Електротехніка та електроенергетика - 2021, №3
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/26405
Browse
Recent Submissions
Item Автоматизована методика розрахунку параметрів для нетрадиційних технологій опалення та кондиціонування будівель(Національний університет "Запорізька політехніка", 2021) Олішевський, І. Г.; Олішевський, Г. С.; Olishevskyi, I. H.; Olishevskyi, H. S.UK: Мета роботи. Розробити автоматизовану методику розрахунку параметрів для теплонасосних систем опалення, кондиціонування та гарячого водопостачання, призначених для застосування в побутових умовах при нестандартних потоках передавання теплової енергії. Методи дослідження. Математичне моделювання термодинамічних процесів, що протікають в системах опалення, кондиціонування та гарячого водопостачання. Отримані результати. Обґрунтована та розроблена автоматизована методика розрахунку параметрів нетрадиційної технології, що використовує стандартне теплонасосне обладнання системи водного опалення для режиму охолодження повітря в теплий період року, та скидання теплоти що відводиться в грунт. А для потреб гарячого водопостачання тепловий насос повітря-рідина, що працює в якості швидкісного водонагрівача. Виконана оцінка розроблених раніше авторами технологій утилізації теплової енергії в будівлях. Перша технологія передбачала застосування схемі з тепловим насосом та тепловим акумулятором в холодний період, та дозволяла зменшити витрати умовного палива в два рази в порівнянні із газовою колонкою для гарячого водопостачання на тому самому об’єкті. Друга технологія передбачала утилізацію теплоти за допомогою теплового акумулятору в комплексній системі кондиціонування та гарячого водопостачання в теплий період, що дозволяє заощадити від 74 до 82% умовного палива в порівнянні зі схемою з котлом та кондиціонером без теплового акумулятору. Зроблено критичні висновки щодо необхідності застосування для цих технологій додаткового габаритного обладнання та надлишковій кількості отримуваної гарячої води. Проаналізовані можливості реалізації такої схеми. Зроблено аналітично обґрунтовані рекомендації щодо конструкції (оребрення поверхонь теплообміну) опалювальних приладів та параметрів режимів їх експлуатації в холодний та теплий періоди року. При цьому виконувалась умова незмінності площ теплообміну опалювальних приладів та базової витрати води в системі опалення. Обґрунтована необхідність в регулюванні режиму кондиціонування шляхом зміни витрати води в системі для підтримання постійної температури внутрішнього повітря при коливаннях температури зовнішнього повітря. Наукова новизна. Вперше приділяється увага дослідженням нетрадиційних способів застосування теплонасосного опалення з метою опалення, кондиціонування та гарячого водопостачання житлових приміщень. Розроблена автоматизована методика визначення раціональних параметрів для даних технологій. Практична цінність. Розроблено автоматизовану методику формування керуючої залежності масової витрати води в системі від температури зовнішнього повітря з умови постійності заданої комфортної температури внутрішнього повітря. Проаналізовано застосування теплового насосу повітря-рідина для гарячого водопостачання в теплий період, відзначено високий коефіцієнт перетворення енергії (14...22). Обґрунтовано економію умовного палива від застосування розглянутої технології від 13% до 18% в порівнянні з технологією, що використовує тепловий акумулятор. EN: Purpose. Develop an automated method for calculating parameters for heat pump systems for heating, air conditioning and hot water supply, designed for use in domestic conditions with non-standard heat transfer flows. Methodology. Mathematical modeling of thermodynamic processes occurring in heating, air conditioning and hot water supply systems. Findings. The automated method of calculating the parameters of non-traditional technology, which uses standard heat pump equipment of the water heating system for the cooling mode of the air in the warm period of the year, and the discharge of heat dissipated into the ground, was substantiated and developed; and for the needs of hot water supply heat pump air-liquid, acting as a high-speed water heater. The estimation of technologies of the thermal energy utilization in buildings developed earlier by authors is executed. The first technology involved the use of a heat pump and heat accumulator scheme in the cold season, and halved the consumption of conventional fuel compared to a gas column for hot water at the same facility. The second technology involved heat recovery with the help of a heat accumulator in a complex system of air conditioning and hot water supply in the warm period, which saves from 74 to 82% of conventional fuel compared to the scheme with boiler and air conditioner without heat accumulator. Critical conclusions were drawn about the need to use additional dimensional equipment for these technologies and the excess amount of hot water received. Possibilities of realization of such scheme were