EIRNUZP – Електронний інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка»
Інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка» – це електронний архів, що накопичує, систематизує, зберігає та забезпечує довготривалий відкритий доступ до електронних публікацій та електронних версій документів наукового та навчально-методичного призначення, авторами яких є співробітники, аспіранти, докторанти та студенти Національного університету «Запорізька політехніка».
Communities in DSpace
Select a community to browse its collections.
Recent Submissions
Дослідження енергетичних характеристик електромеханічної системи керування 4-приводним електричним транспортним засобом
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Брилистий, Віктор Вікторович; Brylystyi, V. V.
UK: Мета роботи. Визначити для розробленої електромеханічної системи керування 4-приводного електричного транспортного засобу потужності приводів та коефіцієнти редукторів, що забезпечують мінімальне споживання енергії при розгоні від 0 до 100 км/год за 5 с.
Методи дослідження. Математичний аналіз та моделювання.
Отримані результати. Запропоноване рішення полягає у визначенні, для заданої динаміки транспортного засобу (розгін від 0 до 100 км/год за 5 с), шляхом математичного моделювання, значень потужностей приводів та коефіцієнтів редукторів, що сприяють підвищенню ККД електромеханічної системи. Умовою підвищення ККД є мінімізація витрат електричної енергії на розгін. Розроблена комп'ютерна модель електромеханічної системи керування 4 - приводного електричного транспортного засобу дозволяє провести дослідження щодо визначення електромеханічних параметрів системи керування, що забезпечують мінімальне споживання енергії при розгоні від 0 до 100 км/год за 5 с.Визначення споживаного приводами струму проводилось шляхом дослідження енергетичних характеристик приводів, які отримано на розробленому раніше лабораторному стенді. Знайдено коефіцієнти редукторів та потужність приводу, що забезпечує мінімальне споживання електричної енергії при розгоні 4-приводного електричного транспортного засобу. З отриманих даних видно, що для кожної досліджуваної потужності існують мінімуми на проміжку коефіцієнтів редукторів 1-3,4. Також у процесі дослідження виявлено, що серед досліджуваних потужностей30-160 кВт існує привод, який витрачає меншу кількість енергії. Для досліджуваного електричного транспортного засобу– це чотири привода по 75 кВт з коефіцієнтом редуктора 3,3.Наявність мінімумів на проміжку коефіцієнтів редукторів і проміжку досліджуваних потужностей приводів, пояснюється мінливістю ККД двигуна в діапазонах навантаження, що варіюються від 0,3 до 2 разів та частот обертання валу двигуна 0-3000 об/хв, обумовлене різним ступенем впливу втрат, що виникають у динамічних режимах роботи приводу.
Наукова новизна.При дослідженні енергетичних характеристик на основі розробленої системи керування 4- приводним транспортним засобом знайдено електромеханічні параметри системи, що забезпечують мінімум споживання енергії при розгоні від 0 до 100 км/год за 5 с.
Практична цінність. Отримані в результаті дослідження електромеханічні параметри системи керування 4-х приводним електричним транспортним засобом дозволяють в межах однієї дослідної номінальної потужності двигуна отримати економію електричної енергії при розгоні від 0 до 100 км/год за 5 с в 2-3%.
EN: Purpose. To determine for the developed electromechanical control system of a 4-drive electric vehicle, the power of the drives and the coefficients of the gearboxes that ensure the minimum energy consumption during acceleration from 0 to 100 km / h in 5 s.
Research methods. Mathematical analysis and modeling.
Findings. The proposed solution is to determine, for a given vehicle dynamics (acceleration from 0 to 100 km / h in 5 s), by mathematical modeling, values of drive powers and gear ratios, which increase the efficiency of the electromechanical system. The condition for increasing the efficiency is to minimize the consumption of electrical energy for acceleration. The developed computer model of the electromechanical control system of the 4 - drive electric vehicle allows to carry out researches on definition of electromechanical parameters of the control system providing the minimum energy consumption at dispersal from 0 to 100 km / h for 5 s. The current consumed by the drives was determined by studying the energy characteristics of the drives obtained on a previously developed laboratory stand.
