Сборник тезисов 4-й международной научно-практической конференции Том 2. by Донецкий политехник (Донецкий национальный технический университет)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ДонНТУ) СОВЕТ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ДонНТУ ГОУ ВПО ЛНР «ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Т. ШЕВЧЕНКО» (ЛНУ) ГОУ ВПО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИЕРСИТЕТ» (ДонГТУ) ДОНЕЦКАЯ РЕСПУБЛИКАНСКАЯ МАЛАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИННОВАЦИОННЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ДОНБАССА Сборник тезисов 4-й международной научно-практической конференции Том 2. Перспективы развития электротехнических, электромеханических и энергосберегающих систем

г. Донецк 22-25 мая 2018 года

Донецк – 2018

ББК 65.30 УДК 330.341 (477.61/62)

И 66

Инновационные перспективы Донбасса, г. Донецк, 22-25 мая 2018 г. – Донецк: ДонНТУ, 2017. Т. 2: Перспективы развития электротехнических, электромеханических и энергосберегающих систем. Сборник тезисов. – 2018. – 94 с.

Представлены материалы 4-й Международной научно-практической конференции “Инновационные перспективы Донбасса”, состоявшейся 22-25 мая 2018 г. в Донецке на базе Донецкого национального технического университета, включающие доклады студентов по вопросам приоритетных направлений научнотехнического обеспечения инновационного развития Донбасса и формирования механизмов повышения социально-экономической эффективности развития региона. Материалы предназначены для специалистов народного хозяйства, ученых, преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений.

Редакционная коллегия Министр образования и науки ДНР Е. В. Горохов, ректор ДонНТУ К. Н. Маренич, д-р техн. наук Ю. Ф. Булгаков, д-р пед. наук Г. А. Сорокина, канд. наук по гос. упр. А. Е. Пожидаев, д-р техн. наук Г. Г. Литвинский, д-р техн. Наук С. В. Борщевский, д-р техн. наук Э. Г. Куренный, д-р техн. наук С. П. Еронько, д-р хим. наук В. В. Приседский, д-р экон. наук Я. В. Хоменко, канд. техн. Наук А. А. Каракозов, председатель Совета молодых ученых ДонНТУ Е. С. Дубинка.

Контактный адрес редакции НИЧ ДонНТУ, ул. Артема, 58, Донецк, 283001 Тел.: +380 (62) 305-35-67. Эл. почта: ipd@donntu.org Интернет: http://ipd.donntu.org

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Е.В. Бабченко, А.А. Чурсинова Методы энергосбережения посредством озеленения кровли ................ 5 А.С. Фомин, Э.Г. Куренный Выбор времени срабатывания защиты от токов короткого замыкания в системе Тn напряжением до 1кВ с учетом требований по электробезопасности ................................................................................ 8 С.С. Сенаторов, А.В. Левшов Работа фотоэлектрического преобразователя при частичном затенении ................................................................................................ 12 В.А. Павлюков, В.А. Лопухов Разработка электронной оперативной схемы Старобешевской ТЭС с online расчетом токов короткого замыкания ........................................ 17 В.В. Цыганок, А.В. Светличный Сравнительная характеристика сред разработки программ для программируемых логических контроллеров ...................................... 20 А.В. Бурмистров, А.А. Якубовский, Д.Н. Мирошник Разработка мобильного робота с системой автоматического обнаружения на базе STM32F4 Discovery ........................................... 26 Д.М. Розуванов Анализ энергопотребления насоса при различных способах регулирования производительности ..................................................... 31 Д.А. Устименко, А.В. Левшов Выравнивание графика электрической нагрузки ................................. 36 В.М. Шумяцкий, Е.Г. Макаров Использование 3D печати для создания современных робототехнических комплексов ............................................................ 42 В.М. Шумяцкий, И.Ю. Самойлов Программное обеспечение MIT APP Inventor в робототехнике .......... 48

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

И.С. Гуцул, В.Ф. Борисенко Методы и концептуальные подходы к оценке технического состояния электромеханической систем ................................................................ 54 В.А. Смоленский, С.И. Сироноженко, Д.О. Легостаев, Д.Н. Мирошник, Е.И. Куликов Усовершенствование функциональных характеристик интерактивного робота OTTO .......................................................................................... 58 И.А. Сотников, В.Ф. Борисенко Оценка действующих систем электропривода механизма подачи электродов в дуговую печь .................................................................... 62 И.И. Ларина, А.М. Головко Анализ моделей оценки экономической эффективности мероприятий в электрических сетях ............................................................................ 67 А.А. Мартынов, И.А. Бершадский Использование САПР компании CSOFT для проектирования объектов электроснабжения .................................................................................. 71 В.О. Дякина, А.В. Левшов Особенности автоматического включения резерва в схемах, питающих двигательную нагрузку .......................................................................... 74 Я.Н. Величко, С.В. Шлепнёв Выбор фильтрокомпенсирующих устройств в низковольтных промышленных сетях ............................................................................. 77 Е.В. Басалыгин, В.В. Гринь, П.И. Розкаряка Опыт разработки элементов электромеханической модели протеза человеческой руки .................................................................................. 84 М.П. Дергилёв, А.В. Тесленко Анализ условий работы измерительных трансформаторов в сетях 610кВ в режиме замыкания фазы на землю ............................................ 90

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 621.446

МЕТОДЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ПОСРЕДСТВОМ ОЗЕЛЕНЕНИЯ КРОВЛИ Е.В. Бабченко, А.А. Чурсинова ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» В данной работе рассмотрены основные преимущества озеленения кровли для энергосбережения предприятия, а также сравнение энергоэффективности солнечных панелей, установленных на разных поверхностях. Ключевые слова: озеленение кровли, солнечные панели, температура модулей, битумные покрытия. In this work the main advantages of greening of a roof for energy saving of the enterprise, and also comparison of energy efficiency of the solar panels established on different surfaces are considered. Keywords: roof greening, solar panels, module temperature, bituminous coatings. В период всецелой застройки городов и увеличения количества автомобилей на дорогах, возникает вопрос сохранения зеленых насаждений в черте города для поддержания экологического баланса окружающей среды[2]. Ответом на него является озеленение кровель, в частности с помощью системных решений немецкой фирмы ZinCo, направленных как на украшение серых крыш, так и на энергосбережение здания в целом. Существует два вида озеленения кровель. Это экстенсивное, которое требует проверки состояния 1-2 раза в год, являются легковесными и небольшими по толщине, и интенсивное озеленение, которое требует регулярного ухода, в виде покоса травы, удобрения, полива, прополки и т.д. Любой из видов благотворно повлияет на энергосбережение, ведь зеленые крыши улучшают микроклимат, увеличивают водоудержание, снижают энергозатраты, сокращают затраты на реконструкцию крыши, создают дополнительные пространства[1]. Рассмотрим по порядку: 1. Зеленые крыши охлаждают и увлажняют воздух, что существенно снижает нагрузку на систему кондиционирования помещения. 2. Задерживают от 50 до 90% осадков и снижают пиковую нагрузку водостоков. Водостоки, трубы и дренажные отверстия мож-

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

но изготавливать с меньшей пропускной способностью, тем самым сокращая расходы на строительство. 3. Зеленые крыши являются своего рода температурным буфером, что улучшает показатели расхода электроэнергии в здании. 4. Зеленая крыша защищает гидроизоляцию от воздействия температурных перепадов, ультрафиолетового облучения и механических повреждений. Это во много раз увеличивает срок службы гидроизоляции, что позволяет снизить расходы на ее обслуживание и ремонт. Еще один немало важный фактор – зависимость эффективности работы солнечной панели от температуры окружающей среды. Температура Стандартного Режима Испытания, с помощью которых фотоэлектрические модули были измерены, составляет 25 ºС. Но на практике температура модулей значительно возрастает за счет солнечного излучения. Это усиливается горячей поверхностью крыши, на пример темной гидроизоляцией или крышей со слоем гравия, который легко может повысить температуру до 90 ºС. Компанией ZinCo были проведены исследования КПД солнечных панелей, в зависимости от температуры окружающей среды и поверхности, где данные панели установлены. Испытания включали в себя два модуля, установленных на “голых” битумных поверхностях, которые сравнивались с одним модулем, установленным на зеленом покрытии. В каждом случае внимание было сосредоточено на температуре в нижней панели[1].

Рис. 1 – Изменение температуры модуля в течении дня

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

На рисунке 1 приведен графика изменений температуры панели, в зависимости от месторасположения. Температура модулей на битумных покрытиях(черная и серая линии) поднимается почти до 40 ºС, в то время, как модуль на зеленом покрытии (зеленая линия) не выходит за границы максимального значения в 27 ºС, что является близким к температуре окружающей среды (красная линия). Смена эффективности модуля связана с температурой, продемонстрирована при помощи температурного коэффициента. Это зависит от продукта и доходит до 0,5% на градус Кельвина в стандартной панели солнечных батарей. Из-за того, что температурный коэффициент напряжения холостого хода значительно больше температурного коэффициента тока короткого замыкания, с ростом температуры падение напряжения больше чем увеличение силы тока. Поэтому мощность солнечной батареи, как произведение силы тока на напряжение, при увеличении температуры уменьшается, и батарея работает с меньшей эффективностью[3]. В заключении, хотелось бы отметить, что срок окупаемости такого энергосберегающего решения, с учетом всех плюсов, относительно не велик, что дает возможность устанавливать зеленые крыши, как на предприятии, так и для собственного пользования дома. Перечень ссылок 1. ZinCo. Руководство по планированию. Солнечная энергия и зеленые кровли[Электронный ресурс ]. - URL: http://www.zinco.com.ua 2. Бурячко Т.А. Буцьо З.Ю. Книга 5 Электроэнергетика и охрана окружающей среды. Функционирование энергетики в современном мире[Электронный ресурс ]. URL: http://energetika.in.ua 3. Йе Вин. Виссарионов В.И. Исследование влияния температуры характеристики фотоэлектрических преобразователей.//Научно-техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знаниях: Москва, ВВЦ, 2012. — 486—488 с.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 621.311.6.03

ВЫБОР ВРЕМЕНИ СРАБАТЫВАНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В СИСТЕМЕ TN НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1КВ С УЧЕТОМ ТРЕБОВАНИЙ ПО ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ А.С. Фомин, Э.Г. Куренный ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» Рассматриваются вопросы выбора времени срабатывания защиты от токов короткого замыкания в системах TN с целью выполнения требований к предельным значениям продолжительности воздействия при аварийном режиме. Ключевые слова: электробезопасность, системы TN, однофазное короткое замыкание, релейная защита, напряжение прикосновения. The questions of choosing the response time of short-circuit current protection in TN systems in order to meet the requirements for the limit values of the duration of exposure in emergency mode are considered. Keywords: electric security, the TN system, single-phase short circuit, relay protection, touch voltage. В сетях электроснабжения до 1кВ наиболее распространенными являются системы с глухозаземленной нейтралью и занулением корпусов элетрооборудования. Однофазное замыкание в таких системах является коротким (КЗ), поэтому время отключения выбирается из условий ограничения термического и электродинамического действия токов КЗ, селективности и электробезопасности. В ПУЭ [1] отсутствуют конкретные требования к времени срабатывания защиты от токов КЗ: в п. 3.1.8 рекомендуется лишь, чтобы оно было бы по возможности наименьшим. Такая неопределенность не гарантирует соблюдения требований к электробезопасности при аварийном режиме. Целью статьи является устранение этой неопределенности, исходя из условий безусловного выполнения норм стандарта [2]. Рассмотрим вначале четырехпроводную систему TN-C (рис.1,а). При однофазном КЗ на корпус электроприемника (ЭП) по фазному и нулевым проводникам протекает большой ток I к , который создает на корпусе напряжение U п относительно земли, которое пропорционально сопротивлению нулевого провода между точкой присоедине-

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

ния корпуса к PEN и нейтралью. Когда человек касается корпуса, он оказывается под этим напряжением. L1 L2 L3 КВН

Iк

PEN

Iк

Rч

Iк

Iч

а) L1 L2 L3

Iк

КВН N

Iк

Iч

Rч

Iк

Iч

б) Рис.1_ Протекание токов Iк однофазного замыкания на корпус и I4 через человека в системах TN_C (а) и TN_S (б)

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Ток через человека I ч  U п ( R0  Rч )  U п Rч

(1) протекает через последовательно соединенные сопротивления Rч  1000 ом человека и R0  4 Ом заземления нейтрали. Из-за шунтирующего действия зануления он во много раз меньше тока КЗ, но все же может оказаться опасным для человека. Обозначим через Z1 и Z2 полные сопротивления в петле «фазануль» от ис-точника питания до точки КЗ и после нее. В практике при расчете токов КЗ в низковольтных сетях допускается суммирование полных сопротивлений [3]. В этом случае I к  U ф (Z1  Z 2 ), (2) где Uф - фазное напряжение. Напряжение прикосновение к корпусу

U п  I к Z 2  U ф ( Z1 Z 2  1). (3) В стандарте [2] нет отдельного обозначения для  допустимого  значения. Здесь для этого используется символ «  »: U п и tп - нормируемые напряжение и длительность прикосновения. Требуемое время t от отключения ЭП защитой: не должно превышать значения tпк  найденного из условия U п  U п . С другой стороны, в [1, п.1.7.79]  нормируется предельное значение tот  0, 4с . Отсюда следует, что если tпк не превышает 0,4с, то требование [1] обеспечивает электробезопасность, если же tпк < 0,4с, то нет. Найдем при каком соотношении между сопротивлениями нормы на электробезопасность выполняются. Для этого в (3) необходимо  подставить величину U 0,4 , соответствующую времени отключения 0,4с. В результате получим условия выполнения норм:  Z1 Z 2  U ф U 0,4  1 . (4)  В [2,табл.2] для промышленных ЭП U0,4  120В , а в табл.4 для бытовых ЭП-55В. При этом граничные значения отношения (4) составят: 0,83 и 3. Проиллюстрируем этот результат на примере квартиры девятиэтажного дома. Расчеты показали, что до квартирного щитка сопротивление Z1=185,6 мОм. Удельное сопротивление Zу фазного и нулевого проводов сечением 2,5 мм2 равно 7,4 мОм/м. Сопротивление Z 2  Z у  l пропорционально расстоянию l бытового ЭП от щитка. С учетом (3) при Z 2 Z1  3 граничное значение lг  185,6 (7, 4  3)  8, 4 м.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Если расстояние от ЭП до щитка превышает это значение, потребуется применять защиту с временем отключения, меньшим 0,4с. При внешнем КЗ (точка K вн ) на корпусе ЭП также появится напряжение, но меншой величины, поскольку сопротивление Z2 остается тем же, а сопро-тивление Z1 увеличится. Перейдем к пятипроводной системе TN_S (рис.1,б). При замыкании на корпус процессы протекания токов аналогичны - с той лишь разницей, что ток I протекает не по N_, а по PE_ проводнику. Напротив, при внешнем КЗ ток Iк не протекает по зануляющему проводнику, поэтому напряжения на корпусе не протекает. Следует отметить, что в системе TN_C в (п.1.7.81) из [1] не рекоме-ндуется применять УЗО, которое может обеспечить очень быстрое отключе-ние: согласно [4] – от 0,3 до 0,4с. Для системы же TN_S такого ограничения нет. По результатам исследования сделаны следующие выводы: в системах TN оценку электробезопасности при замыкании на корпус следует выполнять по результатам расчета однофазного КЗ; в (п.3.1.8) ПУЭ [1] целесообразно дополнить требованием учитывать условия электробезопасности, а не только селективности. Перечень ссылок 1. Правила устройства електроустановок: с изменениями и дополнениями. – М.: КНОРУС ,2015-488с. 2. ГОСТ 12.1.038-82. ССБТ. Электробезопасность Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов. Введ. с 01.07.1983. Переиздание – июнь 2001. 3. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4кВ Л.:Энергоатомиздат, 1988._176c. 4. Носанов Н.И. Устройства защитного отключения и их применение. Учебное пособие для студентов ВУЗов._ ДонГАСА, Макеевка, 2003.-359с.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 621.31 РАБОТА ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПРИ ЧАСТИЧНОМ ЗАТЕНЕНИИ С.С. Сенаторов, А.В. Левшов ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» В данной работе рассмотрено, влияние частичного затенения на генерацию электроэнергии в солнечной батарее. Ключевые слова: фотоэлектрический преобразователь, тень, шунтирующие диоды, солнечные батареи. In this paper we consider the effect of partial shading on the generation of electricity in a solar battery. Keywords: photoelectric converter, shadow, shunting diodes, solar batteries. Частичное затенение действительно влияет на работу солнечных батарей. Количество энергии, производимой солнечными батареями, напрямую зависит от количества солнечных лучей, которые они получают. В безоблачный день под прямыми солнечными лучами солнечные батареи получают максимум света. Именно в эти часы они будут производить максимальное количество энергии. Когда солнце затягивается облаками, уровень света понижается. Однако это не перекрывает производство энергии. Несмотря на облачность, света все же достаточно, чтобы предметы на земле отбрасывали тень, батареи будут работать примерно в половину своей мощности. Более плотная облачность еще больше уменьшит эффективность батареи. Влияние затенения на отдельный солнечный элемент. Когда на один из солнечных элементов падает тень, он перестает генерировать фототок, а его внутреннее сопротивление резко увеличивается. Затенённый солнечный элемент блокирует поток энергии по всей цепи (рисунок 1). Поэтому, даже незначительное затенение одного фотоэлемента в солнечной батареи приводит к серьезному снижению генерации электроэнергии всей солнечной станции (рисунок 2).