analyzed. Analytically substantiated recommendations on the design (ribbing of heat exchange surfaces) of heating devices and parameters of their operating modes in the cold and warm periods of the year were given. The condition of invariance of heat exchange areas of heating devices and basic water consumption in the heating system was fulfilled. The need to regulate the air conditioning regime by changing the water flow in the system to maintain a constant indoor air temperature with fluctuations in outdoor air temperature was substantiated. Originality. For the first time, attention is paid to the study of non-traditional methods of using heat pump heating for heating, air conditioning and hot water supply of residential premises. The automated method for determining rational parameters for these technologies was developed. Practical value. The automated method of forming the control dependence of the mass flow of water in the system on the outside air temperature on the condition of constancy of the set comfortable indoor air temperature was developed. The use of air-liquid heat pump for hot water supply in the warm period was analyzed, a high energy conversion factor was noted (14 ... 22). The savings of conventional fuel from the application of the considered technology from 13% to 18% in comparison with the technology using a heat accumulator were substantiated.Item Питомі норми витрат енергії в задачі контролю ефективності її використання(Національний університет "Запорізька політехніка", 2021) Дрешпак, Н. С.; Дрешпак, О. С.; Випанасенко, С. І.; Dreshpak, N. S.; Dreshpak, O. S.; Vypanasenko, S. I.UK: Мета роботи. Аналіз існуючих методів нормування питомих витрат енергії та визначення методу, прийнятного для нормування показника енергоефективності при наявності швидкоплинних структурних і режимних змін в енергоспоживанні сучасного промислового підприємства. Методи дослідження. Аналіз існуючих методів нормування питомих витрат енергії, визначення їх недоліків та переваг. Співставлення можливостей цих методів з вимогами до нормування показників питомого енергоспоживання в умовах сучасного виробництва. Отримані результати Визначена необхідність підвищення точності розрахунку питомих норм витрат енергії в задачах контролю ефективності її використання. Це забезпечує чітке розмежування режимів «раціонального» та «нераціонального» використання енергоносіїв, сприяє об’єктивній оцінці вкладу в цей процес дій обслуговуючого персоналу підприємства. Проаналізовано існуючі методи розрахунку питомих норм. Визначена ступінь їх прийнятності для вирішення завдань нормування показників енергоспоживання в сучасних умовах виробництва. Показано, що точність розрахунку експериментальним методом висока при стабільних параметрах, що впливають на процес енергоспоживання. Розрахунково-аналітичний метод, як правило, не забезпечує низької похибки розрахунку, має значну трудомісткість, що обмежує його використання в умовах підвищеної оперативності контролю. В умовах контролю енергоспоживання, що характеризуються суттєвими структурними і режимними змінами, найбільш прийнятним є статистичний метод нормування, який характеризується порівняно низькими трудомісткістю та статистичною похибкою розрахунку, зумовленою застосуванням експериментальних даних. Розкриті переваги та недоліки методу. Можливість підвищення інформативності контролю слід пов’язувати з удосконаленням статистичної моделі. Розширення оперативної інформації, визначення інтегральних характеристик енергоспоживання сприяє формуванню раціональних управлінських рішень, забезпеченню високої енергоефективністі процесу виробництва промислової продукції. Наукова новизна. Вперше запропоновано використання статистичного методу нормування питомого споживання енергії в системі контролю енергоефективності виробничих процесів при швидкоплинних структурних та режимних змінах енергоспоживання об'єкту. Акцентовано увагу на суттєвій залежності показника достовірності результатів контролю енергоефективності виробничого процесу (наявності економії або перевитрат енергії) від точності розрахунку питомих норм витрат енергії. Визначена залежність оцінки діяльності колективу підприємства в сфері енергозбереження від досягнутої точності нормування енергоспоживання. Розкриті перспективи удосконалення методу в системі контролю енергоефективності. Практична цінність полягає у визначенні прийнятного для умов сучасного промислового виробництва методу нормування питомих витрат енергії, а також шляхів його удосконалення. EN: Purpose. Analysis of the existing methods of specific energy consumption standardization and determination of the method acceptable for the standardization in conditions of transient structural and regime changes in energy consumption at a modern industrial enterprise. Methodology. Analysis of the existing methods of specific energy consumption standardization, identification of their disadvantages and advantages. Comparison of the possibilities of these methods with the