Gear ratios and drive power have been found to provide minimum power consumption when accelerating a 4-wheel drive electric vehicle. From the obtained data it is seen that for each power studied there are minima in the range of gear ratios 1-3,4. Also in the course of the research it was found that among the studied powers of 30-160 kW there is a drive that uses less energy. For the studied electric vehicle, these are four drives of 75 kW with a reduction factor of 3,3. The presence of minima in the interval between the gear ratios and the interval of the studied drive powers is explained by the variability of the engine efficiency in the load ranges varying from 0.3 to 2 times and the engine shaft speed of 0-3000 rpm, due to varying degrees of loss impact, the dynamic modes of the drive.
Originality. The study of energy characteristics based on the developed control system for a 4-wheel drive vehicle makes it possible to find the electromechanical parameters of the system that provide a minimum of energy consumption during acceleration from 0 to 100 km/h in 5 s.
Practical value. The electromechanical parameters of the control system of the 4-drive electric vehicle obtained as a result of research allow to receive economy of electric energy at dispersal from 0 to 100 km / h for 5 s in 2-3% within one experimental nominal power of the engine.
Особливості роботи механізму переміщення мостового крану при живленні від тролейного шинопровода в умовах дії вищих гармонік струму
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Коцур, Михайло Ігорович; Безверхня, Юлія Сергіївна; Яримбаш, Дмитро Сергійович; Коцур, Ігор Михайлович; Kotsur, M. І.; Bezverkhnia, Yu. S.; Yarymbash, D. S.; Kotsur, І. М.
UK: Мета роботи. Аналіз та дослідження взаємопов’язаних електромагнітних процесів між електроприводами механізму переміщення мостового крану та тролеями шинопровода в умовах дії вищих гармонік струму, з врахуванням конструктивних особливостей, нелінійності магнітних і електрофізичних властивостей матеріалів, ефектів близькості, поверхневих та зовнішніх поверхневих ефектів.
Методи дослідження. Дослідження проводилися із застосуванням методів теорії електромагнітного поля, теорії електричних кіл, математичної фізики, розв’язанням системи диференційних рівнянь першого роду , інтерполяції, апроксимації та регресійного аналізу.
Отримані результати. Розроблена імітаційна модель взаємопов’язаних електромагнітних процесів між електроприводами механізму переміщення мостового крану (з релейно-контакторною системою та перетворювачем частоти) та струмопровідними елементами системи електропостачання мостового крану. Проведено дослідження взаємопов’язаних електромагнітних процесів між електроприводами механізму переміщення мостового крану та тролеями шинопровода. Встановлені закономірності втрат напруги в тролеях шинопровода від моменту асинхронного електроприводу, що дозволяють, як при основній так і при вищих гармоніках струму, визначити максимальну допустиму відстань переміщення мостового крану до точки підживлення секції тролеїв шинопровода, при якій забезпечується безаварійна робота електроприводу мостового крану, а також визначити кількість точок підживлення секцій тролеїв шинопровода та відстані між ними, що забезпечить однаковий рівень втрат напруги та активних втрат в тролеях шинопровода при основній гармоніці і з врахуванням вищих гармонік струму навантаження.
Наукова новизна. Розроблена імітаційна модель взаємопов’язаних електромагнітних процесів між електроприводами механізму переміщення мостового крану та струмопровідними елементами системи електропостачання мостового крану, яка дозволяє використовувати інтегровані параметри тролеїв шинопровода за даними польового розрахунку з врахуванням скін-ефекту, ефекту близькості, поверхневих та інших крайових ефектів, а також форми та розташування шин (тролеїв) в шинопроводі, відстаней між ними і кількістю фаз шинопровода, в залежності від особливості режимів роботи електроприводу та відстані розташування мостового крану до точки живлення секцій тролеїв шинопровода.
Практична цінність. На основі теоретичного дослідження розроблені рекомендації щодо зменшення втрат напруги та активних втрат в тролеях шинопровода від дії вищих гармонік струму навантаження до рівня втрат напруги та активних втрат при основній гармоніці струму.
EN: Purpose. Analysis and research of interconnected electromagnetic processes between electric drives of overhead crane moving mechanism and trolleys under conditions of higher current harmonics, taking into account design features, nonlinearity of magnetic and electrophysical properties of materials, proximity effects, surface and external surface effects.