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 1 – Электрический ток в солнечной панели а) без затенения б) с затенённым солнечным элементом

Рис. 2 – Влияние затенения на вольт-амперную характеристику солнечного фотоэлемента[1] Влияние затенения на группу солнечных батарей. Объединяя несколько модулей в одну цепь, есть риск существенного снижения мощности даже при частичном затенении одной солнечной батареи. При последовательном соединение панелей в одну цепь, максимальный ток будет равен току самой «слабой» затененной панели. В качестве примера рассмотрим цепь с десятью панелями мощностью 280 Вт. При оптимальной солнечной интенсивности, цепь солнечных батарей генерирует примерно 2798 Вт в час электроэнергии (рисунок 3). В случае затенения даже одного модуля производительность всей системы резко снизится. При том же напряжении, затенённая солнечная батарея выдаст ток не более 1 А. Суммарная мощность в этом случае составит всего 318 Вт (рисунок 4).

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 3 – Генерация электроэнергии цепью солнечных панелей без затенения[1]

Рис. 4 – Падение генерации электроэнергии при затенении одной батареи в цепи[1] Шунтирующие диоды. Для того, чтобы затененные ФЭП не ограничивали мощность всей батареи, параллельно отдельным группам ФЭП включают шунтирующие диоды, которые отключают (шунтируют) группу, попавшую под обратное напряжение смещения, т.е. затененную группу [2]. В результате этого в случае неравномерно освещения, потери мощности батареи будут состоять из мощности шунтированной группы ФЭП и тепловых потерь в шунтирующем диоде (рисунок 5). В современных ФЭП такие диоды уже встраиваются на производстве. Чтобы сделать систему еще эффективнее, панель оснащают сразу несколькими диодами, тогда возможно отсечь только некоторые затенённые участки одного модуля (рисунок 6).

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 5 – Применение шунтирующих диодов для повышения производительности при затенении отдельных солнечных батарей[1]

Рис. 6 – Спад мощности при затенении с использованием шунтирующих диодов[1] Также эффективным способом решения проблемы затенения является параллельное подключение шунтирующих диодов ко всем элементам (рисунок 7). Диоды подключены так, что при работе солнечного элемента они обратно смещены напряжением самого элемента. Поэтому через диод ток не протекает, и батарея функционирует нормально. Схема работает следующим образом. Предположим, что один из элементов затеняется. При этом диод оказывается прямо смещенным и через него в нагрузку протекает ток в обход неисправного элемента. Конечно, выходное напряжение всей цепочки уменьшится на 0,5 В, но устранится источник саморазрушающей силы для затененного фотоэлемента. 15

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 7 – Параллельное подключение шунтирующих диодов Дополнительное преимущество такой схемы состоит в том, что батарея продолжает нормально функционировать. Без шунтирующих диодов она бы полностью вышла из строя. На практике нецелесообразно шунтировать каждый элемент батареи. Необходимо руководствоваться соображениями экономии и использовать шунтирующие диоды, исходя из разумного компромисса между надежностью и стоимостью[3]. Как правило, один диод используют для защиты 1/4 батареи. Таким образом, на всю батарею требуется всего 4 диода. В этом случае эффект затенения будет приводить к 25%–ному (вполне допустимому) снижению выходной мощности. Перечень ссылок 1. Влияние тени на работу солнечных батарей [Электронный ресурс] // URL: http://solarsoul.net (дата обращения 13.05.2018) 2. Чуйков, Р. Обзор отрасли и перспективы развития солнечной энергетики в России / Р. Чуйков // Альтернативный киловатт. – 2010. – № 2. 3. Кузнецов, П.Н. Повышение эффективности работы фотоэлектрической станции / П.Н. Кузнецов, В.А. Сафонов // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2016. – № 3. – С. 26–30.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 621.311.001.63-52(075.8)

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОННОЙ ОПЕРАТИВНОЙ СХЕМЫ СТАРОБЕШЕВСКОЙ ТЭС С ONLINE РАСЧЕТОМ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В.А. Павлюков, В.А. Лопухов ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» Работа посвящена созданию схемы, на основе системы автоматизированного проектирования позволяющей проводить расчеты в режиме реального времени, а так же запись полученных данных в архив. Ключевые слова: учебная САПР, расчет в режиме реального времени, архив The work is devoted to the creation of a scheme, based on the computer-aided design system that allows real-time calculations, as well as recording of the received data in the archive. Keywords: educational CAD, real-time calculation, archive В мире существует большое количество САПР, обладающими подобными функциями. Программное обеспечение такого рода востребовано в современном мире. Данные программы подходят для персонала тепловых электрических станций, такого как начальник смены станции, диспетчер главного щита управления, сотрудники электрического цеха. Стоимость подобных САПР может достигать 150 тысяч рублей за одно рабочее место. Например, последняя версия Русской Промышленной Компании WinELSO обойдется предприятию в 80 000 рублей, а стоимость тренажера по переключениям компании «Модус» достигает 120 000 рублей. На рис. 1 представлена схема тренажера по переключениям компании «Модус». УСАПР разработанная на основе программного обеспечения AutoCAD, позволяет существенно сэкономить на оборудовании рабочих мест. В работе, для примера, используется схема главных электрических соединений и оборудование Обособленного подразделения «Старобешевская ТЭС» Республиканского Предприятия «Энергия Донбасса».

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 1 – Схема тренажера по переключениям компании «Модус» На рис. 2 представлен фрагмент схемы главных электрических соединений. В данный момент Старобешевская ТЭС является одной из двух ТЭС расположенных на территории Донецкой Народной Республики.

Рис. 2 – Фрагмент схемы главных электрических соединений Старобешевской ТЭС Была создана упрощенная схема главных электрических соединений Старобешевской ТЭС, позволяющая рассчитать токи короткого замыкания (далее – токи КЗ) в любой точке схемы, с возможностью их последующего архивирования и автоматизировать выбор выключате-

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

лей и кабелей. Разработанная машинная расчетная схема электрических соединений и собственных нужд представлена на рис. 3.

Рис. 3 - Разработанная машинная расчетная схема главных электрических соединений и собственных нужд СбТЭС Выводы 1. На данном этапе работы создана электронная расчетная схема Старобешевской ТЭС, позволяющая рассчитывать токи КЗ в любой точке. 2. Сформирована база данных современного энергетического оборудования, что позволяет использовать её в проектировании электрической части новых ТЭС.

Перечень ссылок 1. Павлюков В.А. Учебная САПР электрической части станций и подстанций [учебное пособие] / Павлюков В.А., Ткаченко С.Н., Коваленко А.В. – Харьков: ФЛП Панов А.Н., 2016. -124 с. 2. Официальный сайт «CAD Electric Education» [электронный ресурс]. – Режим доступа: https://es-cad.ru/CAD-Electric-Education/ (дата обращения 20.04.2018).

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 681.5

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СРЕД РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММ ДЛЯ ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ КОНТРОЛЛЕРОВ Цыганок В. В. ,Светличный А.В. ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» В статье рассмотрены различные среды для программируемого логического контроллера VIPA и на основании сравнения даны рекомендации по их применению. Ключевые слова: программируемый логический контроллер, среда разработки, конфигурирование, программирование, отладка In the article various environments for the programmable logic controller VIPA are considered and on the basis of comparison recommendations for their application are given. Keywords: programmable logic controller, development environment, configuration, programming, debugging Программируемые логические контроллеры (ПЛК) производства фирмы Siemens очень широко используются во всех отраслях промышленности. Широкая линейка модификаций от малых Simatic S7200 до мощных Simatic S7-400 позволяет выбрать оптимальную конфигурацию аппаратных средств для задач автоматизации любой степени сложности. Последние разработки ПЛК Simatic S7-1200 и Simatic S7-1500 обеспечивают дополнительные удобства для пользователей по интерфейсу и организации сетевых подключений. Для программирования этих ПЛК фирма Siemens предоставляет стандартное программное обеспечение SIMATIC STEP 7. Оно позволяет конфигурировать аппаратную часть используемого контроллера и составлять программы на языках программирования контактный план, функциональный план или список операторов. Ближайшими к ПЛК Simatic являются контроллеры, выпускаемые фирмой Vipa. В модельном ряде ПЛК Vipa подразделяются на такие как: система 100V,система 200V,система 300S , система 500S . Система 100V предназначена для решения задач централизированных и децентрализованной автоматизации на производстве и в обрабатывающей промышленности, со сравнительно невысокими требованиями к производительности. Компактные процессорные модули оборудованы интерфейсами связи со встроенными дискретными каналами ввода / вывода для подключения периферийных устройств.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

При необходимости, функциональность системы может быть увеличена с помощью дополнительных модулей расширения. Таким образом, CPU позволяет эффективно управлять объектами, которые имеют до 160 аналоговых и дискретных входов / выходов. Благодаря своим компактным размерам, система может быть установлена практически в любой шкафу управления. Для программирования своих ПЛК фирма VIPA предоставляет программный пакет WINPLC7. Наиболее близкими по своим характеристикам являются контроллеры SIMATIC S7 300 и VIPA 300S, у которых совпадают даже выводы подключения на интерфейсных модулях. Такая близость технических характеристик вышеуказанных ПЛК позволяет использовать для их программирования одинаковое программное обеспечение. В настоящей статье представлен сравнительный анализ возможностей и особенностей пакетов STEP 7 и WINPLC7 для случая программирования ПЛК VIPA 313SC. 1.Среда разработки Simatic STEP 7. STEP 7 – это базовый пакет программ, включающий в свой со став весь спектр инструментальных средств, необходимых для конфигурирования аппаратуры и промышленных сетей, настройки параметров, программирования, диагностики и обслуживания систем управления, построенных на основе программируемых контроллеров SIMATIC S7-300/S7-400/C7/WinAC. Отличительной особенностью пакета STEP 7 является возможность разработки комплексных проектов автоматизации, базирующихся на использовании множества программируемых контроллеров, промышленных компьютеров, устройств и систем человеко-машинного интерфейса, устройств распределенного ввода-вывода, сетевых структур промышленной связи. Ограничения на разработку таких проектов накладываются только функциональными возможностями программаторов или компьютеров. При необходимости STEP 7 может дополняться инструментальными средствами проектирования, значительно упрощающими разработку сложных проектов. STEP 7 входит в комплект поставки программатора SIMATIC Field PG M. Он может поставляться в виде самостоятельного пакета программ для персональных компьютеров, работающих под управлением операционных систем Windows 2000 Professional/ XP Professional. Для подключения программируемых контроллеров компьютер должен быть оснащен MPI картой (CP 5611 или CP 5512), PC/MPI или USB/MPI адаптером и соединительным кабелем. STEP 7 содержит полный спектр инструментальных средств, необходимых для выполнения всех этапов разработки проекта, а так-

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

же последующей эксплуатации системы управления: SIMATIC Manager - ядро пакета STEP 7, позволяющий выполнять управление всеми составными частями проекта, осуществлять быстрый поиск необходимых компонентов, производить запуск необходимых инструментальных средств. Symbol Editor - программа задания символьных имен, типов данных, ввода комментариев для глобальных переменных. Символьные имена доступны во всех приложениях. Hardware Configuration - для программного конфигурирования аппаратуры системы автоматизации и настройки параметров всех модулей. Выполняется автоматическая проверка корректности всех вводимых данных. Communication - для задания управляемой по времени циклической передачи данных между компонентами автоматизации через MPI или для событийно управляемой передачи данных через MPI, PROFIBUS или Industrial Ethernet. System diagnosis - предоставляет пользователю обзор состояния контроллера. Information functions - для быстрого обзора данных CPU и поведения написанной пользователем программы. Документирование - предоставляет пользователю функции документирования всего проекта. Редактор программ STEP 7 позволяет выполнять разработку программ на языках Statement List (STL – список команд); Ladder Diagram (LAD – релейно-контактный план); Function Block Diagram (FBD – функциональный план), отвечающих требованиям стандарта IEC 61131-3. Более того, для специальных задач могут использоваться дополнительные языки программирования высокого уровня или технологически ориентированные языки. STEP 7 объединяет все файлы программ пользователя и все файлы данных в блоки. В пределах одного блока могут быть использованы другие блоки. Механизм их вызова напоминает вызов подпрограмм. Это позволяет улучшать структуру программы пользователя, повышать их наглядность, обеспечить удобство их модификации, перенос готовых блоков из одной программы в другую. Программа STEP 7 может содержать организационные блоки (OB), функциональные блоки (FB), функции (FC), блоки данных (DB), а также блоки, встроенные в операционную систему CPU: системные функциональные блоки (SFB), системные функции (SFC) и системные блоки данных (SDB). STEP 7 поддерживает мощную систему команд, позволяющую выполнять множество логических и математических операций с фиксированной и плавающей точкой, управление ходом выполнения программы, обслуживать таймеры и счетчики, пересылать и преобразовывать форматы данных, обеспечивать работу мультипроцессорных систем S7-400 и т.д.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

2.Среда разработки WinPLC7. Программный пакет WinPLC7 предназначен для конфигурирования, программирования, отладки программ и диагностики контроллеров VIPA всех серий. Имеет дружественный интерфейс для всех этапов работы. WinPLC7 содержит все необходимые инструменты для создания проекта: конфигуратор используемого оборудования, символьный редактор, конфигуратор сети PROFIBUS DP, редактор программ, эмулятор контроллера. Для программирования систем автоматизации в рамках пакета WinPLC7 могут быть использованы три языка: STL (Statement List) список инструкций, LAD (Ladder Diagram) - язык релейно-контактных схем и FBD (Function Block Diagram) - язык функциональных блоков. WinPLC7 позволяет импортировать/экспортировать проекты для контроллеров Simatic S7-300 компании Siemеns, сохранять резервную копию программ и данных на карту MMC, а также осуществлять программную эмуляцию работы контроллера. Для контроллеров VIPA System 100V лицензия WinPLC7 является бесплатной. Характеристики:  Программирование на языках STL, FBD и LAD  Встроенный эмулятор ПЛК  Подключение к контроллеру через MPI-адаптер, Ethernet TCP/IP и VIPA „Green Cable"  Конфигуратор аппаратного обеспечения для всех серий VIPA, а также контроллеров Simatic S7-300 от Siemens  Конфигурирование и диагностика сетей Profibus DP  Работа в среде Windows XP и Windows 7 3.Сравнение интерфейсов. Что касается интерфейса для пользователя, то по своей структуре они похожи. Для пользователя доступно написание программ в таком виде как FBD, LAD, STL. Так же существует возможность приоритетности выполнения программы. Она представляется разделением на блоки. Наиболее высокий приоритет имеет блок ОВ1. Для наглядности на рис. 1 представлены интерфейсы в среде программирования Simatic Manager и WinPLC. 4.Конфигурирование аппаратной части. Для конфигурирования набираются составные части ПЛК, которые находятся на DIN-рейке. Процедура набора в разных средах одинаковая.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 1- Интерфейсы в среде программирования Simatic Manager и WinPLC 5.Установление сетевых соединений. После того как было выполнено конфигурирование аппаратной части, как в WinPLC7 так и в Simatic Manager выполняется сопряжение написанной программы с аппаратным набором ПЛК. Для их сопряжения используются IP адреса и соединение с помощью кабеля Ethernet. По моим наблюдениям в WinPLC7 необходимо постоянно следить, чтобы адреса совпадали, ибо часто сам ПЛК сбрасывает все настройки и приходится, чтобы зашить готовую программу, проделывать процедуру настройки заново. 6.Ввод и отладка программы. Ввод производиться в двух средах разработки программы одинаково, набором из уже готовых блоков логических элементов, либо из специальных блоков для работы с периферией устройства. После того как был совершен набор программы, как в WinPLC7 так и в Simatic Manager имеется возможно отладки программы и наблюдение результатов работы блоков в режиме реальном времени.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Выводы 1. Программные пакеты STEP 7 и WINPLC7 очень близки по своим функциональным возможностям и позволяют успешно программировать ПЛК производства Siemens и Vipa. 2. Стоимости аппартной части одинаковых по характеристикам ПЛК производства Siemens и Vipa на сегодняшний день сблизились. Стоимость ПЛК может варьироваться от $500 до $1000 в зависимости от того где покупать оборудование и в какой комплектации, так как существует очень много различных модификаций. 3. Существенным преимуществом программного обеспечения WinPLC является то, что оно предоставляется бесплатно для организаций, приобретающих контроллеры VIPA. 4. Некоторым неудобством работы с WINPLC7 является необходимость повторного указания адресов сетевых подключений при загрузке разработанного программного обеспечения. 5. Если же говорить о дружелюбности и интуитивной доступности для пользователя, то программное обеспечение WinPLC в целом более удобно, чем SIMATIC STEP7.

