Електротехніка та електроенергетика - 2021, №1
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/26403
Browse
Recent Submissions
Item Підходи для підвищення точності вимірювання температури тіла людини безконтактними ІЧ термометрами(Національний університет "Запорізька політехніка", 2021) Фурманова, Наталія Іванівна; Фарафонов, Олексій Юрійович; Малий, Олександр Юрійович; Піроженко, Олександр Олександрович; Furmanova, N. І.; Farafonov, O. Yu.; Malij, O. Yu.; Pіrozhenko, O. O.UK: Мета роботи: проаналізувати існуючі підходи вимірювання температури тіла людини, запропонувати підходи для підвищення точності вимірювання. Методи дослідження: аналітичний, експериментальний. Отримані результати. У статті розглянуто підходи до підвищення точності вимірювання температури тіла безконтактними інфрачервоними термометрами. Проаналізовано параметри інфрачервоних вимірювачів температури. Запропоновано склад системи для збору статистичної інформації щодо впливу факторів навколишнього середовища на точність вимірювань. Запропоновано програмне забезпечення для проведення досліджень. Наведено статистичні дані вимірювань. Вказано шляхи підвищення точності вимірювань безконтактними інфрачервоними термометрами. Запропоновані математичне та фізичне забезпечення безконтактного вимірювання температури, проведений аналіз параметрів інфрачервоних вимірювачів температури тіла, розроблено систему для отримання статистичної інформації для виявлення факторів впливу, проведено аналіз результатів. Наукова новизна. Запропоновано уточнену формулу для визначення температури тіла, що містить такі параметри: специфічна стала для окремого пристрою, що залежить від оптичної системи фокусування та поглинаючого матеріалу; ступінь випромінювання об’єкта, що залежить від матеріалу об’єкту, температура якого вимірюється; абсолютна температура об’єкта, що вимірюється; абсолютна температура зовнішнього середовища; відбите випромінювання зовнішнього середовища; абсолютна температура корпусу датчика пірометра. Практична цінність. В роботі запропоновані рекомендації, що здатні в значній мірі підвищити точність вимірювань при проектуванні систем, що містять інфрачервоні термометри. EN: Purpose: analyze existing approaches to measuring human body temperature, propose approaches to improve measurement accuracy. Methodology. analytical, experimental. Findings. The article considers approaches to improving the accuracy of measuring body temperature with noncontact infrared thermometers. The parameters of infrared temperature meters are analyzed. The composition of the system for collecting statistical information on the influence of environmental factors on the accuracy of measurements is proposed. Research software is offered. Measurement statistics are given. Ways to increase the accuracy of measurements with non-contact infrared thermometers are indicated. Mathematical and physical support of non-contact temperature measurement is offered, the analysis of parameters of infrared body temperature meters is carried out, the system for receiving the statistical information for revealing of factors of influence is developed, the analysis of results is carried out. Originality. An updated formula for determining body temperature is proposed, which contains the following parameters: specific constant for a particular device, which depends on the optical focusing system and the absorbing material; the degree of radiation of the object, which depends on the material of the object whose temperature is measured; the absolute temperature of the object being measured; absolute ambient temperature; reflected radiation from the environment; absolute temperature of the pyrometer sensor housing.. Practical value. The paper offers recommendations that can significantly increase the accuracy of measurements in the design of systems containing infrared thermometers.Item Особливості польового моделювання електромагнітних процесів тролейного шинопровода(Національний університет "Запорізька політехніка", 2021) Коцур, Михайло Ігоревич; Яримбаш, Дмитро Сергійович; Безверхня, Юлія Сергіївна; Дівчук, Тетяна Євгеніївна; Kotsur, M. I.; Yarymbash, D. S.; Bezverkhnya, Yu. S.; Divchuk, T. Ye.UK: Мета роботи. Дослідження електромагнітних параметрів тролеїв шинопроводу, та верифікація отриманих результатів розрахунку за допомогою просторової (3D) та плоско-паралельної (2D) математичних польових моделей. Методи дослідження. Дослідження проводилися із застосуванням методів теорії електромагнітного поля, інтерполяції та апроксимації, математичної фізики, скінченних елементів. Отримані результати. Розроблена математична просторова модель електромагнітних процесів в сталевому тролейному