Електротехніка та електроенергетика - 2020, №4
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/27161
Browse
Recent Submissions
Item Система автоматизованого керування робототехнічною платформою 3D-друку з використанням технології електродугового зварювання(Національний університет "Запорізька політехніка", 2020) Анікін, Павло С.; Шило, Галина Миколаївна; Куликовський, Руслан Анатолійович; Молочков, Д. Є.; Anikin, P. S.; Shilo, G. M.; Kulykovskyi, R. A.; Molochkov. D. E.UK: Мета роботи. Розробка архітектури системи автоматизованого керування робототехнічною платформою 3D- друку з використанням технології електродугового зварювання, структури її апаратних компонентів, алгоритму функціонування. Методи дослідження. Для реалізації алгоритму програми керування використовується комп’ютерне моделювання теплових режимів в CAE-системі. Основні параметри технології друку окремого шару отримані шляхом експериментального використання технології адитивного виробництва електродуговим зварюванням. Отримані результати. Визначено вимоги до технологічності та якості друку деталей у вигляді геометричних розмірів об’єкту, хвилястості поверхні, параметрів стану мікроструктури, залишкових напружень та збереження оптимальної швидкості виробництва. На основі вимог аналізу технологічності розроблено алгоритм програми керування. Створено архітектуру системи автоматизованого керування робототехнічною платформою адитивного виробництва, у якій застосовується зворотній зв’язок для контролю температурного режиму, параметрів геометричної форми деталі та зварювальної ванни. Розроблено трирівневу ієрархічну модель, що надає можливість розглядати окремо рівні створення валику, шару та стінки у процесі 3D-друку деталі. Визначено вхідні дані для роботи системи автоматизованого керування робототехнічною платформою з використанням технології електродугового зварювання. Розглянуто базові геометричні параметри зварювального валику та способи перекриття двох та більше валиків, при генерації програми для керування роботом показана необхідність урахування критичних відмінностей ідеальної та реальної моделей перекриття валиків. Проведено аналіз можливостей симуляції тривимірного друку з використанням технології електродугового зварювання в CAE-системах для визначення впливу температурних параметрів, механічних навантажень, зміни траєкторії руху створення деталі, та на основі отриманих даних визначення залишкових напружень та дефектів у вироблених деталях. Наукова новизна. Запропоновано архітектуру системи автоматизованого керування робототехнічною платформою 3D-друку з включенням системи зворотного зв’язку для контролю температурного режиму, параметрів геометричної форми деталі та зварювальної ванни. Розроблено трирівневу ієрархічну модель технології адитивного виробництва з використання електродугового зварювання. Розроблено алгоритм функціонування системи, що надає можливість удосконалення геометричних та механічних властивостей готової продукції. Практична цінність. Розробка автоматизованої системи керування робототехнічною платформою 3D-друку з використанням технології електродугового зварювання, що надасть можливість підвищити точність друку деталей та зменшити час виготовлення. EN: Purpose. Development of the robotic platform automated control system architecture, development of the software control algorithm. Methodology. To implement the algorithm of the control program, computer modeling of thermal regimes in CAE systems is used. The basic parameters of the single layer printing technique were obtained by experimental use of the wire plus arc additive manufacturing (WAAM) technology. Findings. Requirements for manufacturability and printing quality of the manufactured parts were defined in the form of geometric dimensions, surface waviness, parameters of the desired microstructure state, residual stresses, maintaining of the optimal manufacturing speed. Based on the requirements of manufacturability analysis, an algorithm for the control program was developed. Robotic platform automated control system architecture with feedback device for the thermal mode control, parameters of the geometrical form of the manufactured part and weld pool were developed. Three -level hierarchical model, which gives an ability to consider in the process of 3D printing each level individually in terms of welding bead, layer and wall, was developed. The input data for the operation of the automated control system of the robotic platform using the technology of electric arc welding are determined. Basic geometrical parameters and the simple welding bead and the methods of overlapping of two or more beads were shown. Critical differences between ideal and real welding overlapping models were considered for necessity of taking into account whilst generating robot control software. Analysis of the possibilities for the CAE simulation of the three-dimensionalprinting using wire plus arc additive manufacturing technology is performed to determine the influence of the temperature parameters, mechanical loads, toolpath change, and based on the data obtained, it became possible to determine residual stresses and defects in manufactured parts. Originality. Robotic platform automated control system architecture with feedback device for the control of thermal