Перечень ссылок 1. ПЛК Vipa [Электронный ресурс]. Режим http://www.vipa.com.ua/ 2. СВ Альтера [Электронный ресурс]. Режим http://www.svaltera.ua/guide/documentation/1067/ 3. Каталог продукции Siemens [Электронный ресурс]. Режим http://www.siemens-ru.com/taxonomy/term/13 4. Siemens S300 [Электронный ресурс]. Режим https://www.siemens-pro.ru/components/s7-300.htm

доступа: доступа: доступа: доступа:

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

РАЗРАБОТКА МОБИЛЬНОГО РОБОТА С СИСТЕМОЙ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОБНАРУЖЕНИЯ НА БАЗЕ STM32F4DISCOVERY А.В. Бурмистров, А.А. Якубовский, Д.Н. Мирошник ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» В работе приводится описание мобильного робота с функцией обнаружения, распознавания и передачи и информации о подозрительных металлических предметах, которые могут нанести вред человеку. Ключевые слова: мобильный робот, сервопривод, датчик, двигатель, STM32F4 Discovery, Matlab. The paper presents description of the mobile robot with detection, recognition and transmission and information transfer about suspicious metal objects that can harm a person, functionality is presented. Keywords: mobile robot, servo drive, sensor, motor, STM32F4 Discovery, Matlab. На кафедре «Электропривод и автоматизация промышленных установок» ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» разработана система автоматического обнаружения (САО) "MORRIGAN", которая предназначена для обнаружения, распознавания и передачи информации о подозрительных металлических предметах, которые могут нанести вред человеку. На рисунке 1 изображен мобильный робот Система Автоматического Обнаружения "MORRIGAN":

Рис. 1 - САО "MORRIGAN"

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

В состав робота входят: 1.Отладочная плата STM32F4DISCOVERY [1] – это так называемые мозги робота. Не спроста она именно отладочная , ведь она отлаживает правильность работы всей системы робота. Как от управления движением робота , так и до обычного мигания светодиодами. 2. Блок питания состоит из 2 батарей типа 18650 [2] соединённых последовательно и образуя собой 8.4 вольта. 3. Два двигателя постоянного токаDCMOTOR-REDUCTOR [3], отвечающими за движение робота. 4. Датчик металла DIY-kit [4], предназначенный для передачи и информации о подозрительных металлических предметах, которые могут нанести вред человеку . 5. Датчик изгиба по типу датчика FlexSensor [5]. 6. При срабатывании датчика включается звуковая и световая индикация , тем самым информируя о возможном найденном нежелательном устройстве. Принципиальная схема изображена на рисунке 2. Она состоит из двух двигателей постоянного тока(Motor _DC1 и Motor _DC2) отвечающих за перемещение робота. Для регулирования скорости применяется драйвер L298N [6]. За рулевую систему отвечает ServoMotorFutabas3003 [7]. В блок питания входит DC-DC [8] преобразователь напряжения, стабилизатор напряжения L7805 [9], стабилизатор напряжения AMS1117-3.3V [10], а также контроллер заряда FDC - 2s2 [11]. Датчик изгиба типа FlexSensor состоит изсверх яркого светодиода LED1 и фоторезистора PR1. Световая индикация состоят из 2 светодиодов LED2(BLUE) и LED3(RED). За поиск подозрительных металлических предметов, которые могут нанести вред человеку отвечаетDatchikMetallaDIY-kit. И на конец управление происходит при помощи Android приложения по каналу Bluetooth используя модуль BluetoothHC06 [12]. Программная часть была собрана в программном пакете Matlab рис.3. В ходе разработки была получена система управления роботом состоит из управления движением, распознавания опасных объектов и индикации. Блок RegularADC1 отвечает за аналоговый вход датчика изгиба и металла, а блок DigitalOutput отвечает за светодиодную индикацию. Pulsegenerator предназначен для перемигивания диодов. Блоки UART служат для преобразования управляющего сигнала со смартфона и передачу его на управление двигателями с помощью широтно-импульсной модуляции в драйвере (Advanved PWM).

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 2 – Принципиальная схема САО "MORRIGAN" Достоинства проекта:  Уникальность проекта (отсутствие информации о роботе в интернете).  Устройство было собрано из подручных средств которые были на кафедре. Самыми дорогими элементами являются отладочная плата (около 2000 руб.) и датчик металла(около 300 руб.).  Простота управления устройством.  Использовалась технология быстрого прототипирования. Достижения : Работа была представлена и одобрена на международном научном форуме "Инновационные перспективы Донбасса", 24-26 мая 2017 г. Донецк. Где были получены почётные грамоты за разработку мобильного робота Системы Автоматического Обнаружения(САО) "MORRIGAN". На рисунке 3 показана программная схема мобильного робота. Также работа была представлена и одобрена на конкурсе “Лучшие разработки молодых исследователей и инженеров для силовой электроники” , Москва 24-26 октября 2017 г. , где заняла второе призовое место. Данный проект будет рассматриваться и изучаться на дисциплинах по направлению 15.03.06 “Мехатроника и робототехника ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет».

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

а)

б) Подсистема DVISHKI

В) Подсистема DATCHIKI Рис. 3 – Программа разработанной системы управления Перечень ссылок 1.Оценочная плата STM32F4Discovery с STM32F407.[Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://robotosha.ru/stm32/stm32f407-discovery-board.html 2. Виды, маркировка и характеристики литий─ионных аккумуляторов 18650.[Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://akbinfo.ru/vopros-otvet/litijionnyj-akkumuljator-18650.html

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

3. Мотор з редуктором и колесом. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://uamper.com/Мотор-с-редуктором-и-колесом-для-роботов. 4. Металлодетектор. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://sochisails.ru/arduino/index.php?route=product/product&path=86&product_i d=76. 5. «FlexSensor» или по-русски «Датчик Изгиба». [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://arduinokit.ru/arduino/urok-9-arduino-i-flex-sensor.html. 6. Драйвер шагового двигателя и двигателя постоянного тока L298N.[Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://arduino-diy.com/arduinodrayver-shagovogo-dvigatelya-i-dvigatelya-postoyannogo-toka-L298N. 7.DatasheetServoFutabas3003. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.es.co.th/Schemetic/PDF/ET-SERVO-S3003.PDF. 8. Повышающий DC-DC USB конвертер. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://arduino.ua/prod1329-povishaushhii-dc-dc-usb-konverter-0-9-5v-v-5v600ma. 9. Интегральный стабилизатор 7805. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://ostabilizatore.ru/7805-stabilizator.html. 10. Стабилизатор AMS1117-3.3 схема включения. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://shemu.ru/raznoe/504-ams1117. 11. Маленькая плата защиты для сборки 2S литиевых аккумуляторов. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://www.kirich.blog/stati/informaciya-dlyanachinayuschih/242-malenkaya-plata-zaschity-dlya-sborki-2s-litievyhakkumulyatorov.html. 12. Настройка bluetooth-модулей HC-05/06.[Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://robotclass.ru/articles/bluetooth-hc-05-06/

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 621.3(07)

АНАЛИЗ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ НАСОСА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ Д.М. Розуванов ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» Рассмотрены вопросы энергопотребления насосной установки при различных способах регулирования производительности. На основании проведенных на лабораторной установке экспериментальных исследований, определены значения экономии активной и реактивной мощности при переходе от регулирования заслонкой к регулированию скоростью вращения электродвигателя. Ключевые слова: центробежный насос, производительность, регулирование, заслонка, скорость, преобразователь частоты, энергопотребление The issues of power consumption of a pumping unit under various methods of capacity control are considered. Based on the experimental studies carried out at the laboratory installation, the values of the savings of active and reactive power were determined in the transition from damper control to speed control of the electric motor Key words: centrifugal pump, capacity, regulation, damper, speed, frequency converter, power consumption Очень важным заданием на сегодняшний день является снижение энергетических расходов. Например, на предприятиях, такие турбо механизмы как насосы, вентиляторы, компрессоры, используют порядка 25% всей вырабатываемой электроэнергии. Необходимо отметить, что мало внимания уделяется созданию энергоэффективных и экономных режимов работы насосных установок. Значительная часть электроэнергии используется нерационально, с большими затратами. Исследование энергетических показателей и дальнейшее уменьшение затрат является актуальной темой. В работе поставлена задача исследования энергетических показателей регулируемого электропривода насосной установки и определения наиболее эффективных методов их улучшения.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Турбомеханизмы, такие как вентиляторы, насосы и компрессоры часто работают без применения устройств контроля скорости. Вместо этого, поток воздуха или воды традиционно регулируется методом дросселирования - клапаном или заслонкой. Двигатель вращается постоянно на номинальной скорости и поток регулируется без изменения скорости вращения двигателя. Поскольку системы вентиляции, кондиционирования, водоснабжения редко требуют максимальной производительности, то системы без регулирования скорости тратят значительную часть энергии бесполезно. Использование привода с переменной скоростью вращения может сохранить до 70% потребляемой энергии. Высокую эффективность внедрения частотно-регулируемого электропривода можно получить при использовании его в насосных, вентиляторных, нагнетательных установках. На рис. 1 представлен сравнительный график мощности, потребляемой насосом, в зависимости от расхода при регулировании дросселированием и частотном регулировании. Разность между значениями этими кривыми при заданном расходе позволяет определить экономию энергии при частотном регулировании по сравнению с регулированием дроссельной заслонкой.

Рис. 1 –Зависимость потребляемой мощности от расхода Силовое оборудование турбомеханизмов выбирается на максимальную производительность, в действительности же его среднесуточная загруженность может составлять около 50% от номинальной мощности. Значительное снижение момента нагрузки при снижении скорости вращения приводного двигателя, характерное для рассматриваемых механизмов, обеспечивает существенную экономию элек32

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

троэнергии (до 50%) при использовании регулируемого электропривода и позволяет создать принципиально новую технологию транспортировки воды, воздуха и т. д., обеспечивающую эффективное регулирование производительности агрегата. Кроме того, поддержание в системе минимально необходимого давления приводит к существенному уменьшению непроизводительных расходов транспортируемого продукта и снижению аварийности гидравлических и пневматических сетей. Опыт применения частотно-регулируемых электроприводов в водоснабжении показывает, что можно сэкономить до 25% воды, что также дает значительную экономию эксплуатационных затрат.[1-2] Для оценки эффективности перехода были проведены исследования на лабораторной установке. Подача регулировалась за счет изменения положения заслонки (режим 1) и изменением частоты вращения приводного двигателя (режим 2). В состав лабораторного стенда входят: преобразователь частоты Altivar 312, центробежный насос, трансформатор, электромеханический клапан, датчик давления, расходомер, бак и т.д. На стенде положение заслонки меняется за счет изменения положения ручки потенциометра (от 0 до 100%) Для сравнения использовались одинаковые значения производительности в % от максимальной. Таблица 1 – Контрольные значения производительности насоса Производительность, %

Подача м3/час

100

1.2120

0.876

0.6

0.324

Потенциометр задания %

Измерения потребляемой мощности и тока были получены с помощью прибора LOVATO Electric DMK32. После проведения экспериментов для режима 1 и 2 были получены следующие данные:

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Реактивная энергия Q, кВар*час

1.7

3.2

226

440

-570

0.876

1.75

3.07

226

428

-550

0.6

1.8

2.91

228

405

-512

0.324

1.85

2.78

228

395

-510

м3/час

U, В

1.2120

Ток I, А

Подача q,

Активная энергия N, кВт*час

Напряжение

Давление P, бар

Потенциометр задания

Таблица 2 – Показания при управлении подачей изменением положения заслонки

Реактивная энергия Q, кВар*час

3.2

226

440

-570

0.876

0.85

1.48

226

200

-270

0.6

0.4

0.75

228

-140

0.324

0.39

228

-75

Частота

U, В

1.7

Ток I, А

1.2120

м3/час

Подача q,

Активная энергия N, кВт*час

Напряжение

Давление P, бар

Таблица 3 – Показания при управлении подачей изменением частоты вращения приводного двигателя насоса

На рисунке 2 изображена зависимость потребляемой мощности от расхода полученные из результатов исследований. Выводы За счет использования регулированного электропривода с помощью ПЧ можно получить следующие преимущества: 1. Использование регулированного электропривода позволяет влиять на значения мощности, что в свою очередь уменьшает затраты. Эффективность тем выше, чем глубже регулирования.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 2 –Зависимость потребляемой мощности от расхода, полученные из результатов исследований (Q1, Q2- реактивная энергия для режима 1 и 2; N1,N2-активная энергия для режима 1 и 2; q-подача) 2. Снижение аварийности гидравлической или пневматической сети за счет поддержания минимально необходимого давления. 3. Снижение аварийности сети и самого агрегата за счет возможности применения плавного пуска; повышение надежности и снижение аварийности электрооборудования за счет устранения ударных пусковых токов. 4.Снижение уровня шума, создаваемого установкой. 5. Удобство автоматизации.

Перечень ссылок 1. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: Учебник для теплоэнергетических специальностей вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1984.-416 с. 2.Лезнов Б. С. Частотно-регулируемый электропривод насосных установок. — М.: Машиностроение, 2013. — 176 с., ил.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 621.355

ВЫРАВНИВАНИЕ ГРАФИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ Д.А. Устименко, А.В. Левшов ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» В данной статье рассмотрены вопросы выравнивания графика электрической нагрузки с применением аккумуляторов электромобилей, а также рассмотрена технология Smart Grids, которая позволит осуществлять процесс зарядки аккумуляторов электромобилей, не допуская ни перегрузки, ни провалов в энергосистеме. Ключевые слова: график нагрузки, электромобиль, аккумуляторная батарея, электрическая нагрузка, выравнивание графика, электропотребление. This article discusses the issues of equalizing the schedule of electric load with the use of electric vehicle batteries, as well as the technology Smart Grids, which will allow to carry out the process of charging electric vehicle batteries, preventing neither overload nor failures in the power system. Keywords: loading graph, electric vehicle, battery, electric load, alignment of graphics, the consumption. Проблема покрытия неравномерных графиков электрической нагрузки характерна для большинства энергосистем мира. Режим электропотребления — это изменение электрических нагрузок предприятия (потребителей) и его отдельных электроприемников во времени: в разрезе суток, дней недели, сезона года. Режимы электропотребления отражаются соответствующими графиками электрических нагрузок и характеризуются рядом показателей, в частности: [1]  коэффициентом нагрузки (заполнения суточного графика), определяемым как отношение среднесуточной нагрузки к максимальной (пиковой);  годовым (суточным, месячным) числом часов использования максимума нагрузки (максимальной мощности) потребителя; рассчитывается как отношение величины электропотребления за данный период к максимальной нагрузке за этот период;  коэффициентом одновременности нагрузки (или коэффициентом спроса), который равен отношению совмещенной максимальной

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

нагрузки предприятия к сумме нагрузок его отдельных электроприемников. [2] Графики нагрузки в большинстве случаев представляют собой неравномерную линию, состоящую из множества отрезков, с пиками в утренние (8-11) и вечерние (18-22) часы. На рисунке 1 приведен типовой суточный график нагрузки энергосистемы.