шинопроводі у часовій постановці задачі розподілу електромагнітного поля. Отримані залежності розподілу еквіпотенціальних ліній результуючої z-складової вектору магнітного потенціалу уздовж шинопроводу, а також розподілу результуючої нормальної складової магнітної індукції і напруженості магнітного поля у поперечному (XY) перетині при несинусоїдальному струмі в тролеях шинопровода. Доведено, що уздовж довжини шинопроводу, у поперечному їх перетині, магнітне поле прагне до плоско-паралельної форми. Нев’язка модуля векторного магнітного потенціалу уздовж довжини шинопроводу не перевищує 0,9-1,2%. Для зменшення розмірності задачі, обчислювальних ресурсів та часу на розрахунок, запропонована двомірна плоско-паралельна математична модель у частотній постановці розподілу електромагнітного поля. Для врахування нелінійних магнітних властивостей сталевих тролеїв запропоновано визначення ефективної кривої намагнічування для нелінійної двовимірної задачі електромагнітного поля шинопровода. Отримані результати верифікації, за розрахованим падінням напруги, підтверджують високу точність розрахунку та достовірність отриманих результатів (похибка не перевищує 1,88%.2,06%) двовимірної моделі у частотній постановці по відношенню до просторової моделі в постановці задачі залежної від часу електромагнітного поля. Наукова новизна. Запропоновано математичну двомірну модель електромагнітних процесів у частотній постановці задачі розподілу електромагнітного u1087 поля в тролейному шинопроводі, що враховує конструктивні особливості, нелінійність магнітних та електрофізичних властивостей матеріалів, ефекти близькості, поверхневі та зовнішні поверхневі ефекти, вплив гармонійних складових струму на падіння напруги та втрати потужності в процесі електропередачі, яка дозволяє з високою точністю і ефективністю чисельної реалізації визначити параметри тролей шинопроводу для відповідних значень амплітуд та частот віщих гармонік струму. Практична цінність. Проведена верифікація за розрахованим падінням напруги підтверджуює високу точність розрахунку та достовірність отриманих результатів (похибка не перевищує 1,88%.2,06%) двовимірної моделі у частотній постановці по відношенню до просторової моделі в постановці задачі залежної від часу розподілу електромагнітного поля. EN: Purpose. Research and analysis trolley busbar’s parameters in condition of higher current harmonic actions, with taking into account the structural features of nonlinearity of magnetic and electrical properties of materials, proximity effects, surface and external surface effects. Methodology. The researches were carried out using the electromagnetic field theory methods, the electrical circuit theory, mathematical physics, finite elements, interpolation, approximation and regression analysis. Findings. The mathematical spatial model of electromagnetic processes in a steel trolley busbar in time statement of a problem of distribution of an electromagnetic field is developed. The dependences of the distribution of equipotential lines of the resulting z-component of the magnetic potential vector along the busbar, as well as the distribution of the resulting normal component of magnetic induction and magnetic field strength in the transverse (XY) cross section at non-sinusoidal current in busbar trolleys is obtained. Along the length of the busbar, in their cross section, the magnetic field tends to a plane-parallel shape it is proved. The error of the modulus of the vector magnetic potential along the length of the busbar does not exceed 0.9-1.2%. To reduce the dimension of the problem, computational resources and calculation time, a two-dimensional plane-parallel mathematical model in the frequency setting of the electromagnetic field distribution is proposed. To take into account the nonlinear magnetic properties of steel trolleys, to determine the effective magnetization curve for the nonlinear two-dimensional problem of the electromagnetic field of the busbar it is proposed. The verification results, according to the calculated voltage drop, confirm the high accuracy of the calculation and the reliability of the obtained results (error does not exceed 1.88% 2.06%) of the two-dimensional model in the frequency setting relative to the spatial model in the problem of timedependent electrical -magnetic field is obtained. Originality. A mathematical two-dimensional model of electromagnetic processes in the frequency formulation of the problem of electromagnetic field distribution in a trolley busbar is proposed, which takes into account design features, nonlinearity of magnetic and electrophysical properties of materials, proximity effects, surface and external surface effects, influence of harmonic current components power transmission, which allows with high accuracy and efficiency of numerical implementation to determine the parameters of the bus trolls for the corresponding values of the amplitudes and frequencies of the frequencies harmonics of the current. Practical value. Verification of the calculated voltage drop confirms the high accuracy of the calculation and the reliability of the results (error does not exceed 1.88% . 