системы вторичного электропитания представляют собой сложные многомодульные системы, где актуальной задачей является обеспечение структурной устойчивости. Устойчивость таких систем определяется на основе соотношения выходного и входного сопротивлений каскадно включенных модулей. В статье рассматриваются преобразователи напряжения на основе непосредственного повышающего преобразователя с системой управления на основе запаздывающей обратной связи, которые могут работать в составе сложных систем электропитания. Предложена модифицированная структура блока управления нелинейными процессами, реализуемая с помощью аналоговых компонентов. Представлена малосигнальная электрическая модель рассматриваемого преобразователя. Получены аналитические выражения для входного и выходного операторных сопротивлений, позволяющие их анализировать в частотной области. Построены границы областей существования желаемых режимов работы преобразователя в пространстве двух параметров регулятора и показано, что возможна ситуация, когда в определенной области параметров линеаризованная модель показывает неустойчивость системы, а нелинейная динамическая модель показывает в той же области существование и устойчивость желаемого динамического режима. Проведен анализ частотных характеристик входного и выходного сопротивлений преобразователя и показано, что введение блока управления нелинейными процессами на основе запаздывающей обратной связи приводит к трансформации частотных зависимостей модуля и фазы входного и выходного сопротивлений, что может существенно повлиять на систему электропитания, в составе которой работает рассматриваемый преобразователь. Показано, что частотные зависимости сопротивлений претерпевают наибольшую трансформацию в области средних частот. Особенно изменяется фаза сопротивлений. В областях высоких и низких частот влияние запаздывающей обратной связи не обнаруживается. Предлагаемые аналитические выражения носят универсальный характер и могут быть адаптированы для преобразователей постоянного напряжения широкого класса.

Аннотация: Мобильные подъёмно-транспортные механизмы в виде электрифицированных погрузчиков или кранов-штабелёров широко применяются в складских комплексах, которые являются центром любой торговли и бизнеса. Повышение эффективности и автономности их функционирования обеспечивает целый ряд экономических и социальных преимуществ таких машин. Интеграция в конструкцию кранов-штабелеров гибридной системы энергоснабжения позволит снизить их зависимость от состояния электросети, а также организовать сохранение энергии, выделяемой в электроприводах механизмов на этапах работы в тормозных режимах. В статье рассматривается гибридная система электроснабжения крана-штабелёра, содержащая на его борту аккумуляторное устройство накопления энергии с батарей конденсаторов и подключаемый к сети выпрямитель, которая управляется так, чтобы обеспечивать требуемую производительность крана при минимальном энергопотреблении. Система накопления энергии встроена в комплекс электроснабжения таким образом, чтобы батарея могла заряжаться в штатном режиме подключения крана-штабелёра к сети и поддерживать питание электроприводов при его отключении от сети, которое может произойти при техническом обслуживании, неисправных соединениях или проблем с сетью. Предлагаемая конфигурация позволяет уменьшить как размер батареи конденсаторов, так и мощность применяемых силовых электронных приборов. Это решение также позволило отказаться от тормозных резисторов, обычно используемых в промышленных кранах. Функциональность и эффективность предлагаемой системы исследованы на трех тестовых сценариях моделирования режимов работы крана. Полученные результаты подтвердили эффективность комбинированной системы электроснабжения в наиболее напряжённых режимах работы крана-штабелёра.

Аннотация: Целью исследования является разработка автоматизированной системы, обеспечивающей повышение точности и достоверности информации, получаемой при идентификации состояния типовых объектов, находящихся на кровле промышленных зданий. Исследование направленно на разработку алгоритмического и программного обеспечения модуля идентификации типовых объектов. Для достижения цели выполнено построение алгоритмического обеспечения для идентификации типовых объектов на изображениях промышленных зданий, синтез программного модуля на основе построенных алгоритмов, опробование программного модуля на тестовых примерах. Исследование проводилось на территории градообразующего предприятия черной металлургии и с использованием лабораторной базы НИИ «Промбезопасности» ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет имени Г.И. Носова». Исследования проводились на протяжении трех лет, начиная с июля 2021 г. В рамках исследования использованы методы: наблюдение за техническим состоянием промышленных зданий, фото- и видеосъемка, а именно сбор графической информации с помощью беспилотного летательного аппарата (БПЛА) роторного типа, создание алгоритмического и программного обеспечение модуля и его опробование для поиска типовых объектов, измерение уровня точности обнаружения на различных фотографиях (фотографиях с разным значением средней яркости), сравнение результатов обработки изображений для двух версий программного модуля (консольной и Web-версии). В рамках исследования рассмотрены два вида типовых объектов на промышленных зданиях: вентиляционные дефлекторы и ветровые ограждения, расположенные на кровле промышленных зданий. Программный продукт позволяет отслеживать количество, местонахождение и техническое состояние (наличие, проектное положение) типовых объектов промышленных зданий и сооружений. В рамках исследования выполнено опробывание на тестовых примерах для двух версий модуля, консольной версии и Web-версии с пользовательским интерфейсом. Результаты опробывания структурированы. Отмечены особенности консольной и Web-версии модуля. Исключена ошибка обнаружения типовых объектов при осмотре специалистом ввиду высокой субъективности экспертной оценки при осмотре промышленных зданий и сооружений. Произведена автоматизация процесса мониторинга технического состояния промышленных зданий.