Рис. 1 – Типовой суточный график нагрузки энергосистемы Такой график нагрузки характерен и для энергосистемы России и Украины. Установленная мощность электростанций в этих странах достаточно велика, поэтому проблема выравнивания графика нагрузки традиционно решается за счет резервных мощностей. Но такое решение проблемы является достаточно дорогим и ресурсозатратным. Неравномерность графика нагрузки становится фактором роста конечного цены и тарифы на электроэнергию, а также:  необходимо искать инвестиционные и эксплуатационные средства дополнительные генерирующие мощности, а также сеть и трансформаторные подстанции, которые в конечном итоге платит потребитель;  многие электростанции вынуждены набирать и уменьшать нагрузку несколько раз в течение дня, что увеличивает удельный расход топлива, сокращает срок эксплуатации и в результате также влияет на повышение цен;  пики потребления, особенно вечернего, в низковольтных сетях приводят к возрастанию риска аварий и отключений, ухудшению качества электроэнергии, возрастанию потерь в линиях. Выравнивание графика электрической нагрузки является важной задачей в электроэнергетике. Проведено много исследований по снижению суточных максимумов и выравниванию графиков нагрузки путем заполнения ночного провала и переноса нагрузки во внепиковые часы суток. Однако предложенные способы ориентированы прежде всего на регулирование самих нагрузок потребителей без учета применения каких-либо накопителей электрической энергии.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Анализ известных технических решений показывает, что существуют следующие методы выравнивания графиков электрических нагрузок энергосистемы: 1. оптимизация структуры генерирующих мощностей энергосистемы; 2. использование перетоков с соседними энергосистемами; 3. привлечение потребителей к выравниванию графиков нагрузки энергосистемы за счет административных (ограничивающих) и экономических (стимулирующих мер). Распространение двухставочного тарифа, тарифа, дифференцированного по зонам суток, и почасовых цен, и некоторые другие меры, которые стимулируют снижать пиковое потребление либо переносить его на другие часы и дни недели. [3] Если метод экономического стимулирования достаточно эффективно воздействует на промышленные предприятия, то жилищнокоммунальный комплекс не в полной мере поддается такому воздействию. Регулирование графика нагрузки коммунально-бытового комплекса наиболее сложная задача: 1. нет необходимости перестраховываться и содержать огромные количества резервных генерирующих мощностей; 2. предприятия перестанут привязывать графики своей работы ко времени с «дешевой» энергией; 3. генерирующим компаниям не придется столь остро реагировать на изменения и перепады электропотребления. Новым техническим решением для выравнивания графика электрической нагрузки является использование устройств, аккумулирующих энергию в часы ночного провала или в выходные дни и отдающих ее в сеть или напрямую потребителю в пиковые часы. Подобным образом работают устройства резервного и бесперебойного питания для компьютеров и серверов, устройств сигнализации, связи и видеонаблюдения, аккумуляторы в ноутбуках и мобильных телефонах. Один из возможных способов решения данной проблемы в коммунально-бытовом секторе, является применение аккумуляторных батарей современных электромобилей. Разработка данного подхода позволит существенно снизить затраты как на потребление электроэнергии, так и на ее производство. Электромобили рассматриваются как потребители электрической энергии, то есть задача выравнивания графика электрической нагрузки энергосистемы в данном случае заключается в заполнении ночных провалов нагрузки с увеличением их до пиковых (полупиковых). [4]

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

В настоящее время еще не получили повсеместное распространение электромобили. Одна из причин этого их высокая стоимость. В таких условиях рассмотрение электромобилей только как потребителей электроэнергии ограничивает возможности регулирования графиков нагрузки по рассмотренному методу. Этот метод не единственный из возможных в теории управления. Проанализируем случай, когда потребитель электроэнергии выступает в двух качествах: потребителя и генератора, каким, в сущности, и является аккумулятор электромобиля. Если учесть, что длительность зарядки аккумулятора составляет в среднем 7 ч, электроемкость батареи – 85 кВт•ч, число зарядок в году равно 40, то время нахождения батареи в режиме зарядки с целью выполнения основной функции (обеспечение движения транспортного средства) составит 7 ´ 40 = 280 ч в течение года. Остальное время автомобиль эксплуатируется в дневное время и находится на стоянке в ночное время. Рассмотрим вариант, когда автомобиль хранится в подземном гараже многоквартирного жилого дома (100 квартир, 50 автомобилей) с возможностями зарядки аккумуляторов через специальный центр и выдачи электроэнергии обратно в сеть в часы пиковых нагрузок. Подобное вполне осуществимо, поскольку современные литийионные батареи с жидкостной системой охлаждения имеют гарантию на 160 тыс. км и 8 лет, то есть в среднем ежегодный пробег электромобиля должен быть не менее 20 тыс. км. В противном случае аккумулятор необходимо утилизировать. Исследования показывают, что использованный в автомобиле аккумулятор после гарантийного срока может успешно функционировать как стационарный еще 15 лет. Однако это не означает, что в качестве энергоисточников для потребителей нельзя использовать аккумуляторы, которые еще функционируют на электромобилях и при нагрузке ниже номинальной (при годовом пробеге автомобиля меньше 20 тыс. км), в современных условиях развития техники 8 лет – достаточный срок, чтобы разработать новые, более эффективные решения. Например, уже рассматривается возможность использования в качестве источников тока не аккумуляторов, а суперконденсаторов. Они очень быстро заряжаются и имеют больший ресурс циклов зарядки/разрядки (до нескольких сотен тысяч). [5] На рис. 2 приведены два варианта режимов работы аккумуляторов электромобилей: первый (а) – режим исключительно зарядки, при котором она осуществляется только в часы минимальных нагрузок энергосистемы; второй вариант (б) – режим зарядки аналогично первому с последующим режимом выдачи электрической энергии в сеть,

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

когда часть автомобилей круглосуточно находится на стоянке и аккумуляторы работают в переменном режиме зарядки/разрядки. Это аналогично варианту использования гидроаккумулирующих станций, когда в ночные часы при дешевых тарифах на избыточную электроэнергию вода с помощью насосных агрегатов перекачивается в верхний аккумулирующий бассейн, а в часы пиковых нагрузок используется гидроагрегатами для выработки электроэнергии. Заметим, что применение варианта гидроаккумулирования в странах с равнинной поверхностью ограниченно, вариант же использования электроаккумуляторов таких ограничений не предполагает.

Рис. 2 – Режим работы аккумуляторов электромобилей в разные часы суток Существует мнение, что серьезным препятствием для широкого внедрения электромобилей является неспособность энергетики обеспечить большое количество автомобилей. Однако перспективы электромобилей не так уж безнадежны. Во-первых, автомобиль в отличие от электростанции больше простаивает, чем работает. Во-вторых, при движении в городском цикле электромобиль намного экономичнее автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. И в-третьих, можно предположить, что в будущем ситуация с автотранспортом изменится. Если зарядку аккумуляторов проводить в ночное время, то средненочная мощность, необходимая для зарядки автомобильных аккумуляторов может выровнять график нагрузки. Замена двигателей внутреннего сгорания в автомобилях на электродвигатели, будет происходить постепенно. С учетом этого широкое распространение электромобилей может оказаться решающим фактором в решении проблемы выравнивания графика электрической нагрузки. Препятствием на пути широкого внедрения электромобилей являются высокая стоимость накопителей электрической энергии и

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

необходимость создания инфраструктуры. Пока не будет создана последняя, электромобили покупать не будут. Тем не менее, по прогнозам многих специалистов, альтернативы электромобилям нет. «Распространение автомобилей с электродвигателем – это вопрос времени, а не один из вариантов развития событий». Массовому распространению электромобилей, несомненно, будет способствовать и технология «умные» сети (Smart Grids). Технология Smart Grids позволит создать равновесие между многочисленными производителями и потребителями электроэнергии и оптимальным образом осуществлять процесс зарядки аккумуляторов электромобилей, не допуская ни перегрузки, ни провалов в графике нагрузки. [6] Перечень ссылок 1. Ковалев, А.А. Выравнивание графиков нагрузки / А.А. Ковалев, Т.Т. Шаюхов Т.Т. // Вести в электроэнергетике – Екатеринбург, 2016. c. 18-20. 2. Энергетический бизнес [Электронный ресурс]: сайт. – Электрон. дан. Москва, 2018. Режим доступа: http://interenergoportal.ru. - Загл. с экрана. 3. Энергетика и ТЭК [Электронный ресурс]: сайт. – Электрон. дан. Минск, 2018. Режим доступа: http://www.energetika.by. - Загл. с экрана. 4. РусГидро. Загорская ГАЭС [Электронный ресурс]: сайт. – Электрон. дан. - Санкт-Петербург, 2018. Режим доступа: http://www.zagaes.rushydro.ru. Загл. с экрана. 5. Забелло, Е.К. Выравнивание суточного графика нагрузки в энергосистеме с применением аккумуляторов электромобилей / Забелло Е.К., Булах В.И. // ТЭЭМП – заряжен на движение [Электронный ресурс] – Харьков, 2018. 6. Письменная, У.С. Электромобили и государственная политика / Письменная У.С., Трипольская Г.В. // НГ-Энергия [Электронный ресурс] - Киев, 2018. 7. Системный оператор единой энергетической системы [Электронный ресурс]: сайт. – Электрон. дан. - Екатеринбург, 2018. Режим доступа: http://soups.ru. - Загл. с экрана.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 62-526:007.52

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 3D ПЕЧАТИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ В.М. Шумяцкий, Е.Г. Макаров ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет» В работе рассмотрены возможности и процесс настройки программного обеспечения для 3D-печати Repetier-Host. Разработана и создана модель гексапода NeoHex. Ключевые слова: гексапод, программное обеспечение, 3D-печать The article discusses the possibilities and process of setting up software for 3D printing of Repetier-Host. A hexapod model of NeoHex was developed and created. Key words: hexapod, software, 3D printing Конструирование роботов достаточно трудоемкий процесс, поэтому данный класс устройств не распространен в повседневной жизни. C каждым годом ситуация изменяется. Появился новый способ их производства – 3D печать. С использованием этой технологии затраты на создание и сборку минимальны с малым количеством отходов. В представленной статье как пример будет описан процесс создания детали от модели в 3D-редакторе до готового изделия. Как и любое высокотехнологичное устройство, 3D-принтер для своей работы требует соответствующего программного обеспечения. Это ПО довольно специфично, так как в результате его работы должно быть получено не плоское, а трёхмерное изображение. При этом полученная модель должна полностью соответствовать поставленной оператором задаче. Мною в качестве программного обеспечения была использована система трехмерного проектирования КОМПАС-3D и программа для подготовки 3D-модели к печати Repetier-Host. Начинается процесс создания детали с построения трехмерной модели в редакторе КОМПАС-3D. Выбор именно этого редактора обусловлен своей простотой и обширным функционалом. На построении 3D-модели можно подробно не останавливаться, так как этот процесс изложен в интернете, главное, чтобы размеры детали были верно, рассчитаны и она поместилась на столе принтера. По окончанию создания 3D-модели переходим к программе Repetier-Host.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Это программная оболочка по подготовке 3D-модели к печати. В данной программе могут использоваться различные слайсеры. Repetier-Host имеет большое количество настроек. В статье рассмотрены основные особенности, которые облегчат работы с этой программой. После запуска программы увидим окно, представленное на Рисунке 1.

Рис. 1 – Главное окно программы Repetier-Host Для начала необходимо произвести параметризацию принтера нажав на (Настройки принтера) положение кнопки указано красной стрелкой на Рисунке 2.

\ Рис. 2 – Кнопка настройки принтера Откроется окно настроек принтера. Первая закладка "Соединение" изображена на Рисунке 3. На ней выбираем порт, к которому подключен принтер. После чего необходимо нажать кнопку применить и принтер будет обнаружен программой.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 3 – Закладка соединение Вторая закладка "Принтер", в отображены "безопасные" настройки. Следующая закладка "Экструдер". На ней выбираются параметры экструдера, согласно документации на принтер. Для многих принтеров "Макс. температура экструдера" лежит в пределах 250-280С. Это прописано в прошивке принтера. Так же не стоит забывать выставлять диаметр экструдера. В моем случае это 0,4мм, как показано в рисунке. Следующая закладка "Размеры". Здесь вводятся размеры печатной области принтера. Внизу на закладке есть наглядная картинка, какие размер, что значат. Нажимаем кнопку "Применить" и закрываем окно настройки принтера. После переходим на главное окно, где показаны клавиши для проведения манипуляций с моделью, размещенной на главном окне. Слева расположены кнопки управления внешним видом. Справа сверху располагаются кнопки управления моделью. Для удаления предыдущей модели с рабочей области необходимо нажать на "Кор-

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

зинку". Для печати новой 3D-модели используется кнопка "+" и выбирается в открывшемся окне необходимый для печати файл. Добавив модели, переходим на вторую закладку Слайсер показана на рисунке 4. На ней можно выбрать один из двух (или трёх, если установлено дополнение Skeinforge) слайсеров - Slic3r и Cura.

Рис. 4 – Закладка слайсер Чтобы подготовить модель к печати, необходимо нажать на "Слайсинг с Slic3r". Ниже можно выбрать готовые профили печати, а так же тип пластика. После нажатия кнопки необходимо немного подождать, пока происходит процесс "слайсинга". По окончанию процесса переходим на следующую вкладку "Просмотр печати". На ней можно посмотреть предполагаемое время печати и расход материала. Так же можно просмотреть результат слайсинга, для контроля. С этой страницы можно отправить модель на печать. Следующая закладка это "Управление" она изображена на рисунке 5. На ней можем наблюдать различные параметры принтера (температура экструдера, температура стола, скорость печати, включениеотключение обдува) и управлять ими в процессе. Представленный выше процесс работы на 3D-принтере позволил напечатать необходимые 3D-модели для создания гексапода NeoHex. Сборочный трехмерный чертеж устройства представлен на рисунке 6. В результате работы был собран гексапод представленный на рисунке 7.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 5 – Закладка управление Выводы 1) В работе рассмотрены возможности и процесс настройки программного обеспечения для 3D-печати Repetier-Host. 2) Разработана и создана модель гексапода NeoHex.

Перечень ссылок 1. Инструкция Repetier-Host/ Электронный ресурс. Режим доступа: https://store.3d.ru/upload/iblock/bb1/bb1f940aa0c89be3596a04a71a461176.pdf

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 6 - Сборочный трехмерный чертеж устройства

Рис.7 – Результат 3D-печати

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 62-526:007.52

ПРОГРАМНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ MIT APP INVENTOR В РОБОТОТЕХНИКЕ В.М. Шумяцкий, И.Ю. Самойлов ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет» В работе рассмотрены возможности программного обеспечения MIT APP Inventor для создания программ удаленного управления различных робототехнических комплексов. Разработана и протестирована программа удаленного управления для гексапода NeoHex. Ключевые слова: гексапод, программное обеспечение, удаленное управление The capabilities of MIT APP Inventor software for creating remote control programs for various robotic systems are considered In the article. A remote control program for hexapod NeoHex was developed and tested. Keywords: hexapod, software, remote control Роботы — часть стремительно надвигающегося будущего высоких технологий. В настоящее время робототехника развивается стремительно и появляются все новые робототехнические комплексы, работающие в экстремальных условиях, заменяющие живое общение, исследующие планеты Солнечной системы и выполняющие многие другие функции. В настоящее время робототехнические комплексы присутствуют в различных сферах жизни и деятельности человека (от бытовых приборов, до сложных производственных механизмов). Каждый человек, соприкасающийся с такими устройствами становится осознанным, или в какой-то мере не осознанным участником стремительного шествия технологического прогресса. Создание современных робототехнических комплексов не снижают роли человека в технологических процессах различных сфер, это относится к полностью автоматизированным системам. Управление комплексами можно осуществлять различными способами, одним из которых является способ удаленного управления. Этот способ реализуется с использованием различных управляющих устройств, таких как различные виды пультов или персональных компьютеров. Преимущество использования ПК неоспоримо, из-за их многообразия и многофункциональности, что дает возможность их повсеместного использования. Такие устройства стали частью жизни современного человека, что он не представляет своего существования без них, поэтому

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

их использование для управления робототехническими комплексами является выгодной как с практической, так и финансовой стороны. Полученные выводы определили выбор системы управления для разрабатываемого мною устройства NeoHex. Для реализации управления устройством использовалось программное обеспечение MIT APP Inventor, обоснованность такого выбора вызвана простотой создания программ, требующих от пользователя минимальных знаний программирования. Программирование в App Inventor реализовано графическим интерфейсом. Визуальный язык программирования очень похож на язык Scratch и StarLogo TNG. Визуальный блочный язык компилятор переводит в байт-код Android, основанном на фреймворке GNU для реализации динамических языков Kawa, реализующего Scheme (диалект LISP) для Java платформы (и Android). Разработка приложения в данной программе разделяется на две части: программную (структуру приложения Blocks) и визуальную (непосредственно внешний вид приложения Designer). Окно программной обработки представлено на рисунке 1, и окно визуальной обработки представлено на рисунке 2.

