авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

МАТЕРИАЛЫ

МОЛОДЕЖНОЙ МЕЖРЕГИОНАЛЬНОЙ

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

25 АПРЕЛЯ 2013 Г.

ЕКАТЕРИНБУРГ

Институт Электроэнергетики и

Информатики

Екатеринбург 2013

1

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «Российский государственный

профессионально-педагогический университет»

ЭНЕРГЕТИКА, ЭЛЕКТРОПРИВОД, ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И

ЭКОНОМИКА ПРЕДПРИЯТИЙ, ОРГАНИЗАЦИЙ, УЧРЕЖДЕНИЙ Материалы молодежной межрегиональной научно-практической конференции 25 апреля 2013 г.

Екатеринбург Институт Электроэнергетики и Информатики Екатеринбург 2013 2 УДК 621.3 ББК 31 Энергетика, электропривод, энергосбережение и экономика предприятий, организаций, учреждений: Материалы молодежной межрегиональной научно-практической конференции 25 апреля 2013 г.

Екатеринбург: ФГАОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т», 2013 128 с.

В материалах обобщены результаты научной деятельности молодых ученых и студентов, обучающихся в вузах российских регионов.

© ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально педагогический университет», СОДЕРЖАНИЕ Антонова АА., Морозова И.М. Полиуритан – современный теплоизоляционный материал…………………………………………… Болгова Т. Н., Нечаева Г.Л. Применение матрицы покрытия учебных элементов в подготовке системы учебных заданий на примере изучения электронных таблиц…………………………………………… Воробьев Д. Б., Кузнецов А. В., Черноскутов М. Ю., Мешков В. В.

Повышение качества умений студентов заочной формы обучения при изучении микропроцессорной техники………………………………… Емельянов А. А., Медведев А. В., Кобзев А.В. Моделирование асинхронного двигателя с одним числом на полюс и фазу на основе магнитных схем замещения в Matlab…………………………………… Емельянов А. А., Медведев А. В., Кобзев А.В. Моделирование асинхронного двигателя с числом пазов на полюс и фазу равном двум на основе магнитных схем замещения………………………………… Иванов А.А., Морозова И.М. Пути и методы решения проблемы потерь энергии в трансформаторе……………………………………….

Кардаполов А.А. Разработка технологии защиты устройств электроэнергетики от внешних факторов……………………………….

Ковалев А.А., Исаков Н.А. Применение компьютерного моделирования для испытания зажимов проводов линии электропередач…………………………………………………………….



Ковалев А.А., Честюнин Е.А. Повышение энергоэффективности тяговых подстанций……………………………………………………….

Ковалев А.А., Шаюхов Т.Т. Выравнивание графиков нагрузки……….. Колоколова Ю. В., Морозова И.М. Плавный пуск асинхронного электропривода…………………………………………………………… Кошелев Р. С., Михалев К. С., Исаев К. И., Мешков В. В.

Визуализация результатов физических экспериментов………………..

Куликова Е.А., Головин А.А. Возможности применения альтернативных источников энергии…………………………………… Лемп Ю.Д., Казанцева О.Е., Телепова Т.П. Разработка математической модели для контроля размеров деталей с помощью координатно-измерительной машины…………………………………..

Масальских Г. Г., Корневская О. С., Пичугина И. А., Мешков В. В.

Развертывание дистанционного обучения……………………………..

Меньшикова АА. Морозова И.М. Оценка экономической эффективности от внедрения преобразователей частоты……………… Мухаметзянова Л.Э.,Морозова И.М. Проблемы оптимального использования тепловой энергии в системах отопления и горячего водоснабжения……………………………………………………………..

Окунев А.В., Аксенов Н.А. Оценка стоимости жизненного цикла объектов электроэнергетики……………………………………………...

Погодин В. В., Кузнецов А. В., Башкиров И. В., Мешков В. В.

Модернизация лабораторных стендов для изучения микропроцессорной техники…………………………………………… Присяжнюк А.Н., Телепова Т.П. Комплексная автоматизация производства……………………………………………………………….

Ридингер И.А., Зинякова Н.В. Тенденции развития инновационного менеджмента в образовательных учреждениях России………………...

Ридингер И.А., Зинякова Н.В. Деловое общение и его роль в процессе управления учебным процессом………………………………………….

Скрипчук Н.В., Нечаева Г.Л. Опыт внедрения программы учта расхода энергоресурсов сталеплавильного цеха……………………….

Тельманова Е.Д. Многофункциональность учебных центров:

возможность обучения по спектру рабочих профессий электроэнергетического профиля………………………………………..

Федорова С.В., Шаюхов Т.Т. Районные газовые котельные…………… Чечушков Д.А., Паниковская Т.Ю. Оптимизация размещения источников распределенной генерации………………………………….

Антонова АА., Морозова И.М.

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», Екатеринбург ПЕНОПОЛИУРЕТАН - СОВРЕМЕННЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ В настоящие время задачей теплоэнергетики является энергосбережение. Программа теплосбережения диктует условия применения современных технологий. Ученные всегда занимаются поиском более новых материалов, экономически выгодных. Изношенные трубы, частые прорывы на теплотрассе заставляют применять новые технологии.

Тепломагистрали, защищенные теплоизоляцией для труб из жесткого пенополиуритана (ППУ), позволяет в течении длительного срока эксплуатации существенно экономить энергетические ресурсы. Утепление новых тепловых сетей производится при помощи теплоизолирующих сегментов и полуцилиндров из жесткого пенополиуретана ТИС. В настоящие время актуальна техническая модернизация всей системы жизни обеспечения особенно водо- и теплоснабжения. Теплоизоция решает две основных задачи: при температуре носителя выше окружающей среды – защищает от потерь тепла, а при температуре носителя ниже окружающей среды – предотвращает выпадения конденсата на поверхность трубы.





Изоляция ППУ марки ТИС это экономичное решение для изоляции и защиты трубопровода системы отопления.

Данное изделия состоит из жесткого не плавкой термореактивной пластмассы, 3% -твердые материалы, которые образуют каркас из стенок и ребер. Из за этого у материала хорошая металлическая прочность. 97% объема занимают поры, они берегут тепло или холод.

Пенополиуретан (ППУ) – прочный и легкий материал, имеющий своеобразную структуру, которая обладает низким коэффициентом теплопроводности, данный материал имеет самое мало водопоглащение.

К основным плюсам ППУ относят: нетоксичность, устойчивость к действию окружающей среды, нейтральный запах, не гниет, экологически безопасен, ни оказывает вредного влияния на физиологию человека, прочный.

Теплоизоляция марки «ТИС» имеет поверхность закрытоячеистую – обладает тонкой коркой, которая не дает проникнуть влаге. Основной направленность является применения для регионов крайнего севера.

Достоинства теплоизоции ППУ « ТИС»:

Простота монтаж и демонтажа изоляции, без использования дополнительных мер защиты Доступная цена Пенополиуритан обладает низким коэффицентом теплопроводности среди других материалов Эксплуатация изделия от минус 700С до плюс 1360С Возможность многоразового использования Доступность к поврежденным участкам трубопровода Теплоизорляция ППУ для трубопровода- это полуцилиндры из жесткого пенополиретана для утепление труб различных диаметров.

Монтаж производится путем склеивания ее компонентами ППУ или иными клеевыми компонентами. Теплоизоляцию можно монтировать на теле трубы с помощью вязальной проволоки, стяжек, скоб. Стыки и отводы могут быть за изолированы с помощью системами ППУ напыления.

Данная технология широкое применение получило в области теплоснабжении и горячего водоснабжения.

На внешней стороне трубопровода на теплоизоляции предусмотрено защитное- покрытие от воздействий окружающей среды слой из стеклоткани, фольги и бумаги, пропитано битумом. Изоляция тепломагистарали ППУ эффективный способ энергосбережения!

Болгова Т. Н., Нечаева Г.Л.

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», Екатеринбург ПРИМЕНЕНИЕ МАТРИЦЫ ПОКРЫТИЯ УЧЕБНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОДГОТОВКЕ СИСТЕМЫ УЧЕБНЫХ ЗАДАНИЙ НА ПРИМЕРЕ ИЗУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ТАБЛИЦ Маркетинговые исследования на современном российском рынке труд показывают, что большинство работодателей при приеме на рабочие места отдают предпочтение молодым специалистам, но реальный общий уровень их подготовки считается недостаточным. Падение общего уровня образованности и профессионализма зачастую связан с узкопрофессиональной подготовкой специалистов, тогда как ожидания общества остаются традиционными и неизменными, работодатели хотят получать от профессиональной школы всесторонне развитых специалистов.

Одно из главных требований к любому специалисту при приме на работу – это свободное владение электронными таблицами. Разработки интегрированных обучающих пособий с применением матрицы учебных элементов в подготовке учебных заданий позволят наиболее оптимально решать различного рода задачи.

Электронные таблицы используются во многих сферах человеческой деятельности, но особо широко используются для проведения экономических и бухгалтерских расчетов. Освоение технологии обработки информации с помощью электронных таблиц обеспечивает возможность самостоятельно решать различные задачи в любой профессиональной деятельности.

Особенно важно освоить эти технологии на ранней стадии обучения. К сожалению, информация, получаемая учащимися в системе образования в области информационных технологий, является поверхностной, а более углубленные знания в этой области преподаются лишь в специальных общеобразовательных и дополнительного образования учреждениях, но без привязки к предметной области.

В программе дополнительной подготовки по рабочей профессии «Оператора ЭВМ» в Учебно - техническом центре «Омега-1» содержится обязательный экономический курс, поэтому в период прохождения студентами Российского государственного профессионально педагогического университета педагогической практики был разработан лабораторный практикум, который, с одной стороны, раскрывает вопросы изучения информационных технологий, а с другой стороны, демонстрирует учащимся школ и колледжей их практическое применение в сфере экономики. Практикум для удобства тиражирования разработан в электронном виде с уже готовыми к выполнению рабочими областями, что позволяет в короткий срок приступить к непосредственному выполнению расчтных работ.

Лабораторный практикум состоит из 6 работ, в каждой содержится серия задания в порядке увеличения сложности (таблица 1).

Таблица 1. Структура практикума Тема практической работы Тема задания 1.1 Расчет оборотной ведомости 1.Использование абсо лютной и относительной 1.2 Расчет экономических показателей адресации в расчетах 1.3 Расчет стоимости оборудования Тема практической работы Тема задания 1.4 Расчет прибыли по вкладу 2.1 Поиск банка 2.2 Поиск претендента на свободную вакансию 2.Использование логии ческих функций в расчетах 2.3 Расчет премии за выслугу лет 2.4 Составление условия для приему на работу 3.1 Расчет прайс-листа 3.2 - 3.4 Расчет ведомости заказов 3. Связывание таблиц 3.5 Расчет итоговой ведомости заказов 3.6 Перерасчет итоговой ведомости 4.1 Определение вида оплаты 4.2 Заполнение табеля учета рабочего времени 4. Работа со списком 4.3 Расчет заработной платы 4.4 Перерасчет заработной платы 5.1 Заполнение базы данных сотрудников 5.2 Работа с базой данных 5. Работа с функциями текста и даты 5.3 Составление справки 5.4 Формирование даты 6.1 Расчет итоговых показателей 6.2 Распределение расходов по статьям 6.Статистическая обра 6.3 Распределение расходов по статьям и членам ботка данных семьи 6.4 Перерасчет расходов В названии темы практической работы заложено понятие электронных таблиц, а в названии тем заданий экономические понятия. Принцип интеграции заключается в том, что для того, чтобы решить ту или иную экономическую задачу необходимо освоить применение знаний электронных таблиц.

