Електротехніка та електроенергетика - 2022, №2
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25688
Browse
Recent Submissions
Item Енергозбереження на енергоємних підприємствах(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Дубровін, Валерій Іванович; Дейнега, Лариса Юріївна; Лактіонов, В. В.; Dubrovin, V. I.; Deineha, L. Y.; Laktionov, V. V.UK: Мета роботи. Дослідити методи прийняття рішень при управлінні портфелями проектів, а також виконати їх програмну реалізацію в складі системи оптимізації управління портфелями проектів енергозбереження на енергоємних підприємствах. Методи дослідження. Для реалізації поставленої мети була обрана портфельна теорія Марковіца – теорія фінансових інвестицій, у межах якої за допомогою методів оптимізації здійснюється якомога вигідніший розподіл ризику портфеля цінних паперів і оцінювання доходу. В поєднанні з портфельною теорією було використано методи пошуку максимального коефіцієнта Шарпа та мінімальної волатильності за даними випадково згенерованих портфелів. Отримані результати. Методи управління портфелями проектів енергозбереження розглянуті через їх узагальнення до методів оптимізації інвестиційних портфелів, але з врахуванням специфіки предметної області. Розроблено та протестовано програмний застосунок, який автоматично завантажує данні певних акцій за певний період з електронного ресурсу, генерує випадкові портфелі та виконує їх оптимізацію шляхом максимізації коефіцієнту Шарпа та мінімізації волатильності портфелю. Склавши портфель інвестицій з чотирьох акцій, які торгуються на біржі, була розрахована дохідність та ризик портфеля з різними видами оптимізації. В застосунку реалізовано графічне відображення результатів оптимізації портфелів у вигляді таблиць та графіків. Перший графік демонструє зміни кожної акції протягом заданого періоду часу. Наступним є графік щоденної прибутковості замість фактичних цін, на якому можна побачити волатильність (мінливість) акцій. Графічно подається імітована оптимізація портфелю на основі ефективної межі - лінії, вздовж якої точки дадуть найменший ризик для цільової прибутковості та розрахована оптимізація портфелюна основі ефективної межі. Побудовані програмою графіки та таблиці дозволяють користувачу краще оцінити створений портфель проекту енергозбереження. Наукова новизна. Запропонований у роботі підхід є поєднанням методів оптимізації інвестиційного портфеля за портфельною теорією Марковіца та методів пошуку максимального коефіцієнта Шарпа та мінімальної волатильності в одному програмному застосунку для розв’язання широкого спектру завдань. Практична цінність. Виконана розробка має значну практичну цінність, адже дозволяє швидко виконувати оптимізацію фінансового портфелю для будь-яких активів, що дає змогу в тому числі використовувати систему для оптимізації управління портфелями проектів енергозбереження на енергоємних підприємствах. Крім того, вона може стати основою або зразком для аналогічної розробки. EN: Purpose. Investigate the methods of decision-making in the project portfolio management, as well as perform their software implementation as part of the system of the portfolio management optimization of energy saving projects at energy-intensive enterprises. Methodology. To achieve this goal, Markovitz's portfolio theory was chosen - the theory of financial investment, in which the methods of optimization are the most profitable distribution of the risk of the securities portfolio and income valuation. In combination with portfolio theory, methods were used to find the maximum Sharpe coefficient and minimum volatility according to randomly generated portfolios. Findings. Methods of portfolio management of energy saving projects are considered through their generalization to the methods of optimization of investment portfolios, but taking into account the specifics of the subject area. A software application has been developed and tested that automatically downloads data for certain stocks for a certain period from an electronic resource, generates random portfolios and optimizes them by maximizing the Sharpe ratio and minimizing portfolio volatility. Composing a portfolio of investments from four stocks traded on the stock exchange, the return and risk of the portfolio with different types of optimization were calculated. The application implements graphical display of portfolio optimization results in the form of tables and graphs. The first graph shows the changes in each stock over a given period of time. The following is a graph of daily profitability instead of actual prices, where you can see the volatility of shares. The simulated