Методическое пособие 777

количество которой достаточно для производства топлива и энергии, обеспечивающего решения как транспортных, так и других народнохозяйственных задач.

Литература 1. Шалимов Ю.Н. Исследование эффектов тепловыделения в

электрохимических системах и их использование в технологиях производства энергоемких источников для летательных аппаратов// Шалимов Ю.Н., Парфенюк В.И., Корольков В.И., Шуклин И.К., Кудряш В.И., Руссу А.В. Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2019. Т. 62. № 1. С. 46-53. DOI: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20196201.5798.

290

УДК 544.65; 620.98

ЭНЕРГИЯ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА КАК ФАКТОР ГРАДИЕНТА ПЛОТНОСТИ ТОКА МЕЖДУ ЭЛЕКТРОДАМИ

Корольков В.И.1, Шалимов Ю.Н.2, Самохвалов В.В.3 1Д-р техн. наук, профессор, korolkov_vi@bk.ru

2Д-р техн. наук, профессор, shalimov_yn@mail.ru

3Канд. техн. наук, доцент

1-3 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В работе рассмотрены вопросы перспективного использования воздушных электрохимических систем для создания тяги летательного аппарата. Указаны перспективы дальнейших исследований.