В этой связи показательно использование функций на примере формирование семейного бюджета. Данная работа является наиболее интересной, понятной, близкой для учащихся и также наиболее показательной с точки зрения применения большого числа функций и экономических знаний. В этом задании дан пример заполнения журнала учета доходов и расходов, необходимо на его основании рассчитать итоговые показатели. В задании необходимо рассчитать и сгруппировать траты каждого члена семьи в рублях и процентном соотношении, а также рассчитать статьи расходов. С другой стороны задание основано на использовании сложных функций работы с массивами, наглядно демонстрирующих их преимущество перед другими способами. В этом задании необходимо рассчитать, сколько и на что тратит каждый член семьи, отобразив затратные статьи с использованием статистических, логических функций, а также абсолютной и косвенной адресации. После заполнения таблиц, учащимся предлагается аргументировано построить круговые диаграммы и гистограммы для наглядного отображения данных.

Подобным образом построены все 26 заданий. Использование совокупности учебных элементов практикума можно продемонстрировать с помощью матрицы покрытия (таблица 2). Матрица покрытия отображает структуру учебного материала, а также является средством анализа их применения в заданиях.

Таблица 2 – Матрица покрытия учебных элементов Номер работы № 1 2 3 3 5 п/п Учебный элемент Форматирование 1 + + + + + + электронных таблиц Математические 2 + + + + + функции Графическое 3 представление + + + + + + информации Абсолютная и 4 относительная + + + + адресация Установление связи 5 + + + + между данными Операции условного 6 + + + + + суммирования и счета 7 Логические функции + + + + + Функции для работы с 8 + + датами Функции для работы с 9 + + текстом Сортировка и 10 + + + фильтрация данных Статистические 11 + + + функции 12 Массив + + Матрица покрытия учебных элементов наглядно демонстрирует полноту охвата учебных элементов лабораторным практикумом, а также какие коррективы, которые можно внести в содержание учебного процесса:

добавить или убрать учебные элементы в рамках конкретной работы или всего практикума. Так в работах задействовано 12 учебных элементов, из которых основные это: форматирование, математические и логические функции, графическое представление информации, связь данных, абсолютная и относительная адресация – они используются практически во всех заданиях. Эти элементы являются основой изучения электронных таблиц, без этих базовых знаний невозможна качественная и продуктивная как профессиональная, так и учебная деятельность. Поэтому так важно закрепить их, в данном случае, путем многократного их повторения из одной работы в другую, по принципу от простого к сложному.

Предлагаемый подход к формированию заданий для изучения электронных таблиц в системе дополнительного образования школьников позволяет закрепить полученную теорию и сформировать умения в области применения электронных таблиц в экономических расчетах. Внедрение изучения такого раздела информационных технологий, как «Применение электронных таблиц в экономических расчетах» в учебный процесс УТЦ «Омега-1» по рабочей профессии «Оператор ЭВМ» или в другие подобные учреждения будет являться хорошей базой для будущих специалистов практически любого профиля.

Литература 1. Лаврентьев Г.В., Лаврентьева Н.Б. Инновационные обучающие технологии в профессиональной подготовке специалистов.- Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2002.

2. Трусов А.Ф. Excel 2007 для менеджеров и экономистов:

логистические, производственные и оптимизационные расчеты. - СПб:

Питер, 2009.

3. Эрганова Н.Е. Методика профессионального обучения: Учеб.

пособие для студ. высш. учеб. заведений. — М.: Издательский центр «Академия», 2007.

Воробьев Д. Б., Кузнецов А. В., Черноскутов М. Ю., Мешков В. В.

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», Екатеринбург ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА УМЕНИЙ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ ПРИ ИЗУЧЕНИИ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ В условиях введения ФГОС третьего поколения применение имеющихся педагогических методик не позволяет интенсифицировать учебный процесс с сохранением уровня сформированных знаний, а тем более умений. Ситуация обостряется, когда речь заходит о заочной форме обучения – умения формируются либо очень слабые, либо вообще не формируются.

Задача становиться совершенно не разрешимой, если обратить внимание на технические профили, где студенты должны работать на тренажерах в лабораторных условиях. Понятно, что сформировать умения у студента по работе с технологическим оборудованием за 4 часа просто не возможно [1 – 4].

Применение микропроцессорных элементов почти во всех приборах привело к существенному изменению характера деятельности разработчиков и ремонтников разнообразной радиотехнической аппаратуры и оборудования. Благодаря микропроцессорным элементам проектирование и ремонт радиотехнических схем уже не является приоритетной задачей. На главное место выходит умение грамотно написать и отладить программное обеспечение для разработанной, или находящийся на обслуживании радиотехнической аппаратуры и оборудования [5].

В ФГОАУ ВПО «Российском государственном профессионально педагогическом университете» (РГППУ) на кафедре микропроцессорной управляющей вычислительной техники в лабораторных работах в рамках дисциплины «Основы микропроцессорной техники» используются учебные микропроцессорные комплексы: УМК-80, УМПК-86 и портативный многотерминальный лабораторный комплекс «Программируемые микроконтроллеры семейства AVR». В таблице (табл. 1) показана сравнительная характеристика этих комплексов.

Дисциплина «Основы микропроцессорной техники» является интегрирующей, так как она использует знания и умения, полученные при изучении предыдущих дисциплинах. Кроме того она должна формировать основные умения профиля обучения.

Проблема формирования умений и навыков по указанной дисциплине является весьма актуальной на кафедре микропроцессорной управляющей вычислительной техники РГППУ.

Таблица 1. Сравнительная характеристика учебных микропроцессорных комплексов и эмуляторов Учебный микропроцессорный Функция Эмулятор комплекс: УМК-80 / УМПК-86 / AVR Ввод данных со стандартной нет / нет / да да клавиатуры Возможность сохранения программы на внешнем нет / нет / да да носителе информации Ввод программы в кодах да / да / да да ассемблера Ввод программы в да / да / да да шестнадцатеричном коде Работа с реальным объектом да / да / нет нет Работа с виртуальным нет / нет / да да объектом Эргономичность работы нет/ нет/ нет да Достаточность сервисных нет/ нет/ нет почти да функций Наличие эмулятора да (учебные микропроцессорного организации) / да комплекса (производитель) (учебные – организации) / да (компания AVR) Нами предлагается методика формирования умений за счет внедрения в учебный процесс эмуляторов учебных микропроцессорных комплексов совместно с реальными объектами (см. Табл.). Эмуляция – воспроизведение программными или аппаратными средствами либо их комбинацией работы других программ или устройств. Сравнительный анализ учебных микропроцессорных комплексов и эмуляторов приведен в таблице (см.

Табл.).

По нашему мнению, главным недостатком применения эмуляторов является то, что студент получает знания и умения работы не с реальным объектом, а с компьютером. Наиболее удачной методикой является сочетание работы с эмулятором и работы с реальным объектом.

Студенты работают с эмулятором в домашних условиях, выполняя все лабораторные работы. В аудиторные часы работа осуществляется с реальным объектом, а эмулятор служит как подсказка.

Результаты работы:

– разработана методика проведения учебных занятий по дисциплине «Основы микропроцессорной техники», обеспечивающая формирование навыков;

– разработан интегрированный комплекс лабораторных работ по дисциплине «Основы микропроцессорной техники» с использованием учебного микропроцессорного комплекса и его эмулятора.

В настоящий момент ведется апробация методики. Но даже на первом этапе апробации заметна положительная динамика у студентов всех форм обучения:

– к дисциплине возрос интерес, уменьшились недовольства студентов в связи с недостатком времени на аудиторные занятия;

– улучшился уровень формируемых знаний;

– уменьшилось время на проведение лабораторных работ и повысилось качество их выполнения;

– улучшились результаты защиты лабораторных работ и др.

Подобная работа на сегодняшний день становиться особенно востребованной для дистанционного обучения, что определяет значение выполненного комплекса. Идет подготовительный этап. А именно, разработка технической реализации дистанционного управления учебными микропроцессорными комплексами.

Работа выполнена в рамках научно-исследовательской работы (№1404 112-11) «Научно-методические основы системного анализа дидактической среды для организации и развития профессионально образования» в РГППУ.

Результаты научно-исследовательской работы внедрены в учебный процесс кафедры микропроцессорной управляющей вычислительной кафедры РГППУ, имеются акты внедрения.

Литература 1. Столбоева И. Д. Актуальные вопросы перехода на образовательные стандарты нового поколения [Электронный ресурс] // Международная интернет конференция «Проблемы качества графической подготовки» / И. Д.

Столбоева. Режим доступа : http://dgng.pstu.ru/conf2010/papers/69/ – Загл. с экрана. – (Дата обращения: 12.12.2012).

2. Сенашенко В. С. ГОС ВПО третьего поколения. Не пора ли остановиться? [Электронный ресурс] // Прикладная информатика 2006 №4 В.

С. Сенашенко, В. Г. Халин / Режим доступа :

http://cyberleninka.ru/article/n/gos-vpo-tretiego-pokoleniya-ne-pora-li ostanovitsya. – (дата обращения: 15.12.2013).

3. Эрганова Н. Е. Основы методики профессионального обучения.

[Текст]: Учебное пособие. / Эрганова Н. Е. – Екатеринбург: Издательство Уральского государственного профессионально – педагогического университета, 1999. – 138 с.

4. Смирнов С. А. Педагогика. Педагогические теории, системы, технологии. [Текст]: Учеб. Пособие./ Смирнов С. А. – М.,1999. – 512с.

5. Пухальский Г. И. Цифровые устройства. [Текст]: Учебное пособие для втузов./ Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. – СПб.: Политехника, 1996.

– 885 с.

Емельянов А. А., Медведев А. В., Кобзев А.В.

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», Екатеринбург МОДЕЛИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ОДНИМ ЧИСЛОМ НА ПОЛЮС И ФАЗУ НА ОСНОВЕ МАГНИТНЫХ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ В MATLAB В работах [1], [2] и [3] показаны возможности использования магнитных и электрических схем замещения при исследовании линейных асинхронных двигателей с шунтирующими зонами по краям индуктора. В данной работе используем магнитные схемы замещения для математического моделирования асинхронного двигателя. На рисунке 1 а показана линейная развертка кругового асинхронного двигателя с одной парой полюсов (2р = 2) и с одним числом пазов на полюс и фазу (q = 1).

На рисунке 1б дана его магнитная схема замещения, где токи и потоки на входе двигателя являются соответствующими токами и потоками на его выходе. Представление асинхронного двигателя в виде магнитных схем замещения приводит к необходимости работать с матрицами, что представляет собой большую ценность для подготовки студентов к исследовательской работе. Так как данная работа адресована студентам, то наибольшее внимание уделено способу изложения материала. Запишем основные уравнения для «n»-ого участка схемы замещения.

Баланс магнитных напряжений магнитной цепи – контурные магнитные потоки;

Фn 1, Фn, Фn – магнитные сопротивления воздушных участков;

Rn, Rn – магнитодвижущая сила, созданная статорным током in, FnS S S S in n протекающим по всем проводникам паза ( );

S n 0 – в шунтирующих зонах;

FnS in – М.Д.С. тока ротора в стержне ( 1 ).