portfolio optimization based on the effective limit is graphically presented - the line along which the points will give the least risk to the target return and the calculated optimization of the portfolio based on the effective limit. The graphs and tables built by the program allow the user to better assess the created portfolio of the energy saving project. Originality. The approach proposed in this paper is a combination of methods for optimizing the investment portfolio according to Markovitz's portfolio theory and methods for finding the maximum Sharpe coefficient and minimum volatility in one software application to solve a wide range of problems. Practical value. The completed development has significant practical value, as it allows you to optimize quickly the financial portfolio for any assets, which allows, among other things, to use the system to optimize the management of portfolios of energy saving projects in energy-intensive enterprises. In addition, it can be the basis or model for a similar development.Item Моделювання електричного поля прохідного полімерного ізолятору для визначення точок концентарції поля(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Шевченко, С. Ю.; Данильченко, Д. О.; Вязовиченко, Ю. А.; Потривай, А. Е.; Цюпа, В. М.; Shevchenko, S. Y.; Danylchenko, D. A.; Vyazovichenko, Y. A.; Potryvai, A. E.; Cyupa, V. N.UK: Мета роботи. Використання моделювання, як інструменту, що дозволить виявляти слабкі місця конструкції в електричному обладнанні та на їх основі виконати її оптимізацію, з метою нівелювання слабкостей через недосконалість конструкції. Позначення реально існуючої проблеми в конструкціях прохідних полімерних ізоляторів, що негативно впливають на їх техніко-економічних та експлуатаційних характеристика і робить їх менш конкурентними у порівнянні з іншими типами ізоляторів. Методи дослідження. Аналіз експериментів по виявленню часткових розрядів, моделювання напруженості електричного поля, синтез аналізованих робіт та результатів моделювання. Отримані результати. В результаті виконаного наукового дослідження було виявлено, що безпосередній вплив на електричну міцність прохідного полімерного ізолятору має процес виникнення часткових розрядів. Даний факт прийнято за основу для пошуку методів подальшого впливу на конструкцію ізолятора, з метою збільшення строку його служби. В роботі виявлено, що причиною виникнення часткових розрядів є нерівномірність розподілу напруженості електричного поля. Це послугувало причиною для подальшого дослідження напруженості електричного поля прохідного ізолятору та його моделювання. В результаті моделювання, було виявлено точки концентрації напруженості електричного поля в прохідному полімерному ізоляторі та позначено їх, як точки впливу для підвищення електричної міцності прохідного полімерного ізолятора. Наукова новизна. Наукова новизна виконаної науково-дослідної роботи полягає у використанні моделювання електричного поля полімерного прохідного ізолятору, як інструмента для виявлення слабких місць в його конструкції, при впливі на котрі можна буде спостерігати позитивний вплив на його технічні характеристики. Практична цінність. Практична цінність виконаної науково-дослідної роботи полягає в тому, що результати дослідження слугують міцним фундаментом для подальшої оптимізації конструкції прохідних полімерних ізоляторів, що призводитиме до позитивного впливу на їх технічні характеристики та зробить їх конкурентними у порівнянні з іншими типами ізоляторів. EN: Purpose. The use of modeling as a tool that will identify the weaknesses of the structure in electrical equipment and on their basis to perform its optimization, in order to eliminate weaknesses due to structural imperfections. Designation of a real problem in the design of polymer bushings, which negatively affects their technical, economic and operational characteristics and makes them less competitive compared to other types of insulators. Methodology. Analysis of experiments to detect partial discharges, simulation of electric field strength, synthesis of analyzed works and simulation results. Findings. As a result of the performed scientific research, it was found that the process of partial discharges has a direct effect on the electrical strength of the polymer bushing insulator. This fact is taken as the basis for searching for methods of further influence on the insulator design in order to increase its service life. It was found in the work that the reason for the occurrence of partial discharges is the uneven distribution of the electric field strength. This was the reason for further study of the electric field