Methodology. The research was carried out using methods of electromagnetic field theory, electrical circuit theory, mathematical physics, solving a system of first order differential equations, interpolation, approximation and regression analysis.
Findings. A simulating model of interrelated electromagnetic processes between electric drives of an overhead crane mechanism and current-conducting elements of the power supply system of an overhead crane has been developed.
Investigations of electromagnetic processes between the electric drives of the overhead crane mechanisms and the trolleys have been carried out. The laws of voltage losses in the busbar's trolleys from the torque of the asynchronous electric drive have been established. This allowed to determine the maximum permissible distance of overhead crane movement to the feeding point of the busbar's trolley section, at which trouble-free operation is ensured as well as to determine the number of feeding points of the busbar's trolley sections and the distance between them. This will ensure the same level of voltage losses and active losses in the trolleys at the fundamental harmonic, and taking into account the higher harmonics of the load current.
Originality. .A simulating model of interrelated electromagnetic processes between electric drives of an overhead crane mechanism and current-conducting elements of the power supply system of an overhead crane has been developed.
which allows to use integrated parameters of busbar trolleys according to field calculation taking into account skin effect, the shape and location of tires (trolleys) in the busbar, the distances between them and the number of phases of the busbar, depending on the peculiarities of the modes of operation of the electric drive and the distance of the bridge crane to the power point of busbar trolley sections
Practical value. Based on the theoretical research, recommendations to reduce voltage losses and active losses in the trolley from the action of higher harmonic loads to the level of voltage losses and active losses at the fundamental harmonic current have been developed.
Рушання й стопоріння як енергокінематичні режими електроприводів промислових механізмів
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Родькін, Д. Й.; Хребтова, О. А.; Зачепа, Н. В.; Зачепа, Ю. В.; Rodkin, D. I.; Khrebtova, O. A.; Zachepa, N. V.; Zachepa, Iu. V.
UK: Мета роботи. Провести аналіз чинних технічних термінів, що відповідають фізичним процесам в системі електропривода за час нетипових динамічних режимів. Виконати огляд можливих режимів в кінематичних ланках електропривода під час динамічних режимів, що можуть впливати на характер протікання перехідних процесів. Сформувати визначення технічних термінів, що характеризують реальні енергокінематичні режими під час рушання та пуску електропривода промислових механізмів, які раніше не розглядалися як не суттєві або як не існуючі.
Методи дослідження. Для розв’язання поставлених задач проведено аналіз технічних термінів, що визначені, технічною літературою, ГОСТами, ДСТУ тощо. Для формулювання нової термінології для фізичних процесів нетипових режимів виконано аналіз фізико-енергетичних процесів, що протікають в електричних та кінематичних ланках електропривода за таких динамічних режимів.
Отримані результати. Визначені можливі випадки виникнення нетипових режимів роботи кінематичних кіл та енергетичних каналів перетворення енергії за час пуску електроприводів технологічних механізмів під навантаженням, для характеристики яких відсутня технічна термінологія. За результатами аналізу енергокінематичних режимів запропонована технічна термінологія, що в повною мірою висвітлює та характеризує розглянуті нетипові процеси, що мають місце під час виконання рушання та пуску технологічних механізмів.
Наукова новизна. Вперше запропонована технічна термінологія, що характеризує енергокінематичні режими електроприводів технологічних механізмів під час пуску.
Практична цінність. Вперше пропонується застосування технічних термінів для чіткого і наочного представлення енергокінематичних режимів, що відбуваються під час рушання та пуску під навантаженням різних видів технологічних механізмів.
EN: Purpose. To analyze the current technical terms that correspond to the physical processes in the electric drive system during atypical dynamic modes. Review possible modes in the kinematic parts of the electric drive during dynamic modes that may affect the nature of the transients. To form a definition of technical terms that characterize the real energykinematic regimes when moving and starting the electric drive of industrial mechanisms, which were not previously considered as insignificant or as non-existent.
Methodology. In order to solve the set tasks, the analysis of the technical terms defined by the technical literature, GOST, DSTU, etc. was carried out. To formulate new terminology for physical processes of atypical modes, the analysis of physical and energy processes occurring in the electrical and kinematic parts of the electric drive under such dynamic modes is performed..