Рис. 1 - Окно программной обработки Первым шагом в создании любого приложения в App Inventor нужно определится с необходимыми элементами библиотеки, представленными в окне Palette в виде структурированных групп по принципу использования: User Interface (группа, включающая в себя компоненты пользовательского интерфейса: метки, образы, кнопки…),

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Layout (блоки компоненты макета, для размещения и группирования элементов на экране приложения), Media (группа с компонентами медиа устройств), Drawing and Animation (содержит элементы для рисования и анимации), Maps (картографические элементы для ориентации или отслеживания), Sensors (группа с различными сенсорами и датчиками), Social ( группа с набором социально-сетевых компонентов), Storage (содержит компоненты позволявшие хранить файлы и данные приложения), Connectivity (WEB и Bluetooth коннекторы), LEGO® MINDSTORMS® (компоненты исключительно для программирования элементов одноименного конструктора), Experimental (компоненты для хранения данных в Cloud Data Storage), Extension (группа для добавления пользовательских расширений и элементов).

Рис. 2 - Окно визуальной обработки Выбранные элементы нужно переместить в окно Components для формирования элементной базы. Окно Properties позволяет настроить свойства используемых элементов. В окне Viewer отображается эмуляция экрана устройства, с помощью которого настраивается внешний вид приложения. Окно Media является вспомогательным, необходимо для загрузки медиа файлов, которые могут использоваться в приложении. Сформировав элементную базу и настроив визуальную оболочку настраивается структура приложения в разделе Blocks. В одноименном окне раздела представлены стандартные блочные элементы для

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

формирования структуры приложения. Перемещая необходимые элементы в окно Viewer с помощью логически следственных связей формируем структуру приложения. Принцип работы c программным обеспечением APP Inventor рассмотрим на примере реализации приложения для удаленного управления гексапода NeoHex. Для удобства управления ориентация экрана была выбрана горизонтальной. Так как, удаленная связь ПК и устройства реализуется при помощи Bluetooth в компоненты добавляется элемент BluetoothClient обеспечивает данную связь. В используемые компоненты были добавлены макетные блоки (для формирования визуального скелета), кнопки (которые будут программироваться для выполнения передачи команд для различных функций гексапода), список (для выбора устройства подключения). После грамотной компоновки и размещения окно приложения принимает вид рис. 3 и рис. 4.

Рис. 3 – Окно приложения на экране смартфона После подбора всех необходимых элементов и завершения визуального дизайна переходим к структурным блокам. Для нормальной работы программы первым блоком добавляется блок объявления глобальной переменной “a” (initialize global to), которая будет применятся в дальнейшем. Реализуем подключения Bluetooth. Компонент библиотеки ListPicker реализован в виде кнопки вызова списка, что исключает отдельное программирование данной кнопки. Подключение логического блока если (When ListPicker1 .BeforePicking do) с блоком вывода списка (set ListPicker1 Elements) и блоком (BluetoothClient1 AddresesAndNames) реализует вывод списка адресов и имён доступных для соединения Bluetooth устройств (рис. 6).

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 4 – Окно приложения на эмулируемом экране

Рис. 5 – Блок объявления глобальной переменной

Рис. 6 – Структура вывода списка адресов Далее создаем структуру для подключения к выбранному устройству Bluetooth, соединением логического блока если (When ListPicker1 .AfterPicking do), блока присваивания глобальной переменной (set global a to), блока вызова подключения устройства по адресу (call BluetoothClient1 .Connect address) и блока выбора Bluetooth устройств из списка (ListPicker1Selection). Структура представлена на рис. 7.

Рис. 7 – Структура для подключения к устройству Bluetooth

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Реализуем кнопку отключения Bluetooth (рис. 8), логическим блоком условия (when Button1 .Clich do) и блоком отключения (call BluetoothClient1 .Disconnect).

Рис. 8 – Структура кнопки отключения Bluetooth Было реализовано две вида кнопок: кнопка передачи логического состояния и кнопка с запоминанием. Кнопка передачи логического состояния создана по условию, при котором при нажатии и удержании передается значение одной значения одной переменной, а при отжатии передается другая переменная. Структуры кнопок приведены на рис. 9 и рис. 10.

Рис. 9 - Структура кнопки передачи логического состояния

Рис. 10 - Структура кнопки с запоминанием Выводы 1) В работе рассмотрены возможности программного обеспечения APP Inventor для создания программ удаленного управления различных робототехнических комплексов. 2) Разработана и протестирована программа удаленного управления для гексапода NeoHex.

Перечень ссылок 1. App Inventor http://ai2.appinventor.mit.edu/

[Электронный

ресурс].

Режим

доступа:

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 62-83

МЕТОДЫ И КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМ И.С. Гуцул, В.Ф. Борисенко ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» В данной статье рассматриваются вопросы контроля технического состояния электромеханической системы на базе методов вибродиагностики, а также контроля теплового состояния двигателя, состояния изоляции приводного электродвигателя; предлагается метод оценки технического состояния с помощью коэффициента текущей надежности Ключевые слова: техническое состояние, электромеханическая система, вибродиагностика, надежность, коэффициент ухудшения надежности. The article deals with the diagnosis of the technical state of electromechanical systems of vibration diagnostics methods, as well as by monitoring the thermal state of the drive motor and its insulation; as well as the proposed method of assessing the technical state using the coefficient of current reliability. Keywords: diagnostics, technical condition, reliability, estimation of reliability deterioration Среди наиболее распространенных в настоящее время методов диагностирования технического состояния электромеханических систем (ЭМС) следует выделить вибродиагностические (контроль виброскорости и виброускорения). Для конкретных механизмов, блоков, машин, узлов существуют допустимые пределы изменения виброскорости и виборускорения, если эти пределы превышены, то система, машина, блок должны быть остановлены и принято решение о необходимом ремонтном воздействии. Удобен ли такой метод? – В общем случае «да», за исключением тех моментов, когда доступ к объекту затруднен [4]. Вибрационно-диагностический метод – метод неразрушающего контроля, основанный на анализе параметров вибрации, возникающей при работе объекта контроля. Вибрационная диагностика, как и другие методы технической диагностики, решает задачи поиска неисправностей и оценки технического состояния исследуемого объекта.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Преимущество вибродиагностики основывается на физических свойствах процесса вибрации: колебания возникают в местах дислокации дефектов; • сама вибрация несет в себе большой объем информации; • метод позволяет находить скрытые дефекты; • метод, как правило, не требует сборки-разборки оборудования; • малое время диагностирования; • возможность обнаружения неисправностей на этапе их зарождения. [ Проводить вибродиагностику можно без остановки основного оборудования. С помощью вибродиагностики можно обнаружить различные дефекты, такие как: дисбаланс, ослабление опор, отсутствие соосности. [6] Современные вибродиагностические системы доказали свою высокую результативность и востребованность в различных отраслях промышленности. [2,5] К числу недостатков этого метода следует отнести избирательный вероятностный характер применения. С другой стороны, он фиксирует текущее состояние узла, звена в конкретной точке. Кроме вибродиагностических методов контроля текущего состояния ЭМС, могут рассматриваться и методы, основанные на учете механических и электрических взаимодействий [1]. А также возможна оценка состояния системы на базе критериев, которые позволяют учесть износ звеньев системы и дающих право на дальнейшее продолжение работы или на выбор необходимых ремонтных операций. Состояние системы может также оцениваться по старению изоляции приводного двигателя. Названые методы в конечном случае говорят о надежности системы в текущий момент времени. Нами предполагается оценивать ухудшение надежности системы с помощью коэффициент ∆Кнад.тек, который может быть найден с помощью выражения: Кнад. тек = 1 − ∆Кнад. ух. В нашем случае в начале эксплуатации ЭМС предполагается 100% надежность, то есть Кнад. =1. В процессе эксплуатации системы имеет место выработка механического и электротехнического оборудования [3], которые как указали выше оценивается коэффициент ухудшением состояния ∆К. В реальной системе нагрузки в механических звеньях в процессе эксплуатации могут в несколько раз превышать номинальную. Крутящие моменты в валах могут приводить к нарушению кристаллической структуре металла, и в этом случае может быть пройдена точка дефуркации, когда после нагруженная структура металла не

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

восстанавливается (точка невозврата). В последнее время методом контроля состояния кристаллической решетки уделяется серьезное внимание. Особенно при контроле состояния валов гребных и вертолетных систем. Данная методика предполагает поэтапный контроль за структурой названых валов. В этом плане необходимо назвать работы проф. Гречихина Л.И. Относительная сложность предлагаемого метода заключается в сложности доступа к контролируемым объектам и необходимости зачистки участка вала. Выше отмечалось о возможности контроля состояния изоляции двигателя. Последнее может быть реализовано с помощью тепловых моделей двигателя. Если учесть сказанное, то можно построить алгоритм, который позволил бы оценить текущее состояние ЭМС по величине коэффициенттекущей надежности.

Рис. 1 - Алгоритм оценки текущего состояния ЭМС Данный алгоритм предполагается опробовать на оценке текущего состояния одного из механизмов металлургического производства. Выводы Считаем целесообразным применения одного или нескольких методов оценки текущего состояния для оценки системы. Предпочтение необходимо отдавать наиболее простым методам, дающим право судить о качественном состоянии объекта.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Перечень ссылок 1. Борисенко В.Ф. Сидоров В.А., Хоменко В.Н. Концепция диагностирования технического состояния электромеханических систем / Наукові праці Донецького національного технічного університету «Серія електротехніка і енергетика» № 9(158) , 2009.- с30-34. 2. Кравченко В.М., Сидоров В.А., Седуш В.Я. Техническое диагностирование механического оборудования: Учебник. – Донецк: ООО «Юго-Восток, Лтд», 2009. – 459 с. 3. Борисенко В.Ф., Сидоров В.А., Поляков В.А. Оценка состояния электромеханической системы подъема литейного крана в процессе наладочных испытаний / Наукові праці Донецького національного технічного університету , «Серія електротехніка і енергетика» № 1(16) , 2014.- с22-26. 4. Surveillance des machines par analyse des vibrations: Du depistage au diagnostic / Boulenger A., Pachaud C. 2-eme tirage.-Paris: AFNOR, 1998.-262 p. 5. Борисенко В.Ф. Электромеханические системы транспортирующих механизмов / Борисенко В.Ф ., Чепак А.А., Сидоров В.А., Григорьев С.В., Мельник А.А, Хоменко В.Н. // Под общей ред. проф. Борисенко В.Ф., Донецк: Вебер, 2007. - 332с. 6. ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика. Термины и определения. ГОСТ 24346-80 Вибрация. Термины и определения.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 007.52

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНТЕРАКТИВНОГО РОБОТА OTTO В.А. Смоленский, С.И. Сироноженко, Д.О. Легостаев, Д.Н. Мирошник, Е.И. Куликов ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» Данная статья иллюстрирует процесс модернизации интерактивного робота OTTO. Была осуществлена замена источника питания, установка Bluetooth модуля, модернизация конструкции. Ключевые слова: САПР, модель, 3D печать, разработка, Arduino, программный код, устройство This article is illustrating the modernization process of OTTO interactive robot. Was carried out power supply replacement, Bluetooth module installation, construction modernization. Keywords: CAD, model, 3D printing, development, Arduino, program code, gadget При всем многообразии роботизированных устройств, которые человек использует в последнее время, так называемые интерактивные роботы только ступают на путь своего развития. Современный интерактивный робот выполняет множество функций и требует достаточно обширную элементную и программную базы. Понятие интерактивности раскрывается в том, что робот должен не только принимать информацию и реагировать на команды, но и передавать ее обратно, а также придавать себе «эмоциональную» окраску, реагировать на происходящее. В связи с этим существуют различные вариации в функционале этих роботов. При создании программы управления в устройство необходимо закладывать ряд алгоритмов, которые могли бы позволить запоминать окружающую обстановку, анализировать ее и принимать соответствующие решения. Такой механизм самообучения робота позволит ему подстраиваться под различные ситуации. Наличие световой и звуковой индикаций позволяет создать определенную «эмоциональную» реакцию на произошедшее событие. Робот должен обладать множеством каналов управления, которые должны быть доступными для широкой аудитории пользователей. Речь, касания, зрение, электронные устройства — это наиболее распространенные и интуитивно понятные пути управления.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

В целом современный робот должен иметь механизмы для перемещения себя в пространстве, необходимое минимальное количество датчиков для ведения обмена информацией, индикационные устройства, путь передачи данных, контроллер для управления всем механизмом, автономный источник питания [1]. В данной работе описан опыт функционального улучшения некоторых наиболее важных функций существующего робота. В качестве базы исследования был выбран интерактивный робот OTTO [2, 3]. Элементная база устройства не была изменена, так как контроллеры семейства Arduino [4] являются наиболее простыми, надежными и понятными в применении. Наличие большого количества библиотек в открытом доступе делают Arduino наиболее гибкой средой, что позволяет решать широкий спектр задач. Целью исследования является приобретение навыков работы с микроконтроллерами семейства Arduino, различными периферийными устройствами, САПР, технологией 3D печати, а также последующая модернизация исходного проекта. Таким образом, в OTTO DIY EAPU (рис. 1) были внесены следующие доработки:  Изменение источника питания;  Установка контроллера заряда;  Установка Bluetooth модуля;  Изменение исходных 3D моделей.

Рис. 1 – Внешний вид разработанного робота

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

В исходном проекте питание обеспечивалось от четырех элементов питания типа АА с напряжением 1.5 В. После изменений (рис. 2) используются два аккумулятора типа 18650 с напряжением 4.2 В. Это позволяет исключить необходимость регулярной замены питающих элементов. Помимо этого, использование аккумуляторов позволят продлить единичный цикл работы устройства. Из-за повышения питающего напряжения с 5 В до 8.4 В появилась необходимость в установке понижающего DC/DC преобразователя XM1584 (рис. 2). Данный тип импульсных преобразователей постоянного тока имеет подстроечный резистор, что не исключает возможность питать все устройство от другой величины напряжения. Также был установлен контроллер заряда FDC-2S-2 (рис. 2), при помощи которого осуществляется заряд аккумуляторов от внешнего источника питания. Контроллер защищает от перезаряда, короткого замыкания, переразряда. Для того чтобы получить возможность беспроводного дистанционного управления был установлен Bluetooth модуль HC06 (рис. 2). При помощи специальных программ [5] на различных устройствах, поддерживающих технологию Bluetooth, возможно создать пользовательский интерфейс для контроля какого-либо объекта, а затем приобщить его к используемому коду. В данном проекте использовался код, который позволяет контролировать движение устройства с помощью смартфона с установленным приложением Gadget Controller. После проверки работоспособности одной из первых версий созданного механизма был выявлен ряд существенных недостатков. В последствии были доработаны и усовершенствованы модели по отношению к первоначальной конфигурации, предлагаемой в проекте OTTO. Разработанный, усовершенствованный робот обладает следующими характеристиками: 1. Максимальный ток разряда 2655±80 мА; средний ток разряда 1255±50 мА; время разряда ~4.14 часов. 2. Функцией управления со смартфона. 3. Функцией линейного движения в двух направлениях и функций разворота на определённый угол.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 2 – Принципиальная электрическая схема OTTO DIY EAPU Выводы После модернизации конструкции робота был увеличен объем внутреннего пространства, что позволило расширить функциональные возможности устройства. Робот получил возможность управления из приложения, в связи с этим был усовершенствован программный код. Был существенно увеличен рабочий цикл устройства из-за замены источника питания. В модернизированном роботе отсутствует необходимость замены аккумулятора, так как появилась возможность подзарядки.