2.06%) of the two-dimensional model in the frequency reference relative to the spatial model in the problem of time-dependent electromagnetic field distribution is performed.Item Проблеми електромагнітної сумісності потужних енергооб’єднань при масовому приєднанні відновлювальних джерел енергії(Національний університет "Запорізька політехніка", 2021) 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. Проведення аналізу проблеми енергетичної ефективності та електромагнітної сумісності потужних енергооб’єднань з нелінійними навантаженнями та відновлювальними джерелами електроенергії. Знаходження перспективних шляхів підвищення енергетичної ефективності систем електропостачання. Методи дослідження. Математичне моделювання електромагнітної сумісності. Отримані результати. Проведений аналіз проблеми енергетичної ефективності та електромагнітної сумісності потужних енергооб’єднань з нелінійними навантаженнями та відновлювальних джерел енергії дозволяє сформулювати наступні положення, що обумовлюють задачі цього дослідження. Перспективним шляхом підвищення енергетичної ефективності систем електропостачання є впровадження уточнених методик аналізу та прогнозування електричних режимів промислових підприємств, а також показників якості напруги та надійності електрообладнання. Наукова новизна. Незважаючи на те, що задачі електромагнітної сумісності були предметом численних вітчизняних і зарубіжних досліджень, слід зазначити, що більшість таких робіт розглядають процеси генерації електромагнітних перешкод в електричну мережу без зав’язків з технологічними графіками роботи електрообладнання. Практична цінність. Одним з електромагнітних ефектів, який проявляється при роботі перетворювачів частоти, є значні рівні інтергармонік та вищих гармонік, що генеруються в електричну мережу та сприяють зростанню втрат електроенергії та скороченню регламентного строку служби електрообладнання. Проте закономірності, що зв’язують параметри енергосистеми та режими потужних промислових перетворювачів, не вивчались, і обґрунтування параметрів раціонального енергетично ефективного режиму системи електропостачання при врахуванні індивідуальних графіків вищих гармонік до сьогоднішнього дня не проводилося. EN: Purpose. Analysis of the problem of energy efficiency and electromagnetic compatibility of powerful energy associations with nonlinear loads and renewable energy sources. Finding promising ways to increase energy efficiency of power supply systems. Methodology. Mathematical modeling of electromagnetic compatibility. Findings. The analysis of the problem of energy efficiency and electromagnetic compatibility of powerful energy associations with nonlinear loads and renewable energy sources allows us to formulate the following provisions that determine the objectives of this study. A promising way to increase the energy efficiency of power supply systems is the introduction of refined methods of analysis and forecasting of electrical modes of industrial enterprises, as well as indicators of voltage quality and reliability of electrical equipment. Originality. Although the problem of electromagnetic compatibility has been the subject of numerous domestic and foreign studies, it should be noted that most of these works consider the processes of generating electromagnetic interference in the electrical network without reference to the technological schedules of electrical equipment. Practical value. One of the electromagnetic effects, which is manifested in the operation of frequency converters, are significant levels of interharmonics and higher harmonics, which are generated in the electrical network and contribute to the growth of electricity losses and reduce the service life of electrical equipment. However, the regularities connecting the parameters of the power system and the modes of powerful industrial converters have not been studied, and the substantiation of the parameters of a rational energy efficient mode of the power supply system, taking into account individual graphs of higher harmonics, has not been carried out until today..Item Залежність енергетичних витрат від типу використаної механічної мішалки у біогазовому реакторі(Національний університет "Запорізька