Findings. Possible cases of atypical modes of operation of kinematic circuits and energy channels of energy conversion during the start-up of electric drives of technological mechanisms under load, for the characteristics of which there is no technical terminology, are identified. Based on the results of the analysis of energy-kinematic regimes, technical terminology is proposed, which fully covers and characterizes the considered atypical processes that take place
during the moving and start-up of technological mechanisms.
Originality. For the first time, technical terminology has been proposed that characterizes the energy-kinematic modes of electric drives of technological mechanisms during start-up.
Practical value. For the first time, the use of technical terms is proposed for a clear and visual representation of energy kinematic modes that occur during the moving and start-up under load of different types of technological mechanisms.
Експериментальне дослідження витрати енергії на процес початкового нагріву субстрату за використання електротепломеханічної системи
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Заблодський, М. М.; Сподоба, М. О.; Сподоба, О. О.; Zablodskiy, N. N.; Spodoba, M. O.; Spodoba. A. O.
UK: Мета роботи. Експериментальне визначення витрат енергії на процес початкового нагріву субстрату до температури анаеробного зброджування у біогазовому реакторі за використання електротепломеханічної системи з автоматичним керуванням для оцінки енергетичної ефективності процесу підігріву субстрату та рентабельності подальшої переробки утвореного біогазу у теплову та електричну енергії.
Методи дослідження. Експериментальні дослідження динаміки зміни температури електричного нагрівального кабелю, розміщеного у електротепломеханічній системі, визначення тривалості процесу і витраченої енергії початкового підігріву субстрату, обробка та порівняльний аналіз отриманих масивів даних, узагальнення отриманих результатів.
Отримані результати. У формуванні сучасної енергетичної системи важливу роль відіграють біогазові технології, рентабельність яких безпосередньо залежить від енергоефективності процесів інтенсифікації анаеробного зброджування. Процес анаеробного зброджування відходів є довготривалим, тому одним з основних методів інтенсифікації біогазового виробництва є перемішування відходів у процесі анаеробного бродіння.
Існує необхідність підвищення енергоефективності процесів інтенсифікації анаеробного зброджування та рентабельності подальшої переробки біогазу у теплову та електричну енергії. Способи підвищення енергоефективності здебільшого полягають у скорочені часу підігріву субстрату у біогазовому реакторі, зменшенні витрати електричної енергії на процес термостабілізації анаеробного зброджування, структурному поєднані енергетично ефективних систем перемішування та підігріву сировини у реакторах, впровадженні систем автоматичного керування процесами інтенсифікації біогазового виробництва. Реалізація цих дій дозволить встановити оптимальні геометричні розміри електротепломеханічної системи з автоматичним керуванням для перемішування та підігріву субстрату у біогазовому реакторі та суттєво підвищити енергетичну ефективність біогазових установок і подальшу переробку утвореного біогазу у теплову та електричну енергії.
Наукова новизна. У результаті проведеного експериментального дослідження та аналізу отриманих даних встановлено, що за однакової потужності нагрівальних секцій зміна температури електричного нагрівального кабелю у кожній лопаті відбувається не однаково. Авторами встановлено, що середні значення температури секцій електричного нагрівального кабелю нижніх лопатей більше на 12.9% у порівнянні з верхніми лопатями електротепломеханічної системи. Авторами у ході експериментальних досліджень встановлено, що за використання системи підігріву, виконаної із електричного нагрівального кабелю, що вмонтований у лопаті двоярусної лопатевої мішалки, витрачаєтьсяW2=4.99·106 Джна процес початкового підігріву субстрату з 9.3°С до 35.8°С у біогазовому реакторі об’ємом 40 літрів. Тривалість самого підігріву складає 300 хв. У ході експериментальних досліджень авторами було встановлено енергетичну ефективність від розділення електротепломеханічної системи на секції підігріву, коли кожна лопать є окремою секцією з власним автоматичним регулюванням температури електричного нагрівального кабелю вмонтованого у відповідну секцію, при цьому споживання електричної енергії зменшується на 27.9%.