FnR R R R n n Баланс М.Д.С. для «n»-го участка имеет следующий вид:

FnS FnR Фn ( Rn 1 Rn ) Фn 1 Rn 1 Фn 1 Rn.

Отсюда ток в стержне ротора определится по следующему выражению:

R S S (1) in in Фn Rn Фn ( Rn Rn ) Фn Rn n 1 1 1 а) 1 Статор C y y A z B x A z B x C (индуктор) iS iB iA iC iC iC iB iA iA iB iC iA iB iR Ротор (подвижный элемент) v 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 модуль М.Д.С.

статорной б) F3S F4S F4S F1S F2S F1S F2S F5S F6S F5S F6S F3S обмотки Контурные магнитные Ф4 Ф5 Ф6 Ф1 Ф2 Ф3 Ф4 Ф5 Ф6 Ф1 Ф2 Ф3 потоки Rб Rб Rб Rб Rб Rб Rб Rб Rб Rб Rб Rб Магнитные сопротивления (по воздуху) М.Д.С.

роторной R R R R R R R R R R R R F F F F F F F F F1 F F1 F 4 2 5 5 6 3 обмотки Рис. 1. а) Асинхронный двигатель (2р=2, q=1) б) Магнитная схема замещения Уравнение баланса напряжений электрической цепи ротора r r in in Фn Фn (2) r r in r Lr Lr v v.

t x t x Выразим производные во времени через конечные разности:

r r in,k in,k Фn,k Фn,k r in Фn, 1 ;

t t t t где n – номер зубцового деления;

k – номер шага разбиения по времени.

В формуле (2) скорость подвижного элемента принимаем равным v vk 1 и в пределах «k» интервала считается постоянным.

Производные по пространственной координате «х» выразим через центральные конечные разности:

r r r in,k in in Фn,k Фn Фn.

1, k 1, k 1, k 1, k ;

x 2 tz x 2 tz С учетом вышеприведенных замечаний уравнение (2) примет следующий вид:

r r r r in,k in,k in 1,k in 1,k Фn,k Фn,k Фn Фn r 1 1 1,k r r r (3) ri L L vk v.

n,k t 2 tZ t 2 tZ Исключим из уравнения (3) токи в роторе. Для этого подставим выражение (1) в уравнение (3) и получим:

s Lr vk Lr vk Lr vk Lr Rn s s r s s s п 1 1 1 in (r ) in,k in Фn 1, k п п 1, k 2, k 2tZ t 2tZ 2tZ Lr vk Rn (r r Rn 1 ) Lr 1) ) (( Rn Фn 1, k t 2tZ Lr vk Lr Rn ) (r r (4) ( Rn ) ( Rn Rn 1 ) Фn,k t 2tZ t Lr vk Lr v r r 1) k 1 Rn (r ) (( Rn Rn 1 ) L Фn Rn Фn 1 2 1, k 2 2, k t 2tZ 2tZ Rn ) Lr Lr Lr Lr ( Rn s s in,k Rn Фn Фn,k Rn Фn.

п 1 1, k 1 1 1 1, k t t t t Это уравнение может быть реализовано при произведении матрицы А, элементы которой записаны в квадратных скобках, на матрицу-столбец из потоков (Ф) и токов статорной обмотки. Правая часть уравнения (4) формирует матрицу-столбец S из свободных членов в (k-1) момент времени.

Матрица-столбец Х сформирована из первых шести элементов, которые соответствуют потокам, а с 7 по 9 – токам iА, iВ, iС. Общий вид матриц при числе пазов на полюс и фазу q = 1 и числе полюсов 2р = 2 примет следующий вид:

Матрица Матрица Матрица А Х S a1,1 a1,2 a1,3 0 a1,5 a1,6 a1,7 a1,8 a1,9 x1=Ф1 s a2,1 a2,2 a2,3 a2,4 0 a2,6 a2,7 a2,8 a2,9 x2=Ф2 s a3,1 a3,2 a3,3 a3,4 a3,5 0 a3,7 a3,8 a3,9 x3=Ф3 s 0 a4,2 a4,3 a4,4 a4,5 a4,6 a4,7 a4,8 a4,9 x4=Ф4 = s a5,1 0 a5,3 a5,4 a5,5 a5,6 a5,7 a5,8 a5,9 x5=Ф5 s a6,1 a6,2 0 a6,4 a6,5 a6,6 a6,7 a6,8 a6,9 x6=Ф6 s a7,1 0 a7,3 a7,4 0 a7,6 a7,7 0 a7,9 x7=iA s 0 a8,2 a8,3 0 a8,5 a8,6 0 a8,8 a8,9 x8=iC s 0 0 0 0 0 0 a9,7 a9,8 a9,9 x9=iB s Так как в асинхронном двигателе сопротивления на всех зубцовых делениях одинаковы Rn=Rб, то уравнение (4) примет следующий вид:

Rб Lr vk s Lr vk Lr vk Lr s s r s s s п 1 in (r ) in,k in Фn 1, k п п 1, k 2, k 2tZ t 2tZ 2tZ Lr v Rб (r r ) (2 Rб Lr 1) k 1 Фn 1, k t 2tZ Lr vk Lr 2 Rб (r r ) 2 Rб Фn,k t 2tZ t Lr vk Lr v Rб (r r ) (2 Rб Lr 1) k 1 Фn Rб Фn 1, k 2, k t 2tZ 2tZ 2 Rб Lr Lr Lr Lr s s in,k Rб Фn Фn,k Rб Фn.

п 1 1, k 1 1 1, k t t t t Введем следующие обозначения:

Элементы матрицы А, перемножаемые на потоки матрицы-столбца Х:

rr Lr B 2 Rб t 1 t;

rr Lr 2 Rб Lr 1 vk C Rб t 2t z ;

Rб Lr vk D 2t z ;

rr Lr 2 Rб Lr 1 vk E Rб t 2t z ;

Элементы матрицы А, перемножаемые на токи ia, ib, ic матрицы Х:

s Lr vk T 2t z ;

п s rr Lr Y t;

п Элементы матрицы-столбца свободных членов S:

s Lr W1 t;

п r P Rб L t;

2 Rб Lr Q t.

С учетом обозначений уравнение (5) примет следующий вид:

s s s T in 1,k Y in,k T in 1,k D Фn E Фn B Фn,k C Фn 2, k 1, k 1,k (6) s D Фn W 1 in,k Q Фn,k P Фn Фn.

2, k 1 1 1, k 1 1, k Уравнение (6) позволит определить для первых шести строк элементы матрицы А и с первой по шестой элементы матрицы-столбца S, для этого последовательно зададимся n.

n = 1. В соответствии с рис. 1 ins 1,k iB,k s s 1 iB,k. В матрице Х току iВ соответствует элемент столбца x9, в котором нет информации о начале обмотки или его конце. Условно в начале обмотки принимаем знак «+», а в конце «–». Соответствующие знаки необходимо учесть в другой матрице, а именно в А.

s s 1 iB,k, a1,9 X 9 a1,9 iB,k a1, далее знак из матрицы Х перенесем в элемент матрицы А:

s s 1 iB,k.

a1,9 1 iB,k a1, Возвращаясь к уравнению (6) в квадратных скобках формируются элементы строки матрицы А при n = 1, которые перемножаются на соответствующие элементы матрицы Х:

s s s T 1 iB,k Y iA,k T 1 iC,k D Ф5,k E Ф6,k B Ф1,k C Ф2,k D Ф3,k x5 a1,6 x6 a1,1 x1 a1,2 x2 a1,3 x x9 a1,7 x7 x8 a1, a1,9 a1, s W 1 iA,k 1 Q Ф1,k 1 P Ф6,k 1 Ф2,k 1.

S Запишем элементы матрицы А:

a1,1=B;

a1,2=C;

a1,3=D;

a1,5=-D;

a1,6=E;

a1,7=Y;

a1,8=T(-1);

a1,9=(-T)( 1);

В правой части сформирован элемент s1 матрицы-столбца S:

s Q Ф2,k 1.

s1 W 1 iA,k 1 P Ф6,k 1 Ф1,k n = 2.

s s s T i A, k Y 1 iC,k T iB,k D Ф6,k E Ф1,k B Ф2,k C Ф3,k D Ф4,k x8 a2,9 x9 x6 a2,1 x1 a2,2 x2 a2,3 x3 a2,4 x a2,7 x7 a2, a2, s W 1 1 iA,k 1 Q Ф2,k 1 P Ф1,k 1 Ф3,k 1.

s Запишем элементы матрицы А:

a2,1=E;

a2,2=B;

a2,3=C;

a2,4=D;

a2,6=-D;

a2,7=-T;

a2,8=Y (-1);

a2,9=T.

В правой части сформирован элемент s2 матрицы-столбца S:

s s2 W 1 1 iA,k 1 Q Ф2,k 1 P Ф1,k 1 Ф3,k 1.

n = 3.

s s s T 1 iC,k Y iB,k T 1 i A, k D Ф1,k E Ф2,k B Ф3,k C Ф4,k D Ф5,k s W iB,k Q Ф3,k P Ф2,k Ф4,k.

1 1 1 Запишем элементы матрицы А:

a3,1=-D;

a3,2=E;

a3,3=B;

a3,4=C;

a3,5=D;

a3,7=T (-1);

a3,8= -T (-1);

a3,9=Y.

В правой части сформирован элемент s3 матрицы-столбца S:

s s3 W iB,k 1 Q Ф3,k 1 P Ф2,k 1 Ф4,k 1.

n = 4.

s s s T iB,k Y 1 i A, k T iC,k D Ф2,k E Ф3,k B Ф4,k C Ф5,k D Ф6,k s W1 1 i A, k Q Ф4,k P Ф3,k Ф5,k.

1 1 1 Запишем элементы матрицы А:

a4,2=-D;

a4,3=E;

a4,4=B;

a4,5=C;

a4,6=D;

a4,7=Y (-1);

a4,8= T;

a4,9=-T.

В правой части сформирован элемент s4 матрицы-столбца S:

s s4 W 1 1 iA,k 1 Q Ф4,k 1 P Ф3,k 1 Ф5,k 1.

n = 5.

s s s T 1 i A, k Y iC,k T 1 iB,k D Ф3,k E Ф4,k B Ф5,k C Ф6,k D Ф1,k s W 1 iC,k Q Ф5,k P Ф4,k Ф6,k.

1 1 1 Запишем элементы матрицы А:

a5,1=D;

a5,3=-D;

a5,4=E;

a5,5=B;

a5,6=C;

a5,7=-T (-1);

a5,8= Y;

a5,9=T ( 1)=-T.

В правой части сформирован элемент s5 матрицы-столбца S:

s s5 W 1 iC,k 1 Q Ф5,k 1 P Ф4,k 1 Ф6,k 1.

n = 6.

s s s T iC,k Y 1 iB,k T i A, k D Ф4,k E Ф5,k B Ф6,k C Ф1,k D Ф2,k s W 1 iB,k Q Ф6,k P Ф5,k Ф1,k.

1 1 1 Запишем элементы матрицы А:

a6,1=C;

a6,2=D;

a6,4=-D;

a6,5=E;

a6,6=B;

a6,7=T;

a6,8=-T;

a6,9=Y (-1)= Y.