requirements for the specific energy consumption standardization in modern production. Findings. Emphasis is focused on the significant dependence between reliability of the results of energy efficiency control of the production process (savings or overconsumption of energy) and the accuracy of the calculation of specific norms of energy consumption. The dependence between the assessments of the enterprise’s staff energy saving activity and the achieved accuracy of energy consumption standardization is determined. It is highlighted that in energy efficiency standardization practice, the existing methods are focused on the production conditions, where their benefits are fully revealed. It is proved that due to the increased accuracy of the standardization, efficiency of obtaining and processing information, the statistical method is the most acceptable for the conditions of transient structural and regime changes in the power consumption of the object. Prospects for improving the method of energy efficiency control are described. Originality. For the first time, the use of the statistical method of specific energy consumption standardization in the system of energy efficiency control of production processes with rapid structural and regime changes in energy consumption of the object is proposed. Practical value is to determine an acceptable method of specific energy consumption standardization in the conditions of modern industrial production, as well as ways to improve itItem Фізичне моделювання нестаціонарних електромагнітних процесів у силовому трасформаторі при різкозмінних навантаженнях(Національний університет "Запорізька політехніка", 2021) Зіновкін, Володимир Васильович; Близняков, Олександр Вікторович; Крисан, Юрій Олексійович; Залужний, Михайло Юрійович; Zinovkin, V. V.; Blyzniakov, O. V.; Krysan, Yu. O.; Zaluzhnyi, M. Yu.UK: Мета роботи. Розробити і експериментально підтвердити методику фізичного моделювання нестаціонарних електромагнітних процесів в потужному силовому трансформаторі, що функціонує при різкозмінних навантаженнях, шляхом поєднання критеріїв подоби та коефіцієнтів еквівалентності. Методи дослідження. При проведенні досліджень використовувались теоретичні положення математичного та комп'ютерного моделювання, теоретичної електротехніки, а також теорія експерименту з застосуванням коефіцієнтів еквівалентності. Отримані результати. Розроблені методи експериментального дослідження, які містять формування та реєстрацію сукупності зовнішніх та внутрішніх параметрів фізичних моделей, макетних зразків та реального обладнання. Отримано критерії подібності нестаціонарних електромагнітних процесів, що збуджуються різкозмінними полями розсіювання у силових трансформаторах спеціального призначення. Наукова новизна. Подальшого розвитку отримала теорія та практика фізичного моделювання, а також теорія подібності нестаціонарних електромагнітних процесів у силових трансформаторах спеціального призначення, та формування сукупності характерних рис випробувальних режимів та їх реєстрації. Практична цінність. Впровадження фізичного моделювання нестаціонарних електромагнітних процесів на стадіях проектування та виготовлення силових трансформаторів для систем електропостачання дугових сталеплавильних печей, приводів прокатних станів та ін., а також при модернізації силових трансформаторів загального призначення. EN: electromagnetic processes in a powerful power transformer operating under variable loads by combining similarity criteria and equivalence coefficients. Methodology. Theoretical provisions of mathematical and computer modeling, theoretical electrical engineering were used in the research, as well as the theory of experiment with the application of equivalence coefficients. Findings. Methods of experimental research were developed, which include the formation and registration of a set of external and internal parameters of physical models, prototypes and real equipment. Criteria for similarity of non-stationary electromagnetic processes excited by sharply changing scattering fields in special purpose power transformers are obtained. . Originality. The theory and practice of physical modeling, as well as the similarity theory applied to unsteady electromagnetic processes in powerful transformer equipment for special purposes were further developed. A set of distinctive features of test conditions and their registration were formed. Practical value. Application of physical modeling of unsteady electromagnetic processes at the design and manufacture stages of power transformers for power supply systems of electric arc furnaces, rolling mill drives, etc., as well as during the refinement of general-purpose power transformers.Item Моделювання схем джерел електроживлення зварювальної дуги в MATLAB / SIMULINK(Національний університет "Запорізька політехніка", 2021) Верещаго, Є. М.; Костюченко, В. І.; Vereshchago, E. N.; Kostiuchenko, V. I.UK: Мета роботи. Створення віртуальних блоків і імітаційних лабораторних