політехніка", 2021) Сподоба, М. О.; Заблодський, М. М.; Spodoba, M. O.; Zablodskiy, N. N.UK: Мета роботи. Дослідження залежності енергетичних витрат механічних мішалок та визначення енергоефективного типу перемішуючого пристрою для підвищення енергетичної ефективності процесу утворення біогазу та рентабельності подальшої переробки у теплову та електричну енергії. Методи дослідження. Визначення та аналіз енергетичних витрат для механічних мішалок, порівняння та визначення їх енергоспоживання у процесі утворення біогазу, 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. Не зважаючи на велику кількість різноманітних типів перемішуючих пристроїв та систем, основне завдання перемішування полягає у створенні однорідної речовини з однаковою температурою, кислотністю та іншими фізико-хімічними складовими у будь-якій точці об’єму речовини. Існує необхідність підвищення енергоефективності процесів інтенсифікації анаеробного зброджування та рентабельності подальшої переробки біогазу у теплову та електричну енергії. Шляхи підвищення енергоефективності полягають у визначені залежності енергетичних витрат механічних мішалок, виборі енергоефективного типу мішалки, визначені критеріїв, що суттєво впливають на споживання електричної енергії на перемішування, досліджені векторів розповсюдження потоків, що створюються мішалкою. Реалізація цих дій дозволить встановити оптимальні геометричні розміри мішалки та суттєво підвищити енергетичну ефективність біогазових установок та подальшу переробку утвореного біогазу у теплову та електричну енергії. Наукова новизна. Проведено аналіз причин різних значень критерію Ейлера для механічних u1084 мішалок за однакового режиму руху речовини її рівня і об’єму у резервуарі та інших однакових параметрах. Проведено порівняльний аналіз енергетичних витрат для найбільш розповсюджених у біогазових реакторах типів механічних мішалок. Встановлено, що використання двоярусної лопатевої мішалки, у якої по дві лопаті на ярус необхідно найменша кількість енергії на перемішування відходів у біогазовому реакторі об’ємом 3 Vреак = 5 м . Практична цінність. Приведені у роботі дані можуть бути використані при проектуванні, будівництві та модернізації біогазових установок. Визначено напрям необхідних подальших наукових досліджень, реалізація яких підвищить енергетичну ефективність біогазового виробництва та рентабельність подальшої переробки біогазу у теплову та електричну енергії. EN: Purpose. Investigation of the dependence of the energy consumption of mechanical mixers and determination of an energy-efficient type of mixing device to increase the energy efficiency of the biogas formation process and the profitability of further processing into thermal and electrical energy. Methodology. Determination and analysis of energy costs for mechanical mixers, comparison and determination of their energy consumption in the process of biogas formation, generalization of the results. 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 the processes of intensification of anaerobic fermentation. The process of anaerobic fermentation of waste is long, so one of the main methods of intensification of biogas production is the mixing of waste during anaerobic fermentation. Despite the large number of different types of mixing devices and systems, the main task of mixing is to create a homogeneous substance with the same temperature, acidity and other physicochemical components at any point in the volume of the substance. There is a need to increase the energy efficiency of the processes of intensification of anaerobic fermentation and the profitability of further processing of biogas into heat and electricity. Ways to improve energy efficiency are in certain dependences of the energy consumption of mechanical mixers, the choice of an energy-efficient type of mixer, certain criteria that significantly affect the consumption of electrical energy for mixing, the study of the vectors of propagation of flows created by the mixer. The implementation of these actions will allow you to establish the optimal geometric dimensions of the mixer and significantly increase the energy efficiency of biogas plants and further processing of the resulting biogas into thermal and electrical energy. Originality. The analysis of the reasons for different values of the Euler criterion for mechanical mixers is carried out with the same mode of the substance motion, its level and volume in the tank and other equal parameters. A comparative analysis of energy costs for the most common types of mechanical mixers in biogas reactors is carried out. It has been established that the use of a two-tier paddle mixer, which has two blades per tier, requires