mode, parameters of the geometrical form of the manufactured part and weld pool was developed. Three-level hierarchical model for the wire plus arc additive manufacturing (WAAM) technology was created. Software control algorithm which provides an opportunity to improve geometrical and mechanical properties of the manufactured parts was developed. Practical value. Development of an automated control system for 3D printing robotic platform with WAAM implemented technology, which will provide an opportunity for increase in the printing accuracy of the manufactured parts and will help to reduce manufacturing time.Item Оцінка надійності систем електропостачання з потужними нелінійними навантаженнями(Національний університет "Запорізька політехніка", 2020) Папаїка, Ю. А.; Лисенко, О. Г.; Бубліков, А. В.; Олішевський, І. Г.; Papaika, Yu. A.; Lysenko, O. H.; Bublikov, A. V.; Olishevskyi, I. H.UK: Мета роботи. Виконати обґрунтування доцільності застосування законів розподілу для моделювання надійності роботи систем електропостачання з потужними нелінійними навантаженнями. Методи дослідження. Застосування експоненційного та нормального законів розподілу, та закону Вейбула. Отриманні результати. При комплексній оцінці проблеми електромагнітної сумісності та розробці багатокритеріальних параметрів енергетичної ефективності систем електропостачання промислових підприємств найбільш доцільно використовувати показники надійності елементів, які математично описуються розподілом Вейбулла. При цьому результати моделювання типових електричних режимів та варіацій схем заміщення підприємств показали чутливість показників надійності до змін потужності енергосистеми. Наукова новизна. Нові теоретичні засади для виконання досліджень у сучасних системах електропостачання із зростанням потужностей нелінійних навантажень дозволили розвинути наукові основи аналізу та синтезу енергетичних процесів у багатофазних електричних системах та запропонувати методи корекції з урахуванням комплексної дії джерел електромагнітних завад, характерних для промислових підприємств. А також запропонувати методи оцінки їх впливу на надійність та ефективність роботи основного електротехнологічного обладнання. Практична цінність. Обґрунтовано можливість застосування отриманних результатів для оцінки надійності систем електропостачання з потужними нелінійними навантаженнями. Забезпечено необхідну точність та достовірність рішення на рівнях випадкових подій, величин і процесів. Наведено математичний апарат для аналізу основних показників надійності при наявності несинусоїдальності напруги. Зроблено висновки щодо адекватності результатів розрахунку на різних ступенях розподілу електроенергії. Показано, що одночасна оптимізація показників надійності та якості напруги – це складові комплексної наукової проблеми забезпечення енергетичної ефективності електричних мереж при впровадженні децентралізованих моделей енергосистеми. EN: Purpose. To substantiate the expediency of applying distribution laws to model the reliability of power supply systems with powerful nonlinear loads. Methodology. Application of exponential and normal distribution laws, and Weibull's law. Findings. In a comprehensive assessment of the problem of electromagnetic compatibility and the development of multicriteria parameters of energy efficiency of power supply systems of industrial enterprises, it is most appropriate to use the reliability of the elements that are mathematically described by the Weibull distribution. At the same time, the results of modeling of typical electrical modes and variations of substitution schemes of enterprises showed the sensitivity of reliability indicators to changes in power system capacity. Originality. New theoretical foundations for research in modern power supply systems with increasing nonlinear load capacity have developed the scientific basis for analysis and synthesis of energy processes in multiphase electrical systems and propose methods of correction taking into account the complex action of sources of electromagnetic interference. And also to offer methods of estimation of their influence on reliability and efficiency of work of the basic electrotechnological equipment. Practical value. The possibility of applying the obtained results to assess the reliability of power supply systems with powerful nonlinear loads is substantiated. The necessary accuracy and reliability of the decision at the levels of random events, quantities and processes is provided. The mathematical apparatus for the analysis of the main indicators of reliability in the presence of non-sinusoidal voltage is given. Conclusions are made on the adequacy of the calculation results at different stages of electricity distribution. It is shown that the simultaneous optimization of reliability and voltage quality are components of a complex scientific problem of ensuring energy efficiency of electrical networks in the implementation of decentralized models of the energy system.Item Аналіз систем електропривода для виконання рушання та пуску під навантаженням(Національний університет "Запорізька політехніка", 2020) Хребтова, О. А.; Зачепа, Н. В.; Khrebtova, O. A.; Zachepa, N. V.UK: Мета роботи. Виконати аналіз чинних систем автоматизованого керування електропривода і методів