В правой части сформирован элемент s6 матрицы-столбца S:

s 1 iB,k 1 Q Ф6,k 1 P Ф5,k 1 Ф1,k 1.

s6 W Элементы седьмой и восьмой строк матрицы А и элементы s7 и s матрицы-столбца S формируются из баланса напряжения электрической цепи статорной обмотки. Если обмотка индуктора питается от трехфазного напряжения с соединением в «звезду» без нулевого провода, то s s diA diB d (Ф1 Ф4 Ф6 Ф3 ) r s iA iB s s s Ls U AB ;

n dt dt dt (7) s s diC diB d (Ф3 Ф6 Ф2 Ф5 ) r s iB iC s s s s U BC L, n dt dt dt где U AB U M cos( t 2 / 3), U BC U M cos t, U AB U BC U CA 0.

С учетом шага по времени t в k-ый момент времени:

U AB U M cos (k 1) t 2 /3, U BC U M cos (k 1) t.

Уравнения (7) при выражении производных по времени через конечные разности примут следующий вид:

LS LS s s rS rS U Ф1,k U Ф3,k U Ф4,k U Ф6,k i A, k iB,k t t LS s s U Ф1,k Ф3,k Ф4,k Ф6, k iA, k iB, k U AB, k, 1 1 1 t s где U t.

n В квадратных скобках сформированы элементы матрицы А для седьмой строки:

a7,1=U;

a7,3=-U;

a7,4=-U;

a7,6=U;

a7,7=KS=rs+Ls/t;

a7,9=-KS=-(rs+Ls/t);

Правая часть определила элемент s7 матрицы-столбца S.

Аналогично для второго уравнения (7) определим элементы восьмой строки матрицы А и элемент s8 матрицы S:

s s U Ф2,k U Ф3,k U Ф5,k U Ф6,k KS iB,k KS iC,k LS s s U Ф2,k Ф3,k Ф5, k Ф6, k iB, k iC, k U BC, k.

1 1 1 t a8,2=U;

a8,3=U;

a8,5=-U;

a8,6=-U;

a8,8=-KS=rs+Ls/t;

a7,9=KS=-(rs+Ls/t);

Правая часть определила элемент s8 матрицы-столбца S.

Наконец, сумма токов определяет элементы девятой строки матрицы А и элемент s9 матрицы-столбца S.

1 is 1 is 1 is 0.

A, k B,k C,k s a9,7 a9,9 a9, Окончательно, матрица А примет следующий вид, удобный для программирования в MatLab:

B C D 0 -D E Y -T T А= E B C D 0 -D -T -Y T -D E B C D 0 -T T Y 0 -D E B C D -Y T -T D 0 -D E B C T Y -T C D 0 -D E B T -T -Y U 0 -U -U 0 U KS 0 -KS 0 U U 0 -U -U 0 -KS KS 0 0 0 0 0 0 1 1 Неизвестные переменные (потоки и токи в статорной обмотке) в k-ый момент времени определяется в результате следующей операции с матрицами:

X=A-1S, Далее, подставляя в уравнение (1) n = 1… 6, определяем токи в роторе:

s i1R Rб x6 2 Rб x1 Rб x2 ;

x n s R Rб x3 ;

i2 1 x8 Rб x1 2 Rб x n s R Rб x2 2 Rб x3 Rб x4 ;

i3 x n s R Rб x5 ;

i4 1 x7 Rб x3 2 Rб x n s R Rб x4 2 Rб x5 Rб x6 ;

i5 x n s R i6 1 x9 Rб x5 2 Rб x6 Rб x1.

n Электромагнитные усилия на зубцовом делении определяются по следующим формулам:

x2 x6 R F1 i1 ;

2t z x3 x1 R F2 i2 ;

2t z x4 x2 R F3 i3 ;

2t z x5 x3 R F4 i4 ;

2t z x6 x4 R F5 i5 ;

2t z x1 x5 R F6 i6.

2t z Суммарное усилие: F Fn.

n F Скорость в k-ый момент времени: vk vk t.

m Произведем построение математической модели асинхронного двигателя методом Гаусса-Жордана с использованием языка программирования MatLab. Ниже приведен пример кода:

function AD % Исходные данные линейного асинхронного двигателя Rb=0.1003*10^7;

rs=19/2;

Ls=0.074/2;

rr=4.6345*10^-5;

Lr=0.0372*10^-5;

dt=0.001;

tz=9.769*10^-3;

m=0.95;

v0=0;

wn=200;

f=50;

w=2*pi*f;

U=wn/dt;

Um=155;

X=zeros(9,1);

F=0;

K=input('длительность цикла k=');

for k=1:(K+1) v(1,k)=v0;

% Создание вектор-строки для графика скорости f(1,k)=sum(F);

% Создание вектор-строки для графика усилия Uab=Um*cos(w*(k-1)*dt+2*pi/3);

Ubc=Um*cos(w*(k-1)*dt);

% Создание матрицы А A=zeros(9);

B=2*Rb*(rr+Lr/dt)+1/dt;

C=-Rb*(rr+Lr/dt)+(2*Rb*Lr+1)*v0/(2*tz);

D=-Rb*Lr*v0/(2*tz);

E=-Rb*(rr+Lr/dt)-(2*Rb*Lr+1)*v0/(2*tz);

T=-wn*Lr*v0/(2*tz);

Y=-wn*(rr+Lr/dt);

W1=-wn*Lr/dt;

P=-Rb*Lr/dt;

Q=(2*Rb*Lr+1)/dt;

KS=rs+Ls/dt;

% Матрица А for n=1: A(n,n)=B;

end;

for n=1: A(n,n+1)=C;

A(n+1,n)=E;

end;

for n=1: A(n,n+2)=D;

A(n+2,n)=-D;

end;

for n=1: A(n,n+4)=-D;

A(n+4,n)=D;

end;

A(1,6)=E;

A(6,1)=C;

for n=1: A(n,n+6)=((-1)^(n+1))*Y;

A(n+1,n+6)=((-1)^n)*T;

A(n+2,n+6)=((-1)^n)*T;

A(n+3,n+6)=((-1)^n)*Y;

end;

for n=1: A(n,n+7)=((-1)^n)*T;

A(n+4,n+6)=((-1)^(n+1))*T;

end;

A(1,9)=T;

A(6,7)=T;

for n=1: A(7,n+2)=-U;

A(8,n+1)=U;

A(8,n+4)=-U;

A(n+6,n+6)=((-1)^(n+1))*KS;

A(n+6,9)=((-1)^n)*KS;

end;

A(7,1)=U;

A(7,6)=U;

for n=1: A(9,n+6)=1;

end;

% Матрица свободных членов S=[W1*X(7)+P*(X(6)+X(2))+Q*X(1);

W1*(-1)*X(8)+P*(X(1)+X(3))+Q*X(2);

W1*X(9)+P*(X(2)+X(4))+Q*X(3);

W1*(-1)*X(7)+P*(X(3)+X(5))+Q*X(4);

W1*X(8)+P*(X(4)+X(6))+Q*X(5);

W1*(-1)*X(9)+P*(X(5)+X(1))+Q*X(6);

U*(X(1)-X(4)+X(6)-X(3))+(Ls/dt)*(X(7)-X(9))+Uab;

U*(X(3)-X(6)+X(2)-X(5))+(Ls/dt)*(X(9)-X(8))+Ubc;

0];

% Решение методом Гаусса-Жордана Z=rref([A S]);

% Приведение расширенной матрицы к треугольному виду X=Z(1:9,10:10);

% Выделение последнего столбца из матрицы Is=[X(7),-X(8),X(9),-X(7),X(8),-X(9)];

% Матрица токов ротора Ir(1)=-wn*Is(1)-Rb*X(6)+2*Rb*X(1)-Rb*X(2);

for n=1: Ir(n+1)=-wn*Is(n+1)-Rb*X(n)+2*Rb*X(n+1)-Rb*X(n+2);

end;

Ir(6)=-wn*Is(6)-Rb*X(5)+2*Rb*X(6)-Rb*X(1);

% Электромагнитное усилие F(1)=(X(2)-X(6))*Ir(1)/(2*tz);

for n=1: F(n+1)=(X(n+2)-X(n))*Ir(n+1)/(2*tz);

end;

F(6)=(X(1)-X(5))*Ir(6)/(2*tz);

% Сорость v0=v0+(sum(F)/m)*dt;

end;

% Построение графиков k=0:(K);

subplot(2,1,1);

plot(k*dt,v);

title('Скорость');

xlabel('t, c');

ylabel('v, м/c');

grid on subplot(2,1,2);

plot(k*dt,f);

title('Электромагнитное усилие');

xlabel('t, c');

ylabel('F, H');

grid on end Результаты моделирования представлены в таблице 1, а также на рис.2.

Таблица 1 – Результаты расчетов k=1 k= irn,k irn,k X S Fn,k X S Fn,k -2,33E- 4,251e- 55,597 -6,55E Ф1 0,692 Ф1 -0,0025 150,53 2, 05 17 - Ф2 0,00011 0,00722 -1,970 Ф2 0,00013 0,01861 -3, 245,88 270, - Ф3 0,00013 0,00722 1,339 Ф3 0,0002 0,02119 1, 301,48 421, 2,32E- 8,26e- -55,6 Ф4 0,692 Ф4 6,55E-05 0,00257 2, 05 18 150, 245,88 -1,971 Ф5 -0, Ф5 - - - 270,53 -3, 0,00011 0,00722 0, - - 301,48 Ф6 1,339 Ф6 -0,00019 421,06 1, 0,00013 0,00722 0, 1,11E IА -0,395 -182,2 Fk IА -1,08 -299,36 Fk 0, IС -1,781 281,4 IС -2,01 369, IВ 2,176 0 IВ 3,09 Скорость v, м/c 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0. t, c Электромагнитное усилие F, H - 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0. t, c Рис.2. Зависимости электромагнитного усилия и скорости подвижного элемента от времени при пуске Литература 1. Сарапулов Ф.Н., Емельянов А.А., Иваницкий С.В., Резин М.Г.

Исследование электромеханических переходных процессов линейного асинхронного короткозамкнутого двигателя // Электричество. – 1982. – №10.

– С. 54–57.

2. Емельянов А.А., Богатов Е.А., Клишин А.В., Медведев А.В., Симонович В.Г. Математическая модель линейного асинхронного двигателя на основе магнитных схем замещения // Молодой ученый. – 2010. – №5. – С.14–22.

3. Емельянов А.А., Медведев А.В., Богатов Е.А., Кобзев А.В., Бочкарев Ю.П. Программирование линейного асинхронного двигателя в MATLAB // Молодой ученый. – 2013. – №3. – С. 129-143.

4. Ануфриев И.Е. и др. MATLAB 7 / Ануфриев И.Е., Смирнов А.Б., Смирнова Е.Н.. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 1104 с.

Емельянов А. А., Медведев А. В., Кобзев А.В.

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», Екатеринбург МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ЧИСЛОМ ПАЗОВ НА ПОЛЮС И ФАЗУ РАВНОМ ДВУМ НА ОСНОВЕ МАГНИТНЫХ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ Математическая модель линейного асинхронного двигателя на основе магнитных схем замещения для исследования электромеханических переходных процессов приведена в статье [1].

Целью данной работы является изложение математической модели линейного асинхронного двигателя на основе электрических и магнитных схем замещения в доступной для понимания студентами форме. Данная работа является продолжением статьи [2], в которой опубликован без сокращения вывод математического аппарата. Для качественного восприятия системы в данной работе повторим основные моменты статьи [2] и покажем процесс перехода от выведенных формул к программированию в MATLAB.