Перечень ссылок 1. INTERACTIVE ROBOTICS [Электронный ресурс]. – Электронная статья. – Режим доступа: https://www.interactive-robotics.com/ 2. INSTRUCTABLES [Электронный ресурс]. – Электронная статья. – Режим доступа: http://www.instructables.com/id/Otto-DIY-Arduino-Bluetooth-Robot-Easy-to3Dprint/ 3. THINGIVERSE [Электронный ресурс]. – Электронная статья. – Режим доступа: https://www.thingiverse.com/ 4. ARDUINO [Электронный ресурс]. – Электронная статья. – Режим доступа: https://www.arduino.cc/ 5. GADGET CONTROLLER [Электронный ресурс]. – Электронная статья. – Режим доступа: http://dkgadget.net/ru

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 62.83

ОЦЕНКА ДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ ЭЛЕКТРОДОВ В ДУГОВУЮ ПЕЧЬ И.А. Сотников, В.Ф. Борисенко ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» В данной статье рассматриваются действующие системы приводов механизмов подачи электродов в дуговую печь. Особое внимание уделено электроприводу постоянного тока на двигателе с независимым возбуждением, а также особенностям гидропривода. Внимание акцентируется на промежуточных звеньях между двигателем и электродом. Ключевые слова: дуговая печь, электрод, механизм подачи. This article discusses the existing systems of in-feeds of mechanisms for feeding electrodes into an arc furnace. Particular attention is paid to the electric drive of a direct current on an engine with independent excitation, and also to features of a hydraulic drive. Attention is emphasized on the intermediate links between the engine and the electrode. Keywords: arc furnace, electrode, feed mechanism. В настоящее время широкое применение получили дуговые сталеплавильные печи прямого нагрева, в которых электрическая дуга образуется между электродом и нагреваемым (плавящимся) металлом. Большая мощность и высокая температура электрической дуги позволяют быстро нагревать и плавить шихту, при этом температура нагрева расплавленного металла может быть существенно выше, чем в других плавильных агрегатах. Дуговая электропечь имеет сравнительно небольшие размеры, дуга в печи горит в непосредственной близости от шихты, поэтому передача тепла шихте значительно облегчается и ускоряется[5]. Совокупность роста потребностей в качественной стали и увеличение роли электросталеплавильного производства приводит к необходимости создания новых дуговых электроустановок и модернизации уже существующих комплексов, а конкурентоспособный рынок требует постоянно улучшать характеристики создаваемых установок и повышать их производительность[1]. В последнее время получают применение дуговые сталеплавильные печи постоянного тока, лишенные многих недостатков, присущих печам переменного тока, к которым следует отнести угар металла, значительные выбросы пыли и газов, отсутствие перемешивания расплава, большой угар электродов, повышенный шум, резкопеременный

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

характер нагрузок на системы электроснабжения, высокий расход электроэнергии и т.д. Учитывая сказанное, нами в качестве объекта исследования решено рассматривать дуговые печи постоянного тока ДППТ. Несмотря на существенные конструктивные и технологические различия между ДСП и ДППТ, большого различия в принципах построения регуляторов мощности не наблюдается. Предлагаемые в работе методы, полученные модели и возможные алгоритмы управления могут быть применены и для печи переменного тока ДСП. Основное направление поисков в настоящее время направленно на разработку новых и совершенствование действующих алгоритмов управления ДСП, направленных, в основном, на улучшение структуры и конструкции регулятора мощности, что позволило бы повысить эффективность применения дуговых печей. Ниже приведен общий вид дуговой сталеплавильной печи. Основными звеньями данной системы являются блок подъема (опускания) электродов, система контроля электропотребления, блок управления, реализующий закон поддержания постоянства потребляемой мощности.

Рис.1- Общий вид дуговой сталеплавильной печи Основными блоками и узлами дуговой сталеплавильной печи являются: корпус печи;(футерованный специальным огнеупорным кирпичем), система водоохлаждения, блок подъема (опускания) электродов, система электропитания, включающая печной трансформатор, короткую сеть, блок регулятора мощности, систему автоматического управления технологическим процессом, устройство кантования дуговой печи, вспомогательные системы для подготовки и дозирования материалов, загружаемых в печь[4].

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Основные привода механизма подъема (опускания) электродов, применяемых в настоящее время, следует назвать: электропривод на постоянном токе – тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (ТП-Д): гидропривод, и как возможный вариант асинхронный электропривод при питании от преобразователя частоты – ПЧ-АД[2]. Основной задачей приводных систем является реализация следующих режимов работы: 1. автоматический поджиг; 2 .автоматическое устранение обрывов дуги и возможного эксплуатационного короткого замыкания;(время на ликвидацию обрыва дуги и возникшего короткого замыкания не должно превышать 3 секунд) 3. предполагается что процесс регулирования будет носить апериодический характер апериодический характер процесса регулирования; 4. мощность необходимая для поддержания процесса плавления в печи должна плавно регулироваться в пределах от 20-125% от номинальной и поддерживать ее с точностью 5%; 5. электроды должны быть остановлены при исчезновении напряжения питания. На электропечах малой емкости отечественного производства для механизма перемещения электрода обычно использовались электромеханические приводы с канатной передачей. Типовые схемы механизмов приведены на (рис. 2). В качестве приводного обычно использовался электродвигатель постоянного тока с промежуточным механическим звеном в качестве одно- или двухступенчатого червячного редуктора, вал которого был связан с барабаном (на барабан наматывается стальной канат). Механизм перемещения может быть выполнен с перемещающейся стойкой и с перемещающимся держателем электрода[3]. Барабанный привод имеет ряд существенных недостатков, связанных с наличием гибкого элемента в системе, значительным диаметром барабана, возможностью существенного провисания каната, снижающего точность поддержания заданной длинны дуги. Механизмы перемещения с реечной передачей позволили устранить большую часть недостатков барабанного привода, (рис.2) Реечные и канатные механизмы перемещения электродов до сих пор эксплуатируются на заводах на старом оборудовании. Но при проектировании новых механизмов отдают предпочтение гидравлическим, использующим в качестве передачи – пару «винт-гайка».

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 2 - Типовые механизмы перемещения электродов Гидравлические механизмы перемещения получили широкое распространение. Они обладают высоким быстродействием, что позволяет значительно сократить число поломок электродов при упоре последних в шихту (датчик давления дает сигнал в систему подъема/опускания электрода на экстренную остановку). Система гидропривода (с датчиками) позволяет реагировать на упор электрода в расплавляемый массив. К недостаткам гидроприводов следует отнести высокую стоимость оборудования а так же наличие горючего рабочего тела(гидравлическое масло). Механизмы перемещения электрода с передачей «винт-гайка» находят широкое применение, благодаря невысокой стоимости оборудования и простотой эксплуатации. С другой стороны при использовании передачи «винт-гайка» в отличие от канатной и реечной передач отсутствует зазор. Выводы Анализ типовых систем привода подъема(опускания) электродов в печь, показал целесообразность применения пары «винт-гайка», обладающей высокой точностью перемещения электрода вне зависимости от принятой системы электропривода (ТП-Д, ПЧ-АД)

Перечень ссылок 1. Альтгаузен А.П., Бершицкий И.М., Бершицкий M. Д., и др. Электрооборудование и автоматика электротермических установок. Справочник. М. : Энергия, 1978. 2. Буканова M.B., Жук А.Я. Анализ механизмов перемещения электродов дуговых сталеплавильных электропечей//Металурпя.Збірник наукових праць. 2009.-вып. 19.-С.30-32.38.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

3. Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Егоров А.В., Никольский Л.Е. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства. М.: МИСИС. 1995. 4. Кручинин А.М., Махмудов К.М., Миронов Ю.М. Автоматическое управление электротермическими установками. Учебник для вузов/ М.:Энергоатомиздат, 1990. 5. Маслов Д.В., разработка алгоритмов и систем управления дуговыми сталеплавильными печами, снижающих поломки электродов

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 621.311

АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ И.И. Ларина, А.М. Головко ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» Анализируется возможность использования статических методов оценки экономической эффективности дополнительных капитальных вложений в энергетике при рыночных отношениях. Ключевые слова: электрической сеть, потери мощности и электроэнергии, экономическая эффективность, экономический критерий Possibility of static methods use of estimation of economic efficiency of additional capital investments is analysed in the power engineering at market relations. Keywords: electric network, power and electric losses, economic efficiency, economic criterion Потери электроэнергии в электрических сетях – важнейший показатель экономичности их работы. На каждом этапе функционирования электрической сети (стадия проектирования, этап реконструкции и технического перевооружения, развитии, сети) предлагаются решения, которые, в конечном счете, позволяют снизить потери мощности и электроэнергии. Для принятия решения в этих конкретных задач требуется соответствующее научное технико-экономическое обоснование, к которому относятся расчеты экономической эффективности и технологической целесообразности каждого мероприятия. В условиях плановой экономики в отрасли применялся общий и универсальный экономический критерий – критерий минимальных приведенных затрат. В условиях рыночной экономики в литературе предлагаются новые критерии экономической оценки мероприятий, направленных на снижение потерь электроэнергии, например, критерий изменения текущей стоимости ΔNPV. В тоже время ряд авторов утверждают, что поскольку инвестиции, необходимые для реконструкции сети, обеспечиваются за счет всех потребителей, то их обоснование должно выполняться по критерию общественной (социально-экономической эффективности), т.е. формально так же как и при плановой экономике – по критерию дисконтированных приведенных затрат или сроку окупаемости [1].

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

В работе выполнена оценка трех критериев - минимума приведенных затрат Зпр (1), срока окупаемости Т (2) и ΔNPV (3). Первый критерий имеет существенное преимущество: он позволяет сравнивать любое количество вариантов, а два других – попарно. В работе рассмотрены следующие задачи выбор лучшего варианта: - при проектировании сети; - при ее развитии (подключение новых узлов); - при замене действующих трансформаторов; - при установке компенсирующих устройств типа БК. При решении первой задачи было рассмотрено 29 групп потребителей, для которых было предложены два-три варианта питания. Анализ показал, что - в 21 группах все три критерия дают одинаковый результат. В большинстве случаев лучшая конфигурация сети – незамкнутая сеть; - в 8 группах одинаковые результаты дают только 2 критерия – приведенные затраты и срок окупаемости. При развитии сети было рассмотрено 7 групп потребителей. Расчеты показали, что - все три критерия дают одинаковый результат для одной их семи групп. Конфигурация сети – магистральная линия электропередачи с ответвлением; - в пяти группах совпадают результаты двух первых критериев; - в одной группе совпадают решения по 2-му и 3-му критериям. При замене трансформаторов было рассмотрено 9 групп потребителей. Расчеты дали следующие результаты: -в пяти группах по всем трем критериям замена трансформаторов нецелесообразна; - в трех случаях только 1-й и 2-й критерий показывают целесообразность замены; - в одном случае только 1-й критерий приводит к положительному результату. Замена трансформаторов требует значительных инвестиций, которые не могут окупиться за короткий срок ( 5 лет при нормативном коэффициенте эффективности Ен = 0,2 1/год). В 3 случаях было проанализировано влияние Ен на результаты сопоставления критериев: - при Ен = 0,12 (нормативный срок окупаемости Тн = 8 лет) результаты совпадают с результатами при Ен = 0,2; - при Ен = 0,06 (срок окупаемости Тн = 16 лет) 1-й и 2-й критерий показывают целесообразность замены, а 3-й критерий – нет. Была проанализирована экономическая эффективность установки БК на 7 подстанциях участка электрических сетей напряжением

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

220/110 кВ. Мощность БК выбиралась, исходя баланса реактивной мощности в сети. Потери активной мощности и электроэнергии определялись на основе расчета режима максимальной нагрузки сети. Расчет платы потребителя за перетоки реактивной энергии выполнялся по «Методике расчета платы за перетоки реактивной электроэнергии между энергоснабжающей организацией и ее потребителями». В таблице приведены результаты расчета экономической эффективности по указанным выше критериям. В таблице приняты обозначения: ІВ – инвестиции, А – эксплуатационные расходы, ВΔW – стоимость потерянной электроэнергии, П – плата за перетоки реактивной энергии, Зпр – приведенные затраты, Э – экономический эффект, Эф – экономическая эффективность, Т – срок окупаемости Таблица 1 – Расчет экономической эффективности Исходные данные ІВ т.руб. А, т.руб./год ВΔW, т.руб./год П, т.руб./год Приведенные затраты З, т.руб./год Э, т.руб./год Эф, % Срок окупаемости Т, год Критерий ΔNPV, т.руб.

без БК 0 0 34878,75 38037,59

с БК 14011,84 2017,7 30979,41 19172,44

72916,3 -

55672,5 17243,8 31,0 0,7 -13204

Согласно критерию приведенных затрат и сроку окупаемости, установка БК на ПС экономически выгодна. Величина ΔNPV имеет отрицательное значение, то есть установка БК нецелесообразна. Разные результаты можно объяснить тем, что в одном из сравниваемых вариантов (схема без БК) нет инвестиций. Выводы При проектировании и развитии сети варианты имеют все составляющие затрат – инвестиции, постоянные и переменные издержки. Поэтому совпадение решений по всем трем критериям более вероятно. При решении такого рода задач можно использовать любой критерий. При замене оборудования или установке новых устройств в действующей сети в затратах присутствуют только постоянные и переменные издержки, а в реконструируемой сети еще и значительные инвестиции. Поэтому целесообразность реконструкции по критерию ΔNPV не показана даже при незначительных инвестициях, например, при установке БК. Поэтому для принятия решения в задачах реконструкции сети должен использовать критерий срок окупаемости дополни-

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

тельных инвестиций.

Перечень ссылок 1. Справочник по проектированию электрических сетей / Под ред. Д.Л. Файбисовича. – М: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. – 352 с.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 004.896

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САПР КОМПАНИИ CSOFT ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕТОВ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ А.А. Мартынов, И.А. Бершадский ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» В данной работе рассмотрены отличительные особенности проектирования объектов электроснабжения в программе Project StudioCS Электрика. Ключевые слова: САПР, электроснабжение This paper considers distinctive features of power supply objects design in StudioCS Electrica software Keywords: CAD, power supply В современных городах и мегаполисах развитие электроснабжения уже не обходится без систем автоматизированного проектирования (САПР). Еще совсем недавно каждый новый электротехнический проект требовал больших временных затрат, каждый инженер вручную выполнял сотни расчетов, тем самым собирая весь проект «по кусочкам». Сейчас же, всю тяготу выполнения сложных расчетов, составление отчетной документации выполняет персональный компьютер всего за несколько секунд. Целью автоматизации проектирования является повышение качества проектирования, снижение материальных затрат, сокращение сроков проектирования и ликвидация тенденции к росту числа инженерно-технических работников, и повышение их производительности труда. Project Studio представляет из себя полностью готовый модуль, который работает совместно с программой AutoCAD. Создание нового проекта в программном комплексе Project Studio состоит из следующих основных этапов:  загрузка архитектурной подосновы проекта (строительный план здания, 3D модель проекта или любой другой тип документов)  разбивка здания на отдельные этажи/комнаты  проведение светотехнических расчетов (методом коэффициента использования Ки или точечным методом на выбор)

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

 установка электротехнического оборудования согласно требованиям заказчика с соблюдением правил ПУЭ [3]  прокладка кабельных трасс, установка кабеленесущих систем и выбор питающих кабелей  настройка релейной защиты (выбор автоматических выключателей, их уставок, выполнение проверок на допустимую величину разности загрузки фаз, на потери напряжения, проверки по тепловому нагреву и др.) Ключевой особенностью данной программы является её полная автоматизация. Во время работы от пользователя требуется прилагать минимум затрат на выполнение той или иной работы. Большую часть работы программа выполняет автоматически. Например, инженер выбирает тип электроприемника, а программа самостоятельно заполняет параметры мощности, КПД, количество фаз и так далее. Широкая база данных позволяет использовать оборудование самых различных производителей по всему миру. Для установки на плане необходимых электротехнических элементов используют базу условных графических обозначений. На рис.1 приведен пример использования условных обозначений для указания потребителей электрической энергии.