Практична цінність. Отримані результати можуть бути використані при проектуванні, будівництві та модернізації систем інтенсифікації біогазового виробництва, а саме, перемішування та підігріву субстрату у біогазових установках. Це дозволить підвищити енергетичну ефективність процесу утворення біогазу та рентабельність його переробки у теплову та електричну енергії.
EN: Purpose. Experimental determination of energy consumption for the process of the substrate initial heating to the temperature of anaerobic digestion in a biogas reactor using an electrothermal-mechanical system with automatic control to assess the energy efficiency of the substrate heating process and the profitability of further processing of the resulting biogas into thermal and electrical energy.
Methodology.Experimental studies of the dynamics of temperature changes in the heating cable placed in electrothermal-mechanical system, determining the duration of the process and the energy consumed by the substrate initial heating, processing and analysis of the obtained data arrays, the obtained results summarizing.
Findings.Biogas technologies play an important role in the formation of a modern energy system, the profitability of which directly depends on the energy efficiency of anaerobic digestion intensification. The process of waste digestion is long, so one of the main methods of the biogas production intensification is the mixing of waste in the process of anaerobic fermentation. There is a need to improve the energy efficiency of anaerobic digestion intensification and the profitability processing of biogas into heat and electricity. Ways to improve energy efficiency mainly consist in reducing the time of the substrate heating in a biogas reactor, reducing the consumption of electrical energy for the process of thermal stabilization of anaerobic digestion, structural combination of energy-efficient systems for mixing and heating raw materials in reactors, and introducing automatic production systems. The implementation of these actions will make it possible to establish the optimal geometric dimensions of an electrothermal-mechanical system with automatic control for mixing and heating the substrate in a biogas reactor and significantly increase the energy efficiency of biogas plants and the subsequent processing of the resulting biogas into thermal and electrical energy.
Originality.As a result of the experimental study and analysis of the data obtained, it was found that with the same power of the heating sections, the change in the temperature of the electric cable in each blade does not occur in the same way. The authors found that the average value of the temperature of the sections of the electric heating cable of the lower blades is 12.9% higher compared to the upper blades of the electrothermal-mechanical system. In the course of experimental studies, the authors found that when using a heating system made of an electric heating cable mounted in the blades of a two-tier paddle mixer, it consumes 6 W2 4.99 10 J, on the process of initial heating of the substrate from 9.3 before 35.8 °С in a biogas reactor with a volume of 40 liters. The duration of the heating itself is 300 minutes.
In the course of experimental studies, the authors established the energy efficiency from dividing the electrothermalmechanical system into heating sections, when each blade is a separate section with its own automatic temperature control of the electric heating cable mounted in the corresponding section, while the consumption of electrical energy is reduced by 27.9%.
Practical value.The results obtained can be used in the design, construction and modernization of biogas production intensification systems, namely, mixing and heating of the substrate in biogas plants. This will improve the energy efficiency of the biogas formation process and the profitability of its processing into heat and electricity.
Шляхи аналізу електроспоживання магістального конвеєрного транспорту
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Прокуда, В. М.; Буртний, Д. І.; Prokuda, V. N.; Burtnyi, D. I.
UK: Мета роботи. Ґрунтуючись на проведених дослідженнях, за узагальненими даними потенціал зниження витрат електроенергії на конвеєрному транспорті знаходить-ся в межах 40 - 50%. Одним з перспективних методів вирішення проблеми є впровадження перетворювачів частоти і систем регулювання швидкості рухустрічки, які згідно з розрахунками дозволять знизити витрату електроенергії на 28-35%. Виходячи з викладеного, основною метою є розробка більш досконалих та інноваційних методів спрямованих на аналіз можливостей підвищення енергоефективності шахтного конвеєрного транспорту. Робота ставить перед собою мету дослідження потенціалу зниження енерговитрат для шахтного комплексу шахтоуправління «Покровське» шляхом розробки імітаційної моделі енергоспоживання шахтного конвеєрного транспорту з урахуванням динаміки вантажопотоків. Також перед роботою поставлена мета розробки імітаційної моделі, яка повинна дозволити задавати в широкому діапазоні величину вантажопотоку, що надходить, задавати механічні параметри конвеєрів, таких як: кут установки, масу рухомої частини, швидкість стрічки та продуктивність комплекса у цілому.