the least amount of energy to mix waste in a biogas reactor with a volume 3 Vr = 5 m . Practical value. The data presented in this paper can be used in the design, construction and modernization of biogas plants. The direction of necessary further scientific researches is determined, the realization of which will increase the energy efficiency of biogas production and the profitability of further processing of biogas into thermal and electric energy.Item A energy efficient electric drive of air units(Національний університет "Запорізька політехніка", 2021) Kotsur, I. M.; Hurazda, A. V.; Dolia, B. A.; Shestov, L. E.; Коцур, Ігор Михайлович; Гуразда, А. В.; Доля, Б. О.; Шестов, Л. Є.EN: Purpose. Improving the efficiency and energy performance of an asynchronous electric drive for stationary fan’s units of the main ventilation line of mines. Methodology. The research was carried out using the methods of the theory of electrical circuits, mathematical physics, simulation, interpolation and approximation Findings. The research of electromagnetic and energy processes in the asynchronous electric drive system with pulse control at a fan load, taking into account the variable aerodynamic parameters of the main ventilation line of mines. An electric drive system is able to respond with high accuracy and reliability to changes in the aerodynamic parameters of the main ventilation line of mines has been proven. This will also increase the power factor of the electric drive at a fan load up 0.8 to 0.93 p.u., and the efficiency up 92.5% to 94.5%, when regulating in the range of the operating slip of the rotor of the drive fan motor s = 0.5 . rated s , which, respectively, is on average up 0,25% to 40 higher in comparison with systems of an unregulated electric drive. Recommendations has been developed for the design and rational selection of the rated fan capacity for the main ventilation line to advance the best energy efficiency level of the electric drive. Originality. The research of electro-mechanical, electro-energy power and aerodynamic processes in the dynamic modes of the fan electric drive was carried out. The fan-loaded "induction motor-converter" system has been proven to be self-regulating. It is able to respond with high accuracy and reliability even at low switching frequencies of the power chopper to any changes of the aerodynamic parameters of the main ventilation line of mines. Practical value. Recommendations has been developed for the design and rational selection of the rated fan capacity for the main ventilation line to advance the best energy efficiency level of the electric drive. UK: Мета роботи. Підвищення ефективності роботи і енергетичних показників асинхронного електроприводу для стаціонарних установок вентиляторів магістралі головного провітрювання шахт. Методи дослідження. Дослідження проводились із застосуванням методів теорії електричних кіл, математичної фізики, імітаційного моделювання, інтерполяції та апроксимації. Отримані результати. Проведено дослідження електромагнітних і енергетичних процесів в системі асинхронного електроприводу з імпульсним регулюванням при вентиляторному навантаженні з урахуванням змінних аеродинамічних параметрів магістралі головного провітрювання шахт. Встановлено, що система електроприводу здатна з високою точністю і надійністю реагувати на зміни аеродинамічних параметрів магістралі головного провітрювання шахт, а також дозволить підвищити коефіцієнт потужності електроприводу при вентиляторному навантаженні до 0,8 . 0,93, і коефіцієнта корисної дії до (92,5 . 94,5)% при регулюванні в діапазоні робочих ковзань ротора привідного вентиляторного двигуна s = 0,5. sн , що відповідно в середньому на 0,25 і 40% вище в порівнянні з системами нерегульованого електроприводу. Розроблено рекомендації з проектування та раціонального вибору встановленої потужності вентилятора для магістралі головного провітрювання для забезпечення найкращого рівня енергоефективності електроприводу. Наукова новизна. Проведено дослідження електромеханічних, електроенергетичних та аеродинамічних процесів в динамічному режимі електроприводу вентилятора. Доведено, що система "асинхронний двигунперетворювач" з вентиляторним навантаженням є саморегулюючою, тобто здатна реагувати з високою точністю і надійністю навіть при низьких частотах комутації силового ключа на будь-які зміни аеродинамічних параметрів мережі головного провітрювання шахт. Практична цінність. Розроблено рекомендації з проектування та раціонального вибору встановленої потужності вентилятора для магістралі головного провітрювання для забезпечення найкращого рівня енергоефективності електроприводу.Item Еще раз о неделимости