Условное изображение линейного асинхронного двигателя приведено на рисунке 1 а. В активной зоне индуктора (статора) в началах обмоток A, B и С условно примем токи со знаком «+», тогда в соответствующих концах обмоток x, y и z — знак «–». Для учета отрицательных токов необходимо умножить соответствующие элементы матрицы А на (–1). В шунтирующих зонах под набегающим и сбегающим краями примем по четыре зубцовых деления. На рисунке 1 б приведена соответствующая магнитная схема замещения линейного асинхронного двигателя.

статор (индуктор) y y A A z z B B x x C C а) iS iB iA iA iA iA iB iB iB iC iC iC iC iR Ротор (подвижный элемент) v 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 М.Д.С.

статорной б) обмотки F5S F8S S S F9S S S F6S F7S S S S F15 F F10 F13 F F11 F Контурные магнитные потоки Ф10 Ф Ф3 Ф4 Ф5 Ф9 Ф12 Ф13 Ф14 Ф Ф1 Ф2 Ф8 Ф16 Ф17 Ф18 Ф19 Ф Ф6 Ф Магнитные R R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R11 R12 R13 R14 R15 R16 R17 R18 R19 R20 R R1 сопротивления (по воздуху) М.Д.С.

F8R F9R R R R F5R F6R F7R R R R R R R R R R F1R F2R F3 F4R F F13 F F10 F15 F16 F18 F19 F F11 F12 роторной обмотки Рис. 1. а) Линейный асинхронный двигатель (2р=2, q=2), б) Магнитная схема замещения Запишем основные уравнения для «n»-ого участка схемы замещения.

Баланс магнитных напряжений магнитной цепи Фn 1, Фn, Фn 1 – контурные магнитные потоки;

– магнитные сопротивления воздушных участков;

Rn, Rn – магнитодвижущая сила, созданная статорным током in, FnS S S S in n протекающим по всем проводникам паза ( );

S n 0 – в шунтирующих зонах;

FnS in – М.Д.С. тока ротора в стержне ( 1 ).

FnR R R R n n Баланс М.Д.С. для «n»-го участка имеет следующий вид:

FnS FnR Фn ( Rn 1 Rn ) Фn 1 Rn 1 Фn 1 Rn.

Отсюда ток в стержне ротора определится по следующему выражению:

R S S in in Фn Rn Фn ( Rn Rn ) Фn Rn (1) n 1 1 1.

Уравнение баланса напряжений электрической цепи ротора r r in in Фn Фn (2) r r in r Lr Lr v v.

t x t x Выразим производные во времени через конечные разности:

r r in,k in,k Фn,k Фn,k r in Фn, 1 ;

t t t t где n – номер зубцового деления;

k – номер шага разбиения по времени.

В формуле 2 скорость подвижного элемента принимаем равным v vk и в пределах «k» интервала считается постоянным.

Производные по пространственной координате «х» выразим через центральные конечные разности:

r r r in,k in in Фn,k Фn Фn.

1, k 1, k 1, k 1, k ;

x 2 tz x 2 tz С учетом вышеприведенных замечаний уравнение (2) примет следующий вид:

r r r r in,k in,k in 1,k in 1,k Фn,k Фn,k Фn Фn Lr 1 1 1,k r r in,k r Lr vk (3) v.

t 2 tZ t 2 tZ Исключим из уравнения (3) токи в роторе. Для этого подставим выражение (1) в уравнение (3) и получим:

s Lr vk Lr vk Lr vk Lr Rn s s (r r s s s п 1 1 1 in 1,k ) in,k in 1,k Фn п п 2, k 2tZ t 2tZ 2tZ Lr vk Rn (r r Rn 1 ) Lr 1) ) (( Rn Фn 1, k t 2tZ Lr vk Lr r (4) ( Rn Rn ) (r ) ( Rn Rn 1 ) Фn,k t 2tZ t Lr vk Lr vk (r r Rn 1 ) Lr 1) Rn ) (( Rn Фn Rn Фn 1 2 1, k 2 2, k t 2tZ 2tZ Rn ) Lr Lr Lr Lr ( Rn s s in,k Rn Фn Фn,k Rn Фn.

п 1 1, k 1 1 1 1, k t t t t Это уравнение может быть реализовано при произведении матрицы А и матрицы-столбца, состоящего из 20 потоков (Ф) и токов в фазах обмотки индуктора. При изменении от n = 1 до n = 20 определяются элементы строк матрицы А по уравнению (4).

При подстановке в уравнение (4) значения n от 1 до 4 и от 17 до определяются элементы строк матрицы A, соответствующие шунтирующим зонам двигателя. Рассмотрим формирование элементов 2-ой строки матрицы A.

Для этого подставим n = 2 в уравнение (4), в результате получим:

Lr vk rr R1 ) Lr 1) R2 (( R2 Ф1,k t 2tZ Lr vk Lr R2 ) r r ( R3 ( R2 R3 ) Ф2,k t 2tZ t Lr vk Lr vk rr R3 ) Lr 1) R3 (( R4 Ф3,k R4 Ф4,k t 2tZ 2tZ R2 ) Lr Lr Lr ( R R2 Ф1,k Ф2,k R3 Ф3,k 1.

1 t t t R2 r r Lr / t R1 ) Lr 1) vk 1 / 2tZ.

Отсюда Аналогично, в a2,1 (( R следующих квадратных скобках будут элементы a2,2, a2,3 и a2,4. В правой части равенства определяется элемент другой матрицы-столбца S, а именно s2.

Если задать n в уравнении (4) в пределах от 5 до 16, то это позволит определить элементы строк матрицы для активной зоны индуктора (статора). В качестве примера приведем уравнение (4) при n = 6:

Lr vk Lr vk Lr vk Lr s s rr s 1 1 iA, k (-1) iC,k R5 Ф4,k п п п 2tZ t 2tZ 2tZ Lr vk rr R5 ) Lr 1) R6 (( R6 Ф5,k t 2tZ Lr vk Lr R6 ) r r ( R7 ( R6 R7 ) Ф6,k t 2tZ t Lr vk Lr vk rr R7 ) Lr 1) R7 (( R8 Ф7,k R8 Ф8, k t 2tZ 2t Z R6 ) Lr 1) Lr Lr Lr ( R s i A, k R6 Ф5,k Ф6,k R7 Ф7,k 1.

п 1 1 t t t t S Для элементов матрицы A, связанных с токами iA, выделен 21-й столбец, поэтому:

Lr s s rr Lr / t.

a6,21 vk 1 / 2tZ п п Аналогично, для токов iC – 22-ой столбец:

S s Lr vk 1 / 2tZ a6,22 ( 1).

п Формулы для расчета остальных элементов матрицы A для 6-ой строки будут иметь следующий вид:

R5 Lr vk 1 / 2tZ ;

a6, R6 r r Lr / t R5 ) Lr 1) vk 1 / 2tZ ;

, a6,5 (( R R6 ) r r Lr / t R7 ) Lr vk 1 / 2tZ 1/ t;

a6,6 ( R7 ( R R7 r r Lr / t R7 ) Lr 1) vk 1 / 2tZ ;

a6,7 (( R R8 Lr vk 1 / 2tZ.

a6, Баланс напряжения электрической цепи индукторной (статорной) обмотки Если питается обмотка индуктора от симметричного напряжения, а схема соединения звезда без нулевого провода, то:

s s diA diB d (Ф5 Ф6 Ф11 Ф12 Ф9 Ф10 Ф15 Ф16 ) r s iA r siB Ls s s s Ls U AB ;

n dt dt dt (5) s s diC diB d (Ф9 Ф6 Ф15 Ф16 Ф13 Ф14 Ф7 Ф8 ) r s iB r siC Ls s s s Ls U BC, n dt dt dt где U AB U M cos( t 2 / 3), U BC U M cos t, U AB U BC U CA 0.

С учетом шага по времени t в k-ый момент времени:

U AB U M cos (k 1) t 2 /3, U BC U M cos (k 1) t.

Уравнения (5) при выражении производных по времени через конечные разности примут следующий вид:

S LS rS S S n (Ф5,k Ф6,k Ф11,k Ф12,k Ф9,k Ф10,k Ф15,k Ф16,k ) i A, k iB,k t t S (6) n (Ф5,k Ф6,k Ф11, k Ф12, k Ф9, k Ф10, k Ф15, k Ф16, k 1 ) 1 1 1 1 1 1 t LS S S i A, k iB,k U AB,k, 1 t S LS rS S S n (Ф9,k Ф10,k Ф15,k Ф16,k Ф13,k Ф14,k Ф7,k Ф8,k ) iB,k iC,k t t S (7) n (Ф9,k Ф10,k Ф15,k Ф16, k Ф13, k Ф14, k Ф7, k Ф8, k 1 ) 1 1 1 1 1 1 t LS S S iB,k iC,k U BC,k.

1 t Для определения элементов 21-ой строки матрицы A воспользуемся s уравнением (6). Для удобства заменим п / t U, тогда:

U Ф5,k U Ф6,k U Ф9,k U Ф10,k U Ф11,k U Ф12,k rs Ls / t iA,k s (r s Ls / t ) iB,k s U Ф15,k U Ф16,k U (Ф5,k Ф6,k 1 Ls / t s s Ф9,k Ф10,k Ф11, k Ф12, k Ф15, k Ф16, k iA, k iB, k U AB, k, 1 1 1 1 1 1 1 отсюда:

a21,5 a21,6 a21,15 a21,16 U ;

a21,9 a21,10 a21,11 a21,12 U;

rs Ls / t ;

a21, rs Ls / t.

a21, В правой части сформирован элемент s21 матрицы-столбца S:

s21 = U ЧФ5,k - 1 + Ф6,k - 1 - Ф9, k - 1 - Ф10, k - 1 - Ф11, k - 1 - Ф12, k - 1 + Ф15, k - 1 + Ф16, k - 1 + ( + (Ls / D t )Ч iA,k - 1 - iB,k - 1 )+ U AB, k.

(s s Известно, что в трехфазной обмотке сумма токов в фазах в k-ый момент времени равна нулю.

s s s i A, k iB,k iC,k 0.

В матричной форме это уравнение можно получить следующим образом.

Так как в матрице-столбце токи ia, ib и ic занимают положения 21, 22, и соответственно, то в матрице А в 23-ей строке необходимо приравнять элементы a23,1, a23,2, …, a23,20 к нулю, а элементы a23,20, a23,21, a23,23 к единице.

То есть a23,21 a23,22 a23,23 1 и s23 0.

Результаты моделирования представлены в таблицах 1, 2 и 3, а также на рисунке 2.