Рис.1 – Размещение электроприемников на плане с использованием условных обозначений В ходе работы инженер может совершать те или иные ошибки. В этом случае в ходе проведения ряда проверок (см. рис. 2) программный комплекс выделит не пройденные проверки и укажет какой именно параметр не соответствует нормам.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис.2 – Окно мастера проверок Как показывает практика, большинство ошибок при выполнении проверок решается путем увеличения сечения кабеля либо изменением уставки автоматического выключателя. Если же не выполняется ни одна из проверок или отсутствует расчет токов КЗ то, вероятнее всего, не указан способ задания вышестоящей сети. Недостатком программы, безусловно, является необходимость в предварительном изучении основ работы в Project Studio. Это можно сделать самостоятельно, либо пройдя специализированные курсы от компании Csoft. Перечень ссылок 1. Документация по программному обеспечению (поставляется с ПО). – Режим доступа: http://roerich.com/iic/russian/ovs/djura.htm 2. Левшов, А.В., Джура, С.Г., Бершадский, И.А. Введение в электротехнические САПР группы компаний CSOFT. – Донецк : ДОННТУ, 2017. – 152 с. 3. Правила устройства электроустановок: 7-е издание (ПУЭ)/ Главгосэнергонадзор России. М.: Изд-во ЗАО «Энергосервис», 2007. 610 с

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 621.311

ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВА В СХЕМАХ, ПИТАЮЩИХ ДВИГАТЕЛЬНУЮ НАГРУЗКУ В.О.Дякина, А.В.Левшов ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» В данной статье рассматривается применение автоматики – устройства АВР в схемах электроснабжения с двигательной нагрузкой. Ключевые слова: двигательная нагрузка, автоматическое включение резерва, самозапуск. In this article is considered the application of automatic transfer switch device in power supply schemes with motor load. Keywords: motor load, automatic transfer switch, self-starting. Принцип действия устройств АВР на подстанциях без двигательной нагрузки хорошо известен. Классический пусковой орган АВР с пуском по минимальному напряжению срабатывает в случае, если линейное напряжение на секции становится ниже уставки срабатывания и на смежной секции присутствует напряжение. Также проверяется, введено ли АВР в работу, на что указывает положение специально предназначенного для этих целей переключателя, состояние автоматического выключателя защиты вторичных цепей трансформатора напряжения и тележки трансформатора напряжения. По истечении выдержки времени устройства АВР отключается вводной выключатель секции, потерявшей питание, и по факту его отключения с помощью органа однократного действия включается секционный выключатель. Также срабатывание АВР может происходить и без выдержки времени в случае произвольного отключения вводного выключателя секции или действия защит питающих трансформаторов. На подстанциях питающих двигательную нагрузку время действия устройства АВР при использовании такого подхода может значительно затянуться. Это обусловлено тем, что при потере питания секцией, присоединённые к ней синхронные двигатели, продолжая вращаться по инерции, переходят в генераторный режим и некоторое время поддерживают на секции достаточно высокий уровень напряжения, особенно при наличии тиристорной системы возбуждения. В этом случае пусковые органы устройства АВР сработают с замедле-

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

нием и цикл АВР затянется. Пример работы такого устройства АВР показан на рис.1

Рис. 1 – Результаты моделирования работы «классического» АВР Как видно из рис.1 при использовании «классического» АВР время бестоковой паузы является достаточно продолжительным и составляет около 2 сек. при этом уровень токов группового самозапуска электродвигателей превышает уровень пусковых токов отдельных двигателей, что отрицательно сказывается на устойчивости двигательной нагрузки. Успешность работы устройств АВР, как правило, определяется быстротой восстановления параметров производственного процесса после подключения резервного источника питания. Скорость достижения этих параметров зависит от времени, на которое было прекращено электроснабжение, а также от того, происходит самозапуск или нет после перерыва питания. Поэтому для подстанций питающих, двигательную нагрузку, к устройствам АВР предъявляется ряд дополнительных требований: [1] - Пусковой орган по напряжению дополняется пусковым органом снижения частоты, с контролем нормальной частоты на резервном источнике напряжения. Для предотвращения отказа АВР при срабатывании защиты от потери питания синхронного двигателя в схему

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

выходных цепей этой защиты вводится мгновенный контакт реле времени пускового частотного органа АВР. Это обусловлено тем, что в случае потери питания секцией одновременно срабатывает и защита от потери питания и пусковой орган снижения частоты АВР, причем защита от потери питания может сработать раньше и отключить синхронные двигатели. - Включение секционного выключателя должно производиться только после контроля снижения уровня остаточного напряжения до допустимых значений. Это обусловлено необходимостью предотвращения несинхронного включения электродвигателей. - Выполнение управления возбуждением синхронных электродвигателей как рабочей, так и резервной секций, что необходимо для того, чтобы реле контроля встречного напряжения запрещало действие АВР до окончания гашения поля двигателей. - Для обеспечения успешного самозапуска ответственных механизмов выполняется отключение неответственных потребителей. - Устройства АВР должны приходить в действие при потере питания от рабочего источника питания по любой причине, в том числе и при коротких замыканиях во внешней схеме электроснабжения. - АВР двигателей должен происходить не только при отключении рабочего питания двигателя агрегата, но и при изменении технологических параметров самого агрегата. С учётом приведенных выше особенностей для применения конкретного варианта устройства АВР в схемах электроснабжения с двигательной нагрузкой необходимо выполнить анализ поведения двигателей и механизмов при перерывах электроснабжения на время АВР. Перечень ссылок 1. Слодарж М.И. Режимы работы, релейная защита и автоматика синхронных электродвигателей / М. И. Слодарж. – М.: Энергия, 1977. – 216 с. 2. Носов К.Б., Дворак Н. М. Способы и средства самозапуска электродвигателей, - М.: Энергоатомиздат, 1992. – 144 с. 3. Голоднов Ю. М. Самозапуек электродвигателей. — 2-е изд., перераб. и доп.—М.: Энергоатомиздат, 1985.—136 с. 4. Гамазин С.И., Ставцев В.А., Цырук С.А. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой. - М.: Изд-во МЭИ, 1997. - 421с. 5. Беляев А.В. Противоаварийное управление в узлах нагрузки с синхронными электродвигателями большой мощности, - М.: Энергопресс, 2004. – 80 с.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 621.316.722.076.12

ВЫБОР ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ В НИЗКОВОЛЬТНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕТЯХ Я.Н. Величко, С.В. Шлепнёв ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» В данной работе выполнен анализ несинусоидальности в сети производственного участка низкого напряжения с нелинейной нагрузкой. С помощью моделирования в среде пакета прикладных программ Mathcad определены параметры фильтров, что позволило выбрать фильтрокомпенсирующие устройства для промышленных сетей 0,4 кВ Ключевые слова: качество электроэнергии, высшие гармонические составляющие тока и напряжения, потребители электроэнергии с нелинейной нагрузкой, математическая модель расчета и выбора фильтрокомпенсирующих устройств In this paper, we analyze the non-sinusoidality in the network of a low voltage production area with a nonlinear load. With the help of modeling in the environment of the Mathcad software package, the filter parameters were defined, which allowed selecting filter compensating devices for industrial networks 0.4 kV Keywords: power quality, higher harmonic components of current and voltage, consumers of electricity with non-linear load, mathematical model of calculation and selection of filter compensating devices Проблема качества электроэнергии (КЭ) потребителей низковольтных систем электроснабжения промышленных предприятий в настоящее время становится все более актуальной. Так, например, ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», действующий в большинстве стран СНГ, нормирует 11 основных показателей качества электроэнергии (ПКЭ). Однако, зачастую в низковольтных электрических сетях из этих основных ПКЭ, как правило, контролируются только отклонения напряжения и частоты. При этом необоснованно не уделяется достаточного внимания наличию высших гармонических составляющих (ВГС) тока и напряжения, имеющихся в сетях промышленных предприятий напряжением 0,4 кВ с потребителями электроэнергии, вольтамперная характеристика которых является нели-

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

нейной. Появление ВГС в низковольтных системах электроснабжения приводит к искажению кривых тока и напряжения и появлению несинусоидальности. Это, в свою очередь, приводит к ряду негативных последствий [1]: - появляются добавочные потери мощности в питающих линиях, трансформаторах, конденсаторных установках и т.д.; - происходит ускорение старения изоляции электрических машин, аппаратов и кабелей, что приводит к уменьшению надежности и срока службы электрооборудования; - появляются дополнительные погрешности электрических измерений; - нарушается работа автоматики, телемеханики и релейной защиты; - затрудняется, а в ряде случаев становится невозможным, использование силовых цепей в качестве каналов для передачи информации; - ухудшается, а иногда и нарушается, работа приемников электроэнергии, в том числе и тех, которые создают несинусоидальность в электрических сетях; - ограничивается, а в ряде случаев становится невозможным, применение конденсаторных батарей из-за их перегрузки токами ВГС и возникновения резонансных явлений. Организационно-технические мероприятия по повышению уровня КЭ могут включать в себя схемные решения (например, перенос нелинейных нагрузок на отдельную систему шин, применение многофазных систем выпрямления и т.д.), а также установку компенсирующих приборов, которые позволят обеспечить регулирование одного или нескольких ПКЭ. Наиболее эффективным и универсальным средством регулирования параметров, определяющих уровень КЭ, являются силовые фильтры гармоник или фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ). Кроме ослабления ВГС токов и напряжений, они реализуют функции компенсации реактивной мощности и позволяют регулировать напряжение в точке подключения [2]. Цель работы: улучшение КЭ в низковольтных промышленных сетях за счет использования ФКУ. Задачи исследования: - анализ несинусоидальности напряжения и тока в низковольтной сети производственного участка с нелинейной нагрузкой;

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

- исследование компенсационных характеристик основных структур ФКУ, определение конфигураций для ослабления высших гармоник тока и напряжения, создаваемых как нелинейной нагрузкой, так и внешней сетью; - разработка математической модели ФКУ. Объект исследования: сети напряжением 0,4 кВ промышленных предприятий. С помощью мобильного промышленного многоканального регистратора сигналов «РЕКОН-08МС» на промышленном предприятии со сварочным производством была получена экспериментальная зависимость тока сварочного производства в функции времени. На основании этой зависимости и остальных необходимых параметров системы низковольтного электроснабжения были составлены исходные данные для расчетов по выбору и проверкам ФКУ и расчетная схема замещения [3]:

Рис. 1 – Экспериментальная зависимость тока сварочного производства промпредприятия от времени

}

X с=+j0,00046 Ом Rт=0,00103 Ом Xт=+j0,0055 Ом

{

R н=0,283 Ом XБК=-j0,32 Ом

Xн=+j0,156 Ом

U(u) I(u)

Рис. 2 – Расчетная схема замещения низковольтной промышленной сети

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

По условиям работы питающей сети 10 кВ предприятия было задано, что на стороне высокого напряжения ТП должен поддерживаться tgφ=0,33, а по условиям нормальной работы потребителей коэффициент несинусоидальности напряжения на шинах 0,4 кВ не должен превышать 8 %, регламентируемых ГОСТ 13109-97. С помощью формул Бесселя [4] определили коэффициенты Фурье a0 , ak и bk и получили уравнение разложения заданной таблично экспериментальной функции сварочного тока на отрезок ряда Фурье (рис. 3). Далее создали следующий алгоритм по выбору и необходимым проверкам ФКУ: - составление баланса мощностей электроприемников так называемой «пассивной» нагрузки и сварочного производственного участка промышленного предприятия; - расчет параметров схемы замещения; - расчет потерь активной и реактивной мощностей в трансформаторе ТП, питающем «пассивную» нагрузку и сварочный производственный участок; - определение мощности компенсирующего устройства; - проверка условия несинусоидальности на шинах 0,4 кВ ТП; - выбор и проверка фильтрокомпенсирующих устройств.

Рис. 3 – Графики заданной таблично экспериментальной функции и разлагаемой функции На основании математического моделирования выбора и проверок ФКУ в пакете Mathcad были найдены: - значения токов 3, 5 и 7 ВГС сварочного производственного участка: 80

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

I ( n )   *n  I (1) ,

где  *n - содержание тока n-ой гармоники в токе основной гармоники I (1) , о.е; - фазные падения напряжения на суммарных внешних сопротивлениях 3, 5 и 7 гармоник: U вн ( n)  Z вн ( n)  I ( n) ,

где Z вн ( n) - величина полного суммарного внешнего сопротивления n-ой гармоники, о.е; - резонансная частота (номер гармоники), при которой внешнее по отношению к источникам питания ВС-600 сварочного производства сопротивление неограниченно возрастает: 2  рез 

X БК , Xэ

где X БК - сопротивление одной фазы батарей конденсаторов, Ом, X э - реактивное эквивалентное сопротивление ветвей схемы

замещения, Ом; - коэффициент несинусоидальности напряжения сварочного участка: n



K нс 

U  2

2 

 100% 

U  2

U ном

 100% ,

где U 1 - действующее значение напряжения основной гармоники, В, U - действующее значение напряжения  -ой гармоники, В, U ном - номинальное значение напряжения, В,

n – номер последней из учитываемых гармоник; - мощности батарей конденсаторов фильтров 3, 5 и 7 гармоник: Q р  1,2k cU номБК I ,

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

где U номБК - номинальное напряжение батарей конденсаторов, кВ, I - действующее значение высших гармоник тока, которые

проходят через ФКУ р-ой гармоники, А, k c  3 - при соединении батарей конденсаторов в звезду, k c  3 - при соединении батарей конденсаторов в треугольник; - полное эквивалентное сопротивление сети и нагрузки на частоте основной гармоники: Z эк 

( Rс  jX с )  ( Rн  jX н ) , ( Rс  Rн )  j ( X с  X н )

где Rс - активное сопротивление сети, Ом, X с - реактивное сопротивление сети, Ом, Rн - активное сопротивление нагрузки, Ом, X н - реактивное сопротивление нагрузки, Ом. Затем с помощью указанного выше пакета прикладных программ для 3, 5 и 7 ВГС определили: - коэффициенты токораспределения между ФКУ и сетью: k in 

1  n  tg 2 2

R   1  ф   n  tg 2  Rэк 

где n – номер гармоники, которую необходимо компенсировать, tg 

X эк , Rэк

Rф - активное сопротивление цепи ФКУ, мОм,

Rэк - активное эквивалентное сопротивление сети и нагрузки,

мОм; - кратность снижения напряжения n-ой гармоники: k un 

Rф k in  ; Rэк 1  n  tg 2

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

- остаточные напряжения n-ой гармоники: U nо*  k un  U n* ,

где U n* - процентное содержание напряжения n-ой гармоники в остаточном напряжении n-ой гармоники; - коэффициент несинусоидальности после установки ФКУ. Это позволило с достаточной степенью точности выбрать и рекомендовать к установке в низковольтной системе электроснабжения предприятия пассивные ФКУ, эффективно подавляющие ВГС 3, 5 и 7 гармоники сварочного производства и снижающие коэффициент несинусоидальности напряжения до уровня, удовлетворяющего допустимым значениям [5]. Перечень ссылок 1. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 2000. – 252 с., 74 ил. 2. Расчеты показателей электромагнитной совместимости / Г. Г. Пивняк, И. В. Жежеленко, Ю. А. Папаика ; М-во образования и науки Украины, Нац. горн. Ун-т. – Д.: НГУ, 2014. – 113 с. 3. Ананичева С.С. Качество электроэнергии. Регулирование напряжения и частоты в энергосистемах: учебное пособие / С. С. Ананичева, А. А. Алекссев, А. Л. Мызин.; 3-е изд., испр. Екатеринбург: УрФУ, 2012. – 93 с. 4. Гаврилов В.С., Денисова Н.А., Калинин А.В. Функции Бесселя в задачах математической физики: Учебно–методическое пособие. – Нижний Новгород: Издательство Нижегородского госуниверситета, 2014. – 40 с. 5. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 2000. – 331 с., ил.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 681.2-5

ОПЫТ РАЗРАБОТКИ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОТЕЗА ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ РУКИ Е.В. Басалыгин, В.В. Гринь, П.И. Розкаряка ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» В статье рассмотрены элементы конструкции и системы управления протеза верхней конечности человека, позволяющей обеспечить простые движения кисти: сгибание, разгибание и удержание. Приведенная конструкция реализована с помощью 3D печати ABS пластиком. Ключевые слова: протез, бионическая модель, Matlab, STM32F4, система управления The paper presents the elements of human upper limb prosthesis structure and its control system, ensuring simple hand movement: bending, extension and holding, are considered. Presented structure was implemented. Keywords: prosthesis, bionic model, Matlab, STM32F4, control system На сегодняшний день существует большое количество различных разновидностей протезов верхних конечностей. Их основными изготовителями являются такие компании как «Моторика» (Россия), «Bebionic» (Великобритания), «Ottobock» (Германия), «Touch bionics» (Великобритания) и многие другие. На сайте компании «Моторика» можно найти такое разделение протезов по назначению на две основные группы: косметические и функциональные [1]. Главная функция косметического протеза – воссоздание внешнего вида человеческой руки. Функциональные же протезы позволяют обеспечивать хват и по принципу механизма управления делятся: рабочие, тяговые (активные, механические), миоэлектрические (биоэлектрические, бионические) [1]. Очевидно, что стоимость косметических протезов ниже стоимости бионических протезов, но она стартует от 1000$. Стоимость бионических значительно выше [2]. На данный момент главными проблемами протезирования верхних конечностей человека являются высокая стоимость устройства и его сложность. Если первую проблему можно решить, изменяя баланс

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

между качеством и надежностью материалов, то вторую проблему в данный момент не удается решить легко. Это связано с необходимостью индивидуального подхода к каждому пациенту.