strength of the pass-through insulator and its modeling. As a result of the simulation, points of concentration of the electric field strength in the bushing polymer insulator were found and designated as points of action to increase the electrical strength of the bushing polymer insulator. Originality. The scientific novelty of the performed research work is the use of modeling the electric field of the polymer bushing as a tool to identify weaknesses in its design, under the influence of which it will be possible to observe a positive impact on its technical characteristics. Practical value. The practical value of the research work done is that the results of the research serve as a solid foundation for further optimization of the design of polymer bushings, which will lead to a positive impact on their technical characteristics and make them competitive compared to other types of insulators.Item Розрахунок схеми електронного навантаження для тестування низьковольтних джерел(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Зайцев, Р. В.; Кіріченко, М. В.; Мінакова, К. О.; Томашевський, Р. С.; Нікітін. В. О.; Харченко. М. М.; Zaitsev, R. V.; Kirichenko, M. V.; Minakova, K. O.; Tomashevskii, R. S.; Nikitin, V. O.; Kharchenko, M. M.UK: Мета роботи. Впровадження електронного навантаження для випробування високоточних низьковольтних джерел (сонячних батарей) вимагає ретельного перегляду не тільки схемотехнічної конструкції, а й теплотехнічної та механічної конструкції. У статті розглядається принцип створення та розрахунку оптимального рішення для реалізації електронного навантаження. Методологія.Для досягнення мети використовуються методи аналіза сучасної електронної бази, розрахунки основних фізичних та електричних параметрів та їх моделювання. Висновки. На основі розглянутих фізико-схемних рішень для реалізації електронного блоку навантаження була розроблена відповідна електрична схема. Транзистори керуються чотирма уніполярними операційними підсилювачами, інтегрованими в мікросхему LM324. Управління електронним блоком навантаження реалізується шляхом управління напругою на клемах позитивного зворотного зв'язку, яка додатково стабілізується мікросхемою TL431. Пристрій живиться від джерела постійного стабілізованого струму напругою 12 В (забезпечує додаткову фільтрацію від коливань напруги). Оригінальність. Сучасні досягнення у розробці сонячних елементів та інших низьковольтних джерел енергії призвели до необхідності створення компактних та експресних систем їх тестування, котрі не можна реалізувати на існуючих рішеннях. Практичне значення.Дотримання показань і принципів, які викладені в цій статті, забезпечить навантаженню можливість працювати на великій потужності, і при цьому зберегти хороші характеристики і надійність.Розроблена схема дозволяє створити компасний пристрій експресного тестування сонячних батарей. EN: Purpose. The introduction of electronic load for testing high-precision low-voltage sources (solar panels) requires careful review not only of the circuit design, but also thermal and mechanical design. The article considers the principle of creating and calculating the optimal solution for the implementation of electronic load. Methodology. To achieve this goal, methods of analysis of modern electronic database, calculations of basic physical and electrical parameters and their modeling are used. Findings. Based on the considered physical and circuit solutions for the implementation of the electronic load unit, a corresponding electrical circuit was developed. The transistors are controlled by four unipolar operational amplifiers integrated into the LM324 chip. Control of the electronic load unit is implemented by controlling the voltage at the positive feedback terminals, which is further stabilized by the TL431 chip. The device is powered by a source of DC stabilized current of 12 V (provides additional filtering from voltage fluctuations). Originality. Modern advances in the development of solar cells and other low-voltage energy sources have led to the need to create compact and express systems for testing them, which cannot be implemented on existing solutions. Practical value. Adherence to the indications and principles set out in this article will provide the load with the ability to work at high power, while maintaining good performance and reliability. The developed scheme allows to create a compass device for express testing of solar panels.Item 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.Item 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.Item 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.