Таблица 1. Значения элементов матрицы А при k = - a1,1 a1,2 a1,3 a2, 1,313E+05 -7,370E- 6,514E+04 6,514E+ a2,2 a2,3 a2,4 a3, 7,265E+04 -7,370E-05 7,370E- 6,514E+ - a3,2 a3,3 a3,4 a3, 8,165E+03 -1,474E- 6,514E+03 6,514E+ - a4,2 a4,3 a4,4 a4, 7,370E-04 1,782E+ 6,514E+02 1,303E+ a4,6 a5,3 a5,4 a5, -1,474E-05 7,370E-05 1,261E+ 1,303E+ - a5,7 a5,8 -1,474E-05 a16,14 1,474E-05 a16, 1,303E+02 1,303E+ a16,16 1,261E+03 a16,17 a16,18 -7,370E-05 a17,15 1,474E- 1,303E+ - a17,16 a17,17 1,782E+03 a17,18 a17,19 -7,370E- 1,303E+02 6,514E+ - a18,16 a18,17 a18,18 8,165E+03 a18, 1,474E- 6,514E+02 6,514E+ a18,20 -7,370E-03 a19,17 7,370E-05 a19,18 a19,19 7,265E+ 6,514E+ - a19,20 a20,18 a20,19 a20, 7,370E-04 1,313E+ 6,514E+04 6,514E+ a21,21 a22,23 93;

a22,22 a21,23 93;

a23,21 a23,22 a23,23 1;

a4,21 a13,21 a9,22 a12,22 a8,23 2,94E 09;

a5,21 a6,21 a13,22 a14,22 a9,23 a10,23 0, 02598;

a11,21 a12,21 a7,22 a8,22 a15,23 a16,23 0, 025978;

a7,21 a10,21 a6,22 a15,22 a11,23 a14,23 a17,23 2,94E 09;

a21,5 a21,6 a22,7 a22,8 a22,9 a22,10 a21,15 a21,16 200000;

a21,9 a21,10 a21,11 a21,12 a22,13 a22,14 a22,15 a22,16 200000;

a6,4 a7,5 a8,6 a9,7 a10,8 a11,9 a12,10 a13,11 a14,12 a15,13 1, 474E 05;

a6,5 a7,6 a8,7 a9,8 a10,9 a11,10 a12,11 a13,12 a14,13 a15,14 1,303E 02;

a6,6 a7,7 a8,8 a9,9 a10,10 a11,11 a12,12 a13,13 a14,14 a15,15 1, 261E 03;

a6,7 a7,8 a8,9 a9,10 a10,11 a11,12 a12,13 a13,14 a14,15 a15,16 1,303E 02;

a6,8 a7,9 a8,10 a9,11 a10,12 a11,13 a12,14 a13,15 a14,16 a15,17 1, 474E 05.

Таблица 2. Значения элементов матрицы А при k = - a1,1 a1,2 a1,3 a2, 1,313E+05 4,089E- 6,514E+04 6,514E+ a2,2 a2,3 a2,4 a3, 7,265E+04 4,089E-03 -4,089E- 6,514E+ - a3,2 a3,3 a3,4 a3, 8,165E+03 8,177E- 6,514E+03 6,514E+ - a4,2 a4,3 a4,4 a4, -4,089E-02 1,782E+ 6,513E+02 1,303E+ a4,6 a5,3 a5,4 a5, 8,177E-04 -4,089E-03 1,261E+ 1,303E+ - a5,7 a5,8 a16,14 -8,177E-04 a16, 8,177E- 1,303E+02 1,303E+ a16,16 a16,17 a16,18 a17, 1,261E+03 4,089E-03 -8,177E- 1,303E+ - a17,16 a17,17 1,782E+03 a17,18 a17,19 4,089E- 1,303E+02 6,515E+ - a18,16 a18,17 a18,18 8,165E+03 a18, -8,177E- 6,514E+02 6,514E+ a18,20 a19,17 -4,089E-03 a19,18 a19, 4,089E-01 7,265E+ 6,514E+ - a19,20 a20,18 -4,089E-02 a20,19 a20,20 1,313E+ 6,514E+04 6,514E+ a21,21 a22,23 93;

a22,22 a21,23 93;

a23,21 a23,22 a23,23 1;

a4,21 a13,21 a9,22 a12,22 a8,23 1, 63E 07;

a5,21 a6,21 a13,22 a14,22 a9,23 a10,23 0, 02598;

a11,21 a12,21 a7,22 a8,22 a15,23 a16,23 0, 025978;

a7,21 a10,21 a6,22 a15,22 a11,23 a14,23 a17,23 1, 63E 07;

a21,5 a21,6 a22,7 a22,8 a22,9 a22,10 a21,15 a21,16 200000;

a21,9 a21,10 a21,11 a21,12 a22,13 a22,14 a22,15 a22,16 200000;

a6,4 a7,5 a8,6 a9,7 a10,8 a11,9 a12,10 a13,11 a14,12 a15,13 8,177E 04;

a6,5 a7,6 a8,7 a9,8 a10,9 a11,10 a12,11 a13,12 a14,13 a15,14 1,303E 02;

a6,6 a7,7 a8,8 a9,9 a10,10 a11,11 a12,12 a13,13 a14,14 a15,15 1, 261E 03;

a6,7 a7,8 a8,9 a9,10 a10,11 a11,12 a12,13 a13,14 a14,15 a15,16 1,303E 02;

a6,8 a7,9 a8,10 a9,11 a10,12 a11,13 a12,14 a13,15 a14,16 a15,17 8,177E 04;

Таблица 3. Результаты расчетов k=1 k= irn,k irn,k X S Fn,k X S Fn,k -5,91E- -1,47E- -2,08E- -1,1E- -4,64E Ф1 0,34 Ф1 0,49 5,66E 08 05 06 07 -1,18E- -2,96E- -2,36E- -2,22E- -9,33E Ф2 0,68 Ф2 0,99 6,38E 07 05 05 07 -7,30E- -1,36E Ф3 -0,0001 4,21 -0,002 Ф3 -0,0005 6,06 -0, 07 -7,68E- -1,39E Ф4 -0,002 43,74 -0,19 Ф4 -0,006 60,84 -0, 06 -8,60E- 246,2 420, Ф5 -0,026 -1,06 Ф5 -0,0001 -0,069 -2, 05 3 -9,21E- 283,3 486, Ф6 -0,028 0,33 Ф6 -0,0001 -0,073 0, 05 5 -6,30E- 173,8 354, Ф7 -0,015 0,38 Ф7 -0,0001 -0,049 1, 05 6 -4,90E- -9,58E- 251, Ф8 -0,012 95,33 0,44 Ф8 -0,038 1, 05 05 2,48E Ф9 2,79 0,012 -98,77 -0,46 Ф9 0,023 -93,11 -0, Ф1 Ф1 5,63E- 4,37 0,015 -191,7 -0,61 0,035 -1, 05 240, 0 Ф1 Ф 9,10 0,027 -273,1 -0,68 0,0001 0,072 448,8 -2, 1 Ф1 Ф 9,28 0,027 -287,1 0,41 0,0001 0,074 -492,3 0, 2 Ф1 Ф 6,31 0,015 -174,4 0,38 0,0001 0,049 -356,1 1, 3 Ф1 Ф1 9,62E 4,92 0,012 -96,51 0,44 0,038 254,4 1, 4 Ф1 -2,64E- Ф1 -2,16E -0,011 89,96 -0,37 -0,022 76,95 -0, 05 5 Ф1 -3,22E- 125,0 Ф1 -3,42E- 139, -0,013 0,15 -0,026 0, 05 2 05 6 Ф1 -3,02E- Ф1 -4,02E -0,001 15,63 0,025 -0,002 12,19 0, 06 7 Ф1 -2,89E- -9,08E- Ф1 -4,02E 1,53 0,0002 -0,0002 1,3 0, 07 05 8 Ф1 -4,72E- -1,46E- 3,42E- Ф1 -6,61E- -3,79E- 4,1E 0,25 0, 08 05 06 08 05 9 Ф2 -2,35E- -7,27E- 3,02E- Ф2 -3,29E- -1,88E- 3,67E 0,12 0, 08 06 07 08 05 0 Ia -2,65 -430,4 Fk 0,014 Ia -3,19 -488,68 Fk -0, Ic 1,74 -95,943 Ic 2,69 -262, Ib 0,91 0 Ib 0,5 Скорость v, м/с - 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0. t, с Электромагнитное усилие F, Н - 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0. t, с Рис.2. Зависимости электромагнитного усилия и скорости подвижного элемента от времени при пуске Полученные результаты моделирования пуска линейного асинхронного двигателя совпадают с данными эксперимента приведенных в статье [1, с.56].

Литература 1. Сарапулов Ф.Н., Емельянов А.А., Иваницкий С.В., Резин М.Г.

Исследование электромеханических переходных процессов линейного асинхронного короткозамкнутого двигателя // Электричество. – 1982. – №10. – С. 54–57.

2. Емельянов А.А., Богатов Е.А., Клишин А.В., Медведев А.В., Симонович В.Г. Математическая модель линейного асинхронного двигателя на основе магнитных схем замещения // Молодой ученый. – 2010. – №5. – С.14–22.

3. Ануфриев И.Е. и др. MATLAB 7 / Ануфриев И.Е., Смирнов А.Б., Смирнова Е.Н.. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 1104 с.

Иванов А.А., Морозова И.М.

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», Екатеринбург ПУТИ И МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В ТРАНСФОРМАТОРЕ Одной из первоочередных задач развития экономики любой страны является стимулирование перехода на энергосберегающие технологии.

Потери в силовых трансформаторах и автотрансформаторах составляют существенную долю (до 20%) общих потерь электроэнергии в электрических сетях и являются одной из составляющих нормативов технологических потерь электроэнергии на е передачу.

Основными электрическими параметрами силового трансформатора, характеризующими экономичность его работы, являются потери холостого хода (ПХХ) и короткого замыкания (ПКЗ).

Для изучения проблем потерь электроэнергии в силовых трансформаторах рассмотрим основные причины потерь. На основе рассмотрения причин потерь электроэнергии, постараемся выделить наиболее эффективный метод уменьшения энергопотерь.

Потери холостого хода возникают вследствие перемагничивания активной стали сердечника. Они являются постоянной составляющей полных потерь мощности и зависят не от нагрузки трансформатора, а от качества трансформаторной стали (марки, толщины), технологии изготовления магнитной системы, качества проектирования магнитопровода и материальной базы.

Потери короткого замыкания представляют собой сумму потерь в проводе обмоток и дополнительных потерь в стенках бака и других металлических частях, вызываемых потоками рассеивания. ПКЗ — это переменная составляющая полных потерь мощности, т.к. они изменяются в зависимости от нагрузки трансформатора.

Данный тип потерь зависит от материала обмоток, плотности тока, количества витков, инженерных приемов.

Номинальные ПХХ и ПКЗ силового трансформатора устанавливаются на стадии конструкторской разработки с учетом технологических возможностей предприятия-производителя и указываются в технических условиях (на серийную продукцию) или технических характеристиках.

На наш взгляд, ПХХ являются наиболее значимыми, так как они являются постоянной составляющей полных потерь мощности, и в первую очередь, для уменьшения потерь энергии, следует стремиться уменьшать потери холостого хода.

Уменьшение мощности потерь холостого хода (потерь в магнитопроводе), очевидно, связано с изменением конструкции и материала магнитопровода. Наиболее перспективный путь снижения затрат на производство и эксплуатацию силовых распределительных трансформаторов это применение магнитопроводов из аморфных (нанокристаллических) сплавов, при этом обеспечивается более чем пятикратное снижение потерь холостого хода трансформаторов по сравнению с магнитопроводами из холоднокатаной электротехнической стали.

Как показали испытания, сердечник, изготовленный из аморфного сплава, позволяет сократить потери энергии в сердечнике трансформатора на 80% по сравнению со стальным аналогом. По оценке, если бы во всех действующих в мире трансформаторах установить сердечники из аморфных металлов, среднегодовая экономия энергии составила бы 40 млн. кВт*ч.