Методи дослідження. Марківські процеси, елементи теорії вірогідносте та математичної статистики , котрі були використані для розробки імітаційної моделі вантажопотоків шахтного конвеєрного транспорту у середовищі моделювання «Matlab».
Отримані результати. Показано розрахунок електроспоживання магістрального конвеєрного транспорту шахти шахтоуправління «Покровське» за допомогою розробленої імітаційної моделі. Отримані розрахункові дані для обладнання, яке бере участь у технологічному процесі підприємства, що дає можливість підвищити його продуктивність та оптимізувати виробничі вітрити у майбутньому. Розроблена імітаційна модель, яка дозволяє задавати в широкому діапазоні величину вантажопотоку що надходить (час надходження / відсутності, математичне сподівання і дисперсію); задавати механічні параметри конвеєрів (кут установки, масу рухомих частин, максимальну продуктивність, номінальну швидкість руху стрічки); моделювати зниження швидкості при установці регульованого приводу; задавати ємність і продуктивність бункерів в вузлах схеми; автоматизувати розрахунок електроспоживання окремо кожного конвеєра і схеми транспорту в цілому за будь-якої конфігурації перерахованих вище параметрів.
Наукова новизна. Розроблена імітаційна модель дозволяє автоматизувати розрахунок електроспоживання окремо кожного конвеєра і схеми шахтного конвеєрного транспорту в цілому за будь-якої конфігурації основних технічних параметрів розглянутого обладнання.
Практична цінність. Практичним значенням результатів роботи є розроблена модель ділянки системи конвеєрного транспорту шахти шахтоуправління «Покровське», яка на основі проведених досліджень дозволяє зробити висновок, що застосування частотно регульованого приводу дозволить знизити електроспоживання конвеєрного ланцюжка на 25-50%. Також за отриманими даними, з частковим розрахунком додаткових параметрів можна зробити висновок про перспективи та можливості впровадження запропонованих методів на виробничому процесі.
EN: Purpose. Based on the conducted research, according to generalized data, the potential for reducing electricity costs on conveyor transport is in the range of 40 - 50%. One of the promising methods of solving the problem is the introduction of frequency converters and tape speed control systems, which according to calculations will reduce energy consumption by 28-35%. Based on the above, the main goal is to develop more advanced and innovative methods aimed at analyzing the possibilities of improving the energy efficiency of mine conveyor transport. The work aims to study the potential for reducing energy consumption for the mine complex of mine management "Pokrovske" by developing a simulation model of energy consumption of mine conveyor transport, taking into account the dynamics of freight flows. Also before the work is the goal of developing a simulation model, which should allow to set a wide range of incoming cargo, set the mechanical parameters of conveyors, such as: installation angle, weight of the moving part, belt speed and productivity of the complex as a whole.
Methodology. Markov processes, elements of probability theory and mathematical statistics, which were used to develop a simulation model of freight flows of mine conveyor transport in the modeling environment "Matlab".
Findings.The calculation of electricity consumption of the main conveyor transport of the mine of the Pokrovske mine management is shown, with the help of the developed simulation model. Estimated data for equipment involved in the technological process of the enterprise, which allows to increase its productivity and optimize production winds in the future. А simulation model is developed. It allows set in a wide range the amount of incoming cargo flow (time of arrival / absence, mathematical expectation and variance); set the mechanical parameters of the conveyors (installation angle, mass of moving parts, maximum productivity, nominal speed of the belt); to simulate the reduction of speed when installing a regulated drive; set the capacity and performance of the bunkers in the nodes of the circuit; automate the calculation of electricity consumption separately for each conveyor and the transport scheme as a whole for any configuration of the above parameters.
Originality. The developed simulation model allows to automate the calculation of the power consumption of each conveyor separately and the mine conveyor transport scheme as a whole for any configuration of the main technical parameters of the considered equipment.
Practical value. The practical significance of the work is the developed model of the conveyor transport system of the mine management mine "Pokrovske", which based on research allows us to conclude that the use of frequencycontrolled drive will reduce power consumption of the conveyor chain by 25-50%. Also, according to the obtained data, with a partial calculation of additional parameters, it is possible to draw a conclusion about the prospects and possibilities of implementing the proposed methods in the production process.