стендів для вивчення і всебічного дослідження динамічних властивостей зварювальних джерел живлення. Методи дослідження. Огляд літературних джерел за тематикою, імітаційне моделювання електромагнітних процесів у програмному середовищі MATLAB, порівняльний аналіз отриманих та наявних даних. Отримані результати. Виконано порівняльний аналіз засобів моделювання джерел живлення зварювальної дуги. Одним з основних параметрів, за якими порівнювалися середовища, є функціональні можливості. З розглянутих симуляторів найбільш ефективним при моделюванні розглянутих систем є Simulink програмного середовища MATLAB. Використовуючи спеціальні можливості її користувач може не тільки імітувати, а й аналізувати роботу установки в часі. Побудовано математичні та функціональні моделі джерел живлення зварювальної дуги із застосуванням елементів SimPowerSystems і блоків з бібліотеки Simulink із залученням самої системи MATLAB, що істотно розширює можливості для моделювання таких систем. Математизація тих чи інших процесів в деякій мірі показує і рівень достовірності отриманих результатів та ступінь їх наукового відпрацювання. Розроблені моделі виконують роль лабораторії, що дозволяє задавати і досліджувати будь-які режими і характеристики. Наведено чисельні експерименти і порівняльний аналіз чисельного та натурного експериментів. Експериментальна перевірка отриманих результатів на конкретних прикладах показала актуальність поставленої задачі і коректність її рішення. Подальші дослідження пов'язані з розширенням кола модельованих джерел електроживлення електричної дуги, всебічним дослідженням їх динамічних властивостей і основних характеристик, з експериментальною перевіркою розроблених моделей, а також з порівняльним аналізом і формуванням рекомендацій щодо вдосконалення моделей. Наукова новизна. Отримав подальший розвиток метод схемотехнічного моделювання електричних і електронних схем загального призначення шляхом поширення його на новий клас об'єктів – системи електроживлення електротехнологічних установок. Практична цінність. Побудова математичних і функціональних моделей складних систем із залученням MATLAB дозволяє враховувати їх основні особливості, істотно розширює можливості для моделювання, вивчення і дослідження джерел живлення. На основі запропонованого підходу були розроблені і побудовані імітаційні лабораторні стенди конкретних джерел живлення, що дозволяють задавати і досліджувати їх будь-які режими і характеристики. EN: Purpose. Creation of virtual blocks and simulation laboratory stands for the study and comprehensive research of the dynamic properties of welding power supplies. Methodology. Review of literary sources on the subject, simulation modeling of electromagnetic processes in the MATLAB software environment, comparative analysis of obtained and available data. Findings. The comparative analysis of means of modeling of power sources of a welding arc is executed. One of the main parameters by which the environments were compared is functionality. Among the considered simulators, Simulink of the MATLAB software environment is the most effective one in the considered systems modeling. Using special features, its user can not only simulate, but also analyze the operation of the over time installation. Mathematical and functional models of welding arc power supplies were built using SimPowerSystems elements and blocks from the Simulink library with the involvement of the MATLAB system itself, which significantly expands the possibilities for such systems modeling. Mathematization of certain processes to some extent shows the level of reliability of the results and the degree of their scientific development. The developed models act as a laboratory, which allows you to set and explore any modes and characteristics. Numerical experiments and comparative analysis of numerical and field experiments are given. Experimental verification of the obtained results on specific examples showed the relevance of the problem and the correctness of its solution. Further research is related to the expansion of the range of simulated power sources of the electric arc, a comprehensive study of their dynamic properties and basic characteristics, experimental verification of the developed models, as well as comparative analysis and development of recommendations for model improvement. Originality. The method of circuit modeling of general-purpose electrical and electronic circuits was further developed by extending it to a new class of objects - the power supply system of electrical installations. Practical value. Construction of mathematical and functional models of complex systems with the involvement of MATLAB allows to take into account their main features, significantly expands the possibilities for modeling, study and research of power supplies. Based on the proposed approach, simulation laboratory stands of specific power supplies were developed and built, which allow to set and study any modes and characteristics.