Сравнительные проектные параметры силовых распределительных трансформаторов с сердечником из аморфной (АС) и из холоднокатаной электротехнической стали (ЭС) представлены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры силовых распределительных трансформаторов 100 кВА 250 кВА 400 кВА 630 кВА АС Параметр АС АС АС ЭС ЭС В=1,35 ЭС ЭС В=1,3Тл В=1,285Тл В=1,31Тл Тл Потери, Вт Холостого 64 300 128 580 161 830 238 хода Ток холостого 0,2 2,5 0,093 1,9 0,078 1,6 0,074 1, хода, % Особенности АС потребовали изменения конструкции магнитопровода. В связи с малой толщиной аморфный материал наиболее пригоден для витой конструкции магнитопровода, то есть для трансформаторов до 1000 кВА. К условно витой конструкции магнитопровода можно отнести новую технологию производства магнитопроводов (рис 1).

Рис.1. Трансформатор 630/6/1,2 собранный с магнитопроводом по новой технологии При рассмотрении основных видов потерь электроэнергии в силовом трансформаторе, мы пришли к выводу, что основную роль играют потери холостого хода. Проанализировав решение проблемы потерь холостого хода силового трансформатора, выявили, что снижение потерь холостого хода произошло благодаря трем факторам:

применению улучшенных марок стали;

усовершенствованию технологии изготовления магнитной системы;

усовершенствованию конструкции сердечника.

Кардаполов А.А.

ГОУ ВПО «Уральский государственный университет путей сообщения», Екатеринбург РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИТЫ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ ОТ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ Безопасность движения и эксплуатационная надежность тягового электроснабжения определяются в основном состоянием контактной сети, по техническим и экономическим причинам сооружаемой без резервирования.

Наибольшее количество отказов происходит из-за недостатков в эксплуатационной работе и в технических параметрах элементов системы, однако значительная часть сбоев связана с внешними факторами – условиями эксплуатации и окружающей средой.

Все мы знаем о таком негативном явлении, как образование гололеда. Как известно гололед значительно повышает нагрузку на провода и опоры, особенно в тех случаях, когда он сопровождается сильным ветром. Кроме того, гололед на контактном проводе может создать значительные затруднения в процессе токосъема, вызывая образование электрической дуги в точке соприкосновения «полоз токоприемника – контактный провод».

Нарушения контакта между проводом и пантографом приводят к нарушению непрерывности тягового усилия и могут вызывать повреждения электрооборудования подвижного состава вследствие возникновения значительных внутренних перенапряжений [1]. Скопления льда на раме и лыжах пантографа приводят к уменьшению давления пантографа на провод и могут полностью компенсировать активное давление пантографа, что может приводить к отрывам пантографа от провода при изменении его высоты.

В рамках исследования был проведен анализ отказов ЭЧ-2 Свердловской железной дороги за период с 2009 по 2012 годы. Из рисунка 1 наглядно видно, что доля отказов проводов контактной сети из-за гололеда достаточно высока.

поддер разрядн секцио живаю зажимы воздуш ики, раз нные провода изолято ные струны щие и опоры ъеденит изолято и тросы ры констру детали стрелки ели ры кции общее число отказов, % 33,76 18,18 12,98 10,38 8,26 7,79 5,34 2,59 0, число отказов из-за гололеда, % 15,5 3,43 2,72 1,69 4,4 0 0 0 Рис. 1. Статистика отказов устройств контактной сети Провода контактной сети являются наиболее уязвимым элементом конструкции и нуждаются в дополнительной защите от внешних воздействий в частности от гололеда [2].

В настоящее время борьба с гололедом на проводах КС производиться электрическими, химическими и механическими способами. Опыт эксплуатации показывает, что на тех дорогах, где применяются профилактические меры по борьбе с гололедом, такие как: плановый подогрев проводов и плавка гололеда, вероятность обрыва и выхода из строя устройств подвески значительным образом снижается. Но существуют негативные последствия применения таких методов:


• опасность отжига проводов;

• высокие расходы электроэнергии;

• низкая производительность;

• неполное удаление гололеда;

• опасность повреждения и деформации контактных проводов.

В данной статье представлена инновационная методика борьбы с гололедом. Суть данного метода заключается в нанесении композиционного покрытия, состоящего из полых алюмосиликатных или керамических микросфер, латексно-акриловой смеси и неорганических пигментов, на поверхность проводов КС и ЛЭП.

В наибольшей степени, материал зарекомендовал себя как антикоррозионное, антиконденсатное и антиобледенительное покрытие.

Материал целесообразно применять для нестандартного оборудования с температурой поверхности до +1800 С. (Температура деструкции покрытия +2600 С).

На базе испытательного центра технических средств железнодорожного транспорта УрГУПСа, с использованием климатической камеры типа THV710, был проведен ряд испытаний направленных на исследования свойств покрытия.

Образцы для испытаний – два провода марки МФ-100, использующихся, как контактные провода (КП) электрических железных дорог и три провода марки ПБСМ-70, А-95 и А-120, которые применяются и на КС (виде несущих тросов) и на ЛЭП. Длина образцов составила 1 м. Все провода на 50 % покрывались антигололедным материалом, кроме одного контактного провода, который оставался эталонным.

После нанесения покрытие разделяется на два слоя на основу и внешний слой, усыпанный всплывшими тонкостенными полыми микросферами диаметром ~100мкм (рис. 2), которые во множестве выступают над поверх ностью полимерной основы (примерно 100 миллионов микросфер на 1 м). Этот поверхностный слой и защищает поверхность от образования конденсата и гололеда. Теплоемкость поверхностного слоя микросфер крайне мала ~0,084Дж/см3 (~0,02кал/см3). Утолщается (до ~100мкм) зона кондуктивного теплообмена с окружающей средой. Этот слой также существенно блокирует и радиационную составляющую теплоотдачи. При малейшем дуновении ветра, поверхность выступающих микросфер за счет конвективной теплоотдачи быстро охлаждается, и радиационная составляющая теплоотдачи (~T4) резко падает. В результате эффективный коэффициент теплоотдачи, представляющий собой сумму конвективной и радиационной теплоотдачи значимо (в разы) уменьшается.

+ Rо~0, Rп~0,02 0,14 м С/Вт T Wh Wт~ Т Утолщенный пограничный слой.

~1,5мм ~100мкм Рис. 2. Схематическое изображение покрытия Покрытие наносилось молярной кистью после подготовки образцов:

визуальный осмотр целостности образцов;

подготовка поверхности образцов к нанесению покрытия (удаление мелких частиц и влаги);

подвешивание контактных проводов в пространстве камеры.

Стоит отметить, что на контактный провод покрытие наносилось только на верхнюю часть, т.к. материал обладает диэлектрическими свойствами и при попадании в пространство между полозом токоприемника и контактным проводом может вызвать сбои в процессе токосъема (образование электрической дуги, пережог провода).

Опыт начался с запуска камеры THV710, первоначальные показатели температуры и влажности были приближены к нормальным условиям (температура 20 0С, влажность 85 %).

Далее для прогрева камеры температуру поднимали до 30 0С, влажность, оставляя на прежнем уровне. В процессе наблюдений за поведением материала можно отметить небольшое увеличение объема нанесенного слоя, цвет стал более насыщенным, из серовато-белого стал чистым ярко-белым.

Следующим этапом произвели повышение влажности воздуха до максимально возможной в данной камере 99 % и начали резкое понижение температуры воздуха до -5 0С. Данная температура поддерживалась в течение 73 минут, этого время хватило для образования небольшого слоя льда на поверхности образцов. Гололедообразования видны невооруженным глазом (рисунок 3), форма гололеда овальная, ввиду отсутствия ветра в камере.

Толщина его варьируется от 1 до 2 мм по всей поверхности контактных проводов и чуть больше на несущих тросах. В местах нанесения покрытия толщина слоя гололеда меньше, чем на участках без него, однако стоит, отметь, что при очистке гололеда от провода механическим воздействием, в местах, где было нанесено покрытие, удаление гололеда происходило намного легче, чем от проводов без покрытия.

Результаты испытаний: приведены в таблице 1 и 2 соответственно.

Таблица 1. Результаты измерений до испытаний в климатической камере Значение показателя Наименование показателя С покрытием Без покрытия 1 2 1. Внешний вид покрытия Равномерное – матовое покрытие белого цвета 2. Средняя толщина 950 покрытия, мкм 3. Продолжительность сушки, 24 ч.

4. Сцепляемость с образцами Высокая – 5. Масса образцов, Н 9,15 9, 6. Прочность покрытия Высокая – 7. Эластичность Высокая – а) б) Рис.3. Испытание в климатической камере: а) начало испытаний;

б) окончание испытаний Таблица 2. Результаты измерений после испытаний в климатической камере Значение показателя Наименование показателя С покрытием Без покрытия 1 2 1. Внешний вид образцов Без изменения 2. Толщина гололеда, мкм 1500 3. Распределение гололеда Неравномерное, в Равномерное местах с нанесенным покрытием количество гололеда значительно меньше, чем без покрытия 4. Прочность гололеда Легко скалывается с Расположен по образцов всей площади образцов, сложнее подвергается механической Значение показателя Наименование показателя С покрытием Без покрытия 1 2 счистке 5. Масса образцов, Н 9,3 9, 6. Прочность покрытия Без изменения – 7. Эластичность Без изменения – Выводы по результатам испытаний:

• Покрытие выполняет антигололедные функции применительно к проводам контактной сети и ЛЭП;

• Покрытие обладает высокой прочностью и легкостью;

• Покрытие отлично сцепляется с проводами;

• Покрытие просто в нанесении на провода (ручным способом);

• Покрытие является эластичным.

Методика борьбы с гололедом на проводах контактной сети и линиях электропередач, изложенная в данной статье, поможет избежать больших экономических потерь от гололедного воздействия. В последующем планируется провести ряд испытаний на реальных полигонах железных дорог и ЛЭП.

Литература 1. Порцелан А. А., Павлов И. В., Неганов А. А. Борьба с гололедом на электрифицированных железных дорогах. – М.: Транспорт, 1970. 152 с.

2. Михеев В.П. Контактные сети и линии электропередачи: – М.:

Маршрут, 2003. – 416 с.

Ковалев А.А., Исаков Н.А.

ГОУ ВПО «Уральский государственный университет путей сообщения», Екатеринбург ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЗАЖИМОВ ПРОВОДОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ На сегодняшний день железная дорога является одним из самых востребованных видов транспорта на территории Российской Федерации. В связи с этим все чаще поднимаются вопросы об увеличении скоростей движения и надежности, уменьшении количества отказов узлов контактной сети [1].

Существуют два способа улучшения натяжения контактного провода – это уменьшение длин пролетов и применение компенсирующих устройств.

Уменьшение длин пролетов ведет к значительному удорожанию стоимости контактной сети, в отличие от компенсирующих устройств, которые дают необходимое качество натяжения и относительно недороги в эксплуатации.

Основное требование к контактным подвескам, рассчитанным на высокие скорости движения электроподвижного состава (ЭПС) большее постоянство ее эластичности в пролете [2]. Идеальная ситуация эластичность во всех точках пролета одинакова, то есть коэффициент непостоянства эластичности, представляющий собой отношение значения эластичности в середине пролета с к значению у опоры о п, равен единице:

k эл =с /оп= Эластичность одинарной контактной подвески в середине пролета пропорциональна длине пролета l и обратно пропорциональна сумме натяжений всех проводов, образующих контактную подвеску [3].