Рис. 1 – Современные аналоги протезов руки В данной работе предоставлен опыт разработки элементов электромеханической руки. В ходе исследования был осуществлен анализ нескольких типов механического исполнения биоэлектрических протезов: использующих нитевую тягу, работающих на червячной передаче поступательного движения и схожие с ним поршневого типа, а также смешанного типа. Для проекта была выбрана биоэлектрическая модель руки с приводами на все пальцы т.к. эта модель является более функциональной, надёжной и способная делать различные хваты, такие как хват в щепоть, когда обычные протезы имеют только внешний, схожий с настоящей, вид руки. За основу была взята конструкция пальца из постера Санкт-Петербургского политехнического университета [3]. Рассмотрим его механическую конструкцию. Был взят принцип тягового электропривода на каждый палец для улучшения технических характеристик устройства и универсальности. На рисунке 2 представлена модель одной части кисти, из элементов которой будет состоять устройство. Она реализована с помощью 3Д печати ABC пластиком (см. рис. 3). Обеспечение сгибания и разгибания пальца реализовано с помощью мотор-редуктора со встроенным энкодером. Параметры двигателя следующие: номинальное напряжение – 6В, номинальная скорость – 90об/мин, номинальный крутящий момент – 0.7 кг/см, номинальный ток – 170мА. Эти параметры по предварительным расчетам должны были обеспечить достаточную силу сжатия, скорость сгибания около двух секунд и приемлемую точность управления устройством. Первая попытка оказалась неудачной: реализовать винтовую передачу с указанными характеристиками не удалось (шаг резьбы должен был составлять 11мм). Далее был выбран вариант с обычной

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

резьбой болта М5, у которого шаг резьбы составляет 0.8мм. В этом случае скорость сгибания пальца составила 24 с. Поэтому моторредуктор был заменен на такой же типоразмер, но с меньшим передаточным числом, что позволило реализовать скорость сгибания пальца в 2 с, однако пришлось пожертвовать силой сжатия. Чертежи с основными типоразмерами представлены на рис. 4 и 5.

Рис. 2 – 3D модель части биоэлектрического протеза

Рис. 3 – Спроектированная и созданная часть протеза руки Данная конструкция разработана для того, чтобы была возможность удерживать большие веса не с помощью электропривода, а благодаря своей конструкции. Червячная передача позволяет зафиксировать предмет и не дать ему выпасть, а выбранная конструкция дает возможность отключить приводной двигатель и зафиксировать предмет в одном положении. Это дает экономию энергии и увеличение длительности работы устройства в условиях автономной длительной эксплуатации. Можно увеличить этот показатель, заменив пластиковые делали на определенный сплав металлов для усиления конструкции и уменьшения люфтов между деталями конструкции.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 4 – Чертеж пальца (вид сбоку)

Рис. 5 – Чертеж пальца (вид сверху) Далее рассмотрим реализацию управления. Для этого была выбрана плата STM32F4Discovery. Выбор в пользу неё был сделан т.к. она обладает мощным процессором, большим количеством таймеров, и множеством контактов ввода-вывода данных. Реализация системы управления была сделана в программной среде MATLAB Simulink, и для работы с STM32F4Discovery была добавлена библиотека Wajiung. Такое решение было принято т.к. данная среда позволяет быстро создать рабочую программу из функциональных блоков, а также настроить их в кротчайшие сроки. При помощи программной среды MatLab Simulink Wajiung разработана программа для управления приводом. Она позволяет контролировать положение вала двигателя, а значит и изгиб пальца.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Сигнал задания

ПИД

ШИМ

ДП

Рис. 6 – Функциональная схема системы управления Для создания схемы использовались такие блоки как: UART5_target, PWM_Digital, Volatile Data Storage Read, Encoder Read. На блок UART5_target приходит 4 сигнала управления: три коэффициента ПИД регулятора и сигнал задания, который измеряется в градусах. Далее сигнал поступает на ПИД регулятор, где регулируется перемещение. На выходе ПИД регулятора получается сигнал от 0 до 100, что соответствует 0 В и номиналу напряжения. После, блок PWM_Digital создает ШИМ управления, где для управления двигателем необходимо два сигнала задания, первый сигнал – ШИМ, который отвечает за длительность включения, второй – за направление движения двигателя (вперед, назад). С помощью блока Volatile Data Storage Read идет считывание переменной из буфера task1, который является сигналом задания положения вала двигателя (в градусах). Encoder Read – это блок, с помощью которого считывается угол поворота двигателя, а также он является обратной связью по перемещению и измеряется в градусах.

Buffer: Task1

D1(double)

PID1

double

PID2

double

PWM

PID1 Rs1 PID1i Volatile Data Storage Read

Module: UART5_Tx PWM_Digital E5_A6

PID1

double

Packet: Bina ry Transfer: Blocking

double

Ts (sec): 0.0001

double

UART Tx1

-KGain7

Timer: 1 Input pins [CH_A, CH_B]: [A8,A9] RST Counter: No Ts (se c): -1 UART5_TARGET C12_D2 double

Position (count)

Data Type Convers ion4 Encoder Read1

Рис. 7 – Модель для управления электроприводом

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Структура является достаточно простой, но обеспечивает требуемые характеристики. Так как управление происходит не с помощью задания оборотов, а с помощью задания градусов, то двигатель должен совершить от 0 до 10800º, что соответствует 0 и 30 оборотам. На рис. 8 изображена отработка положения при задании определённых углов поворота, где Task1 – задание угла, Enc – измеренный угол, PIDi, PIDs – сигналы регулятора. Видно, что положение отрабатывается практически без ошибки, а время отработки сигнала мало и равняется 0.03-0.08 с. 1

Task1 0.8

0.6

Enc 0.4

0.2

PIDi 0

-0.2

PIDs -0.4

-0.6

-0.8

-1 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Рис. 8 – Переходные процессы при отработке задания Вывод В статье рассмотрены элементы конструкции и системы управления протеза верхней конечности человека, позволяющей обеспечить простые движения кисти: сгибание, разгибание и удержание. Проведены первичные испытания устройства. Ведутся работы над усовершенствованием конструкции и системы управления.

Перечень ссылок 1. Виды протезов рук [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://motorica.org/vidy-protezov-ruk/ 2. Бионический протез руки [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://boomstarter.ru/projects/221181/bionicheskiy_protez_ruki_maxbionic 3. Разработка и анализ функционального протеза руки с нейрофизиологической системой управления [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://mech.spbstu.ru/images/6/64/Kovalev_poster.pdf

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

УДК 621.316.92 АНАЛИЗ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТЯХ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ПРИ ДУГОВЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ М.П.Дергилёв, А.А.Тесленко ГОУВПО «Донецкий Национальный Технический Университет» Работа посвящена исследованию условий работы измерительных трансформаторных напряжения ТНКИ в сетях собственных нужд электростанций работающих в режиме с изолированной нейтралью. Опыт эксплуатации этих сетей указывает на высокую повреждаемость измерительных трансформаторов в режиме перемежающихся дуговых замыканий вазу на землю. В работе проведены исследования в результате которых установлена причина этих повреждений связанной феррорезонансом между емкостью сети и индуктивностью трансформатора. Предложены ряд схемных решений практическая реализация которых позволит исключить условия возникновения феррорезонанса и повысить таким образом надежность работы ТНКИ. Ключевые слова: электрическая сеть, режим заземления нейтрали, измерительный трансформатор напряжения, повреждения, защита. The work is devoted to the study of operating conditions of measuring transformer voltages of TNKI in the networks of auxiliary needs of power plants operating in the regime with isolated neutral. The operational experience of these networks indicates the high damageability of measuring transformers in the mode of intermittent arc closures of the vase on the ground. In the work, studies were conducted as a result of which the cause of these damages was determined by the associated ferro-resonance between the capacitance of the network and the inductance of the transformer. A number of circuit solutions have been proposed, the practical implementation of which will make it possible to eliminate the conditions for the appearance of ferro-resonance and thus increase the reliability of the TNKI operation. Keywords: electric network, neutral grounding mode, measuring voltage transformer, faults, protection.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Постановка задачи. Собств6нные нужды электростанций являются весьма важным звеном в схеме главных электрических соединений. От надёжности работы сети собственных нужд в значительной мере зависит надёжность работы электростанции, а иногда и энергосистемы в целом. В подавляющем большинстве случаев, сети собственных нужд работают в режиме с изолированной нейтралью [1,2] Основным преимуществом такого режима заземления нейтрали является то, что замыкание на землю, как наиболее частый вид повреждения (80-90% от общего числа нарушений нормальной работы сети), здесь не является аварийным состоянием сети и электроприёмники продолжают выполнять свои функции до момента отыскания и устранения места повреждения. Одновременно с этим, такой режим заземления нейтрали обладает рядом недостатков, главным из которых являются: возникновение в переходных режимах больших (3,5-4)Uф перенапряжений на элементах сети, здоровых фаз и (5-6)Uф и более на зажимах высоковольтных обмоток электрооборудования повреждённой фазы, а также непоправимые разрушения электрооборудования, связанные с термическим действием дуги при дуговом замыкании фазы на землю. В связи с изложенным, опыт эксплуатации сетей собственных нужд электростанции и других сетей рассматриваемого класса напряжения (6-10кВ) указывает на высокую повреждаемость электрооборудования. Повреждаются в основном электродвигатели, имеющие, как известно, значительно меньшие запасы по изоляции и работающие в весьма тяжёлых условиях эксплуатации (постоянных загрязнений и увлажнений, больших динамических и термических воздействий, в режимах частых пусков и остановок энергоблоков и т.д.), кабели и измерительные трансформаторы напряжения типа НТМИ. Измерительные трансформаторы контроля изоляции (ТНКИ) типа НТМИ наряду с измерением напряжения в электрических сетях, работающих с изолированной нейтралью, используются для контроля изоляции. С этой целью, трансформатор снабжён двумя измерительными обмотками (высшего и низшего напряжений), соединёнными в звезду с заземлёнными нейтралями и третьей дополнительной обмоткой, соединённой в разомкнутый треугольник. Третья обмотка и служит для контроля изоляции. Принципиальная схема подключения приборов контроля изоляции представлена на рис.1.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 1 – Схема включения приборов и реле во вторичные цепи трансформатора НТМИ В нормальном режиме работы сети напряжение на разомкнутом треугольнике равно нулю, а в режиме глухого замыкания фазы на землю это напряжение называемое 3U0=100В. При воздействии этого напряжения, подключённое к нему реле напряжения срабатывает и подаёт сигнал на включение сирены, которая и оповещает о пробое или перекрытии изоляции в сети. Остальные приборы служат для определения повреждённой фазы и присоединения секции на которой произошло это повреждение. Опыт эксплуатации показывает, что в рассматриваемых сетях ежегодно повреждается порядка (18-20)% от общего количества установленных в этих сетях трансформаторов напряжения. Установлено, что наибольшее количество повреждений трансформаторов имеет место в сетях с токами замыкания на землю в пределах до 10А, что хорошо иллюстрируется гистограммой, представленной на рис.2. Именно сети собственных нужд энергоблоков 200, 300 и даже 800МВт, и воздушные сети сельскохозяйственного назначения характеризуются параметрами с таким током замыкания на землю. В протяжённых городских сетях 6-10кВ и сетях промышленных предприятий трансформаторы напряжения контроля изоляции повреждаются значительно реже или вообще не повреждаются. Эти сети конструируются в основном в кабельном исполнении. Токи замыкания на землю в них достигают нескольких десятков и даже сотен Ампер, поэтому подавляющее большинство этих сетей работают в режиме с компенсацией ёмкостных токов на землю.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Рис. 2 – Гистограмма вероятности повреждения ТНКИ от величины тока однофазного замыкания на землю в сети 6кВ Общее количество замыканий на землю в этих сетях в несколько раз меньше, чем в вышеуказанных, а длительность этих замыканий не превышает нескольких минут, поскольку в кабельных сетях они быстро переходят в металлические или междуфазные короткие замыкания. Выводы На основе анализа данных опыта эксплуатации и визуальных обследований мест повреждения повреждённых трансформаторов установлено, что основной причиной повреждения ТНКИ является пережог изоляции высоковольтных обмоток. Обмотки низшего напряжения и обмотки, соединённые в разомкнутый треугольник, остаются при этом целыми и невредимыми. Исходя из изложенного, специалисты разных стран склоняются к тому, что основной причиной повреждения ТНКИ является перегрев обмоток высшего напряжения сверхтоками, протекающими по обмоткам в режиме дугового замыкания фазы на землю. Это подтверждается многочисленными исследованиями проведенными нами (рис.3) и рядом других специалистов различных организаций [1-5]. Из рисунка следует, что момент замыкания фазы на землю напряжение 3U0 возрастает до uф, а в момент гашения дуги это напряжение падает до нуля, а ток в нейтрали измерительного трансформатора возрастает до величины 5-6А, что значительно превышает номинальный ток этого трансформатора равный 200мА. Таким образ на основе изложенных материалов можно сделать вывод, что основной причиной повреждения ТНКИ является перегрев обмоток в условиях феррорезонанса возникающего между емкостью сети и индуктивностью трансформатора. Однако в настоящее время по результатам этих исследований имеется весьма много противоречий и до настоящего времени отсутствует эффективные решения позволяющие исключить феррорезонанс и таким образом повысить надежность работы измерительных трансформаторов напряжения. Поэтому в данной работе поставлена задача проведения дополнительных исследований и разработки схем-

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

ных решений позволяющих исключить феррорезонанс в сетях рассматриваемого класса напряжения.

Рис. 3 – Осциллограмма токов и напряжений при замыкании фазы на землю в сети с НТМИ-6-66 при токе замыкания в пределах 5А Перечень ссылок 1. Дергилёв М.П., Ткаченко С.Н. Совершенствование условий работы электрооборудования в электрических сетях с изолированной и резонанснокомпенсированной нейтралью в условиях сильной изношенности изоляции. Международный научно-техниченский журнал «Вестник ДонНТУ». – Донецк: ДонНТУ, 2018, №1(11) – С.24-33. 2. Лихачёв Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией ёмкостных токов. – М.: Энергия, 1971г.-152с; 3. Долгинов А.И. Техника высоких напряжений в электроэнергетике.М., «Энергия»,1968-464с; 4. Алексеев В.Г., Зихерман М.Х. и др. Исследование режимов работы трансформаторов напряжения контроля изоляции в сетях 6-10 кВ.- Электрические станции,1980,№1-с.56-59; 5. Ганус А.И., Старков К.А. Влияние условий переходных процессов в электриче ских сетях 6-10 кВ на характер повреждения трансформаторов напряжения. «Энергетика и электрофикация», 2006 №2, с 57.