индуктивности рассеяния трансформатора(Національний університет "Запорізька політехніка", 2021) Зирка, С. Е.; Мороз, Ю. И.; Артури, Ц. М.; Зірка, С. Є.; Мороз, Ю. І.; Артурі, Ц. М.; Zіrka, S. E.; Moroz, Y. I.; Arturi, C. M.RU: Цель работы. Показать неадекватность традиционной Т-образной схемы замещения трансформатора в режимах с насыщением магнитопровода. Указать на необоснованность разделения индуктивности рассеяния трансформатора на компоненты. Объяснить необходимость применения П-образной схемы замещения и ее структуру в случае трансформатора с двумя и тремя обмотками конечной радиальной толщины. Методы исследования. Анализ магнитных полей в окне трансформатора и моделирование переходных процессов в схемах замещения трансформатора посредством препроцессора ATPDraw программы ATP. Полученные результаты. Показана необоснованность широко известной Т-образной схемы замещения трансформатора. Отмечены отличия процессов в стержнях и ярмах трансформатора при его включении на сеть и при коротких замыканиях обмоток. Предложены схемы замещения трансформатора с двумя и тремя обмотками конечной толщины, воспроизводящие эти отличия. Научна новизна. Констатировано отсутствие физического смысла в разделении индуктивности рассеяния трансформатора на компоненты. Показаны преимущества П-образной схемы замещения при расчете бросков тока намагничивания, сопровождающих включение трансформатора со стороны внутренней и внешней обмоток. Практическая ценность. Отмечена теоретическая несостоятельность и практическая непригодность Т-образной схемы замещения для расчета режимов, сопровождаемых насыщение магнитопровода. Показаны преимущества Т-образной схемы замещения. UK: Мета роботи. Показати неадекватність традиційної Т-подібної заступної схеми трансформатора в режимах с насиченням його магнітопроводу. Вказати на необґрунтованість розподілу індуктивності розсіювання трансформатора на компоненти. Пояснити необхідність застосування П-подібної заступної схеми у випадку трансформатора з двома і трьома обмотками скінченої радіальної товщини. Методи дослідження. Аналіз магнітних полів у вікні трансформатора і моделювання перехідних процесів в заступних схемах трансформатора за допомогою препроцесора ATPDraw програми ATP. Отримані результати. Показана необґрунтованість широко відомої Т-подібної заступної схеми трансформатора. Відзначено відмінності процесів в стрижнях і ярмах трансформатора при його включенні на мережу і при коротких замиканнях обмоток. Запропоновано заступні схеми трансформатора з двома і трьома обмотками кінцевої товщини, які відтворюють ці відмінності. Наукова новизна. Констатовано відсутність фізичного сенсу в поділі індуктивності розсіювання трансформатора на компоненти. Показано переваги П- подібної заступної схеми при розрахунку кидків струму намагнічування, які супроводжують включення трансформатора з боку внутрішньої і зовнішньої обмоток. Практична цінність. Відзначено теоретична неспроможність і практична непридатність Т-подібної заступної схеми для розрахунку режимів, що супроводжуються насичення магнітопроводу. Показано переваги Тподібної заступної схеми. EN: Purpose. The purpose of the article is to show the inadequacy of the traditional T-shaped equivalent circuit for modeling transformer operations with saturated core. The aim is to point out the unreasonableness of the separation of the transformer leakage inductance into components. The aim is also to explain the need to apply the П-shaped transformer equivalent circuits to transformers with two and three windings with finite radial thickness. Methodology. Analysis of magnetic fields in the transformer window and simulation of transient processes in equivalent circuits of the transformer using a preprocessor ATPDraw to the program ATP. Findings. The unfoundedness of the well-known T-shaped transformer equivalent circuit is shown. Differences in the processes in the core legs and yokes when transformer is connected to the network and during short circuits of the windings are noted. Equivalent circuits of a transformer with two and three windings of finite thickness are proposed, reproducing these differences. Originality. The absence of physical meaning in dividing the transformer leakage inductance into components is stated. The advantages of the П-shaped equivalent circuit are shown when calculating inrush currents accompanying the transformer switching to the network on its inner and outer windings. Practical value. We show theoretical insolvency and practical unsuitability of the Т-shaped equivalent circuit for studying transformer operations accompanied by saturation of the magnetic circuit. Advantages of the П-shaped equivalent circuit are clarified.