На рисунке 1 представлена зависимость эластичности в пролете с рессорным и без рессорного троса.

Рис. 1. Зависимость эластичности в пролете: 1 без рессорного троса;

2 с рессорным тросом Эластичность с использованием рессорного троса у опоры (подрессорной струной) зависит главным образом от натяжений несущего троса и контактного провода, а также от длины 2а рессорного провода, длины пролета l и расстояния s между опорой и ближайшей к ней простой струной (рис. 2).

а б Рис. 2. Зависимости коэффициента непостоянства эластичности kэл для контактных подвесок переменного тока 1 и постоянного тока 2: а от длины рессорного провода;

б от расстояния s между опорой и ближайшей к ней простой струной У подавляющего большинства контактных подвесок, спроектированных для невысоких скоростей движения, эластичность в середине пролета намного выше, чем у опор. Поэтому при разработке подвесок для более высоких скоростей задача по выравниванию эластичности в пролете сводится к понижению ее в средней части пролета или к повышению у опор.

Возможности первого способа меньше, чем второго, поскольку уменьшение длины пролета неэкономично, а резерв повышения натяжения тросов и проводов, из которых выполнены контактные подвески, невелик.

Лишь применение низколегированных и бронзовых контактных проводов позволяет несколько повысить суммарное натяжение подвески. Однако последующее уменьшение натяжения контактных проводов, которое осуществляется эксплуатационным персоналом по мере износа контактного провода, приводит к обратному эффекту повышению эластичности в середине пролета.

Выравнивание эластичности в пролете повышением ее в опорной зоне более правильный путь, чем снижение ее в средней части пролета потому, что высокая эластичность подвески позволяет легче обеспечить необходимое качество токосъема при эксплуатационных отклонениях от оптимального режима, чем низкое ее значение.

Наиболее эффективный и экономичный способ повышения эластичности в зонах опор увеличение длины рессорного провода 2а и расстояния s между опорой и ближайшей к ней простой струной (рис. 2).

Сокращение длины пролета l, полезное для уменьшения эластичности в середине пролета, отрицательно проявляется в опорной зоне, так как тоже несколько понижает здесь и без того низкую эластичность.

Необходимо сказать, что при изменении температуры окружающего воздуха натяжение несущего троса в полукомпенсированных подвесках изменяется, не остается постоянным и натяжение рессорного провода. В результате происходит сезонное изменение эластичности. Так, в полукомпенсированной рессорной подвеске с двумя контактными проводами перепад температуры воздуха в диапазоне от 40 до + 40 °С приводит к росту эластичности в середине пролета почти в 1,5 раза, а в подвеске с одним проводом в 1,7 раза.

Проведенные испытания и опыт эксплуатации показали, что хороший токосъем при скоростях движения ЭПС 200 и 250 км/ч обеспечивается, когда коэффициент непостоянства эластичности kэл в пролетах до 70 м не превышает соответственно 1,35 и 1,2 [4]. Примером подвески, имеющей одинаковую эластичность во всех частях пролета, то есть kэл = 1, является созданная в СССР рычажная компенсированная контактная подвеска, эксплуатация которой на ряде дорог началась в 1973 г.

На качество токосъема при рессорных контактных подвесках с неодинаковой в различных частях пролета эластичностью, кроме характера изменения эластичности, существенно влияет стрела провеса контактного провода f. Многочисленные исследования показали, что наилучшие условия взаимодействия токоприемника и контактной подвески постоянного тока при скоростях движения ЭПС 180200 км/ч при коэффициенте непостоянства эластичности kэл = 1,11,15 имеют место при стреле провеса 2030 мм в пролетах длиной 6070 м. При коэффициенте kэл = 1,21,35 оптимальная стрела провеса составляет 0,001 от длины средней части пролета, ограниченная ближайшими к опорам простыми струнами, то есть, равна (в указанных пролетах) 4050 мм.

Расчет эластичности так же можно проводить по следующим формулам:

hр э Р x(l x) Т lF где hк величина отжатия КП токоприемником, м;

эластичность подвески, м/Н;

Р величина нажатия токоприемника, Н;

l длина пролета, м;

X расстояние от опоры до точки измерения, м;

F натяжение КП, Н;

T величина натяжения НТ, Н;

a – расстояние между струнами, м;

Rc – реакция струны;

gк – погонный вес несущего троса, Н/м.

Эластичность в середине межструнового пролета [5]:

х (l x) a, l (T F) 4F ( P RС ) 8 Pg К F Средние анкеровки предназначены для локализации места повреждения – обрыва контактного провода на анкерном участке и препятствования перемещению контактных проводов токоприемниками.

Устанавливают их в средней части анкерного участка, классифицируют по типу подвески и числу контактных проводов. В полукомпенсированной цепной подвеске с двумя контактными проводами среднюю анкеровку выполняют специальным тросом средней анкеровки 1 из сталемедного или стального провода сечением 35 мм2, концы которого крепят к несущему тросу зажимами 2 (рис.3). К контактному проводу его крепят специальным зажимом 5, называемым зажимом средней анкеровки. Крепление троса осуществляют следующим образом: после спуска с несущего троса его закрепляют сначала на одном контактном проводе, потом на другом, а затем снова поднимают на несущий трос и закрепляют на нем.

1 Рис.3. Средняя анкеровка полукомпенсированной подвески: 1 — трос средней анкеровки;

2 — соединительный зажим;

3 — несущий трос;

4 — зажим средний Проектирование деталей контактной сети занимает много времени и требует большой точности расчетов. Сегодня, чтобы испытывать детали на прочность, необходимо выполнять множество вычислений, прибегая к немалому количеству допущений. Для автоматизации таких расчетов существуют специальные CAD/CAE/CAM-системы, которые:

• позволяют повысить долю творческого труда инженера проектировщика;

• улучшают качество проектной документации;

• совершенствуют управление процессом разработки проектов;

• частично заменяют натурные эксперименты и макетирование моделированием на ЭВМ;

• уменьшают объем испытаний и доводки опытных образцов, снижают временные затраты [6].

Для моделирования деталей контактной сети можно применять системы среднего класса. Рассмотрим программный комплекс SolidWorks.

SolidWorks предназначен для автоматизации работ на этапах конструкторской и технологической подготовки производства изделий любой степени сложности и назначения. Конструкторская подготовка производства включает в себя 3D-проектирование любых изделий (деталей и сборок) с учетом специфики изготовления, создание конструкторской документации в строгом соответствии с ГОСТами, промышленный дизайн, реверсивный инжиниринг, проектирование коммуникаций, инженерный анализ (прочность, устойчивость, теплопередача, частотный анализ, электромагнитные расчеты), экспресс-анализ технологичности на этапе проектирования.

Данный продукт позволяет строить 3D-модели для визуального представления проекта, оформлять чертежи, а самое главное — испытывать эти модели на механическую устойчивость к нагрузкам. К преимуществам можно отнести интуитивно понятный интерфейс, с которым может разобраться каждый пользователь, не прибегая к специальным курсам;

простоту проведения расчетов при необходимой точности (достаточно указать коэффициент запаса прочности, и SolidWorks проведет все необходимые расчеты, вплоть до построения эпюр распределения напряжений).

Для испытания прочностных характеристик узлов контактной сети исследования проведем на примере зажима КС-048 (рис. 4), чтобы в дальнейшем можно было сделать выбора материала для изготовления и знать места наиболее подверженные разрушению под нагрузкой всей контактной подвески в целом.

Рис. 4. Результаты испытаний Рис. 5. Результаты испытаний (разрушение детали) При протекании тока по системе токосъема имеет место закон Джоуля – Ленца, то есть проводящие элементы нагреваются. При нагреве все материалы значительно меняют свои свойства. Это можно учесть при проведении виртуальных испытаний.

Для примера выставим при испытаниях в SolidWorks температуру допустимого перегрева для класса А (105 °С). Напряжения в детали практически распределяются, как и в первом испытании, но по значениям заметно отличаются (рис. 6).

Рис. 6. Результаты испытаний в SolidWorks при заданной температуре Таким образом, можно проводить анализ различных материалов, форм зажима и прогнозировать его поведение под теми или иными нагрузками при воздействии внешних факторов. Это помогает опробовать новые конструктивные решения, и провести простейшие испытания не изготавливая опытный образец, и не используя дорогостоящие испытательные лаборатории.

Литература 1. Троицкий В. А. Технические требования и стандарты в процессе международной интеграции систем железнодорожного транспорта // Известия Транссиба. – 2012. – № 4. – С. 99–106.

2. Беляев И.А. Устройство и обслуживание контактной сети при высокоскоростном движении. М.: Транспорт, 1989. – 144 с.

3. Боровикова М.С., Ширяев А.В., Ваганова О.И. Организация высокоскоростного движения на железных дорогах Российской Федерации. М.:

Транспорт, 2003 – 30 с.

4. Иванов В.А, Галкин А.Г., Ковалев А.А., Кудряшов Е.В. Разработка контактной сети для ВСМ России /Инновационный транспорт. – 2011. – № 1(1).

– С. 16- 5. Ефимов А.В., Галкин А.Г., Ковалев А.А. Контактные сети и линии электропередачи // Руководство к лабораторным работам. Екатеринбург:

УрГУПС, 2006. – 27 с.

6. Галкин А. Г., Ковалев А. А., Микава А. В. Мониторинг инфраструктурного комплекса системы токосъема в процессе эксплуатации // Инновационный транспорт. – 2012. – № 1 (2). – С. 44–48.

7. Официальный русскоязычный сайт программных продуктов SolidWorks. – Электрон. дан. – URL: http://www.solidworks.ru (дата обращения:

11.11.2012).

Ковалев А.А., Честюнин Е.А., ГОУ ВПО «Уральский государственный университет путей сообщения», Екатеринбург ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ Электроэнергетика является важнейшей отраслью любой страны, поскольку ее продукция относится к универсальному виду энергии. Ее легко можно передавать на значительные расстояния, делить на большое количество потребителей. Без электроэнергии невозможно осуществить многие технологические процессы.

Одной из специфических особенностей электроэнергии является то, что ее продукция в отличие от других отраслей промышленности не может храниться на складах для последующего потребления. В каждый момент времени ее производство должно соответствовать ее потреблению.

Транспорт является важнейшим потребителем наиболее качественных видов жидкого топлива, крупным потребителем электроэнергии. Быстрые темпы развития транспорта, несмотря на определенное повышение его энергетической эффективности, увеличивают потребности в наиболее квалифицированных и дорогих энергоносителях – в моторных топливах и электроэнергии. В этой связи весьма актуальной является политика энергосбережения, проводимая на всех видах транспорта, совершенствование структуры транспортных средств в целях обеспечения перевозки грузов и пассажиров при минимальных энергетических затратах [1].

Железнодорожный транспорт, на долю которого приходится примерно % всех перевезенных в стране грузов, ежегодно расходует около 30 млн. т условного топлива, причем 60% всех затрат приходится на долю тепловозов.

Экономия лишь 1 т условного топлива обеспечивает перевозку 3000 т грузов примерно на 100 км [1].

Основными направлениями энергосбережения на железнодорожном транспорте являются: дальнейшая электрификация железных дорог;

ввод в эксплуатацию новых, более совершенных локомотивов;

применения вагонов повышенной грузоподъемности;

совершенствование планирования перевозок;



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.