формування моменту пуску для визначення відповідності обраної системи і метода до вимог щодо виконання безаварійного режиму рушання та пуску технологічного механізму в важких умовах або рушання та пуску під навантаженням. Методи дослідження. Порівняння енергетичних показників і можливостей систем і методів керування щодо формування пускового моменту, математичні розрахунки, аналіз властивостей систем і методів відповідно до вимоги виконання технологічних операцій під час рушання. Отримані результати. Для отримання результатів аналізу чинних способів пуску асинхронних двигунів було розглянуто автотрансформаторний пуск, що дозволяє значно знизити пусковий струм, також застосовується підключення конденсатора з реактивним опором для зниження струму й підвищення пускового моменту. Застосування плавного пуску з амплітудно-фазовим управлінням дозволяє зменшити пусковий струм і досягли відсутності його імпульсів. Векторно-імпульсній спосіб управління перетворюючи пристроєм збільшує пусковий момент при відсутності збільшення пускового струму, такі переваги має квазічастотний режим пуску, але застосування обмежене спеціальним технологічним обладнанням. Тиристорний регулятор напруги зі застосуванням фазового методі керування, незважаючи на поширене застосування в системах курування, має низьке значення пускового моменту. Для виконання рушання у важких умовах, за результатами виконаного аналізу наявних систем керованого пуску, встановлено, що раціональною системою електропривода для підіймально-транспортних механізмів є система частотно-регульованого електропривода, за схемою «перетворювач частоти – асинхронний двигун» (ПЧ – АД). Наукова новизна. Вперше пропонується вдосконалення чинних систем керування підіймальнотранспортних механізмів, що виконують пуск у важких умовах при застосуванні режимів рушання з формування пускового u1084 моменту, що перевищує паспортне значення в 3-4 рази. Збільшення енергоефективністю на основі підвищення їх ефективності, інформативності та вірогідність даних. Вперше проаналізовані причини недоліків чинних систем керування під час пуску під навантаженням в сучасному виробництві. Практична цінність. Обґрунтовано вибір раціональної системи електропривода для підіймальнотранспортних механізмів при виконанні рушання у важких умовах, що забезпечить максимальні зусилля в трансмісії технологічного механізму з допустимими струмовими і тепловими перевантаженнями асинхронних машин. EN: Purpose. Perform an analysis of existing automated control systems of the electric drive and methods of forming the starting torque to determine the compliance of the selected system and method to the requirements for trouble-free mode of start and start of the technological mechanism in difficult conditions or breakaway and start under load.. Methodology. Comparison of energy performance and capabilities of control systems and methods for the formation of starting torque, mathematical calculations, analysis of the properties of systems and methods in accordance with the requirements of technological operations during the start. Findings. To obtain the results of the analysis of the current methods of starting induction motors, autotransformer start was considered, which can significantly reduce the starting current, and also connect a capacitor with a reactance to reduce the current and increase the starting torque; the use of soft start with amplitude-phase control allows you to reduce the starting current and reached the absence of its impulses. The vector-pulse method of controlling the converting device increases the starting torque in the absence of an increase in starting current, such advantages have a quasi-frequency starting mode, but the application is limited by special technological equipment. Thyristor voltage regulator using the phase control method, despite its widespread use in control systems, has a low value of the starting torque. To carry out starting in difficult conditions, according to the results of the analysis of existing systems of controlled starting, it was found that a rational electric drive system for hoisting-and-transport mechanisms is a frequencycontrolled electric drive system according to the "frequency converter - asynchronous motor" (FC - IM) scheme. Originality. For the first time it is proposed to improve the existing control systems of hoisting and transport mechanisms that perform start-up in difficult conditions when using the modes of movement to form the starting torque that exceeds the passport value by 3-4 times. Increasing energy efficiency based on increasing their efficiency, information content and data reliability. For the first time, the reasons for the shortcomings of existing control systems during start-up under load in modern production are analyzed. Practical value. The choice of a rational electric drive system for lifting and transport mechanisms is substantiated when starting in difficult conditions, which will provide maximum efforts in the transmission of a technological mechanism with permissible current and thermal overloads of asynchronous machines.Item Гираторно-конденсаторный метод моделирования электромагнитных процессов на основе магнитоэлектрических схем замещения(Національний університет "Запорізька політехніка", 2020) Подус, А. Р.; Паталах, Дмитрий Г.; Тиховод, Сергей Михайлович; Подус, О. Р.; Паталах, Дмитро Г.; Тиховод, Сергій Михайлович; Podus, A.; Patalakh, D.; Tykhovod, S.RU: Цель работы. Разработка магнитоэлектрических схем замещения, использующих гираторно-конденсаторные модели Методы исследования. Численные методы решения дифференциальных уравнений состояния, математический аппарат матричной алгебры, компьютерное программирование и методы теории электрических цепей. Полученные результаты. В результате модификации известного метода расчета переходных электромагнитных процессов на основе магнитоэлектрических схем замещения, разработан метод, использующий гираторно-конденсаторные модели. На основании разработанного метода составлена компьютерная программа для расчета переходного процесса в однофазном трансформаторе, которая показала адекватность метода. Модифицирован универсальный программный комплекс моделирования магнитоэлектрических схем замещения Colo. Показан пример применения модифицированного программного комплекса Colo для расчета переходного процесса в трехфазном трансформаторе. Данный пример показал лучшую наглядность при составлении магнитоэлектрических схем замещения, а также сокращение времени компьютерного моделирования. Научна новизна. Получено дальнейшее развитие методов расчета электромагнитных процессов на основе нелинейных магнитоэлектрических схем замещения. Модифицирована математическая модель, положенная в основу универсального программного комплекса Colo путем введения нового элемента - гиратора, чем достигнута системность применения гираторно-конденсаторного метода магнитоэлектрических схем замещения. Практическая ценность. Предложенная модификация универсального программного комплекса Colo позволяет сократить время разработки модели, подготовки исходных данных и позволяет сократить процессорное время моделирования сложных нелинейных электромагнитных устройств. UK: Мета роботи. Розробка магнітоелектричних схем заміщення, що використовують гіраторно-конденсаторні моделі Методи дослідження. Числові методи розв’язку диференціальних рівнянь стану, математичний аппарат матричної алгебри, комп'ютерне програмування та методи теорії електричних кіл. Отримані результати. В результаті модифікації відомого методу розрахунку перехідних електромагнітних процесів на основі магнітоелектричних схем заміщення, розроблений метод, який використовує гіраторно-конденсаторні моделі. На підставі розробленого методу складена комп'ютерна програма для розрахунку перехідного процесу в однофазному трансформаторі, яка показала адекватність методу. Модифікований універсальний програмний комплекс моделювання магнітоелектричних схем заміщення Colo. Показаний приклад застосування модифікованого програмного комплексу Colo для розрахунку перехідного процесу в трифазному трансформаторі. Даний приклад показав кращу наочність при складанні магнітоелектричних схем заміщення, а також скорочення часу комп'ютерного моделювання. Наукова новизна. Виконано подальший розвиток методів розрахунку електромагнітних процесів на основі нелінійних магнітоелектричних схем заміщення. Модифікована математична модель, яка положенная в основу універсального програмного комплексу Colo шляхом введення нового елемента - гіратора, чим досягнута системність застосування гіраторно-конденсаторного методу магнітоелектричних схем заміщення. Практична цінність. Запропонована модифікація універсального програмного комплексу Colo дозволяє скоротити час розробки моделі, підготовки вихідних даних і скоротити процесорний час моделювання складних нелінійних електромагнітних пристроїв. EN: Purpose. Development of magnetoelectric substitution circuits using gyrator-capacitor models Methodology. Numerical methods for solving differential equations of state, mathematical apparatus of matrix algebra, computer programming and methods of electrical circuit theory. Findings. As a result of modification of the known method of calculation of transient electro-magnetic processes on the basis of magnetoelectric substitution circuits, the method using gyrator-capacitor models is developed. On the basis of the developed method the computer program for calculation of transient process in the single-phase transformer which showed adequacy of a method is made. The universal software complex for modeling magnetoelectric substitution circuits Colo was modified. An example of using a modified Colo software complex to calculate a transients in a three-phase transformer is shown. This example demonstrates additional clarity of compilated magnetoelectric substitution circuits and reduction of the computer time modeling. Originality. Further development of methods for calculating electromagnetic processes based on nonlinear magnetoelectric substitution circuits was carried out. The mathematical model, which is taken as a principle of the universal Colo software complex, was modified by the way of a new element application - a gyrator. It is allaw to achieve the systemic application of the gyratory-capacitor method of magnetoelectric substitution circuits. Practical value. The proposed modification of the universal software complex Colo allows to reduce the time of model development, preparation of initial data and to reduce the processor time of modeling of complex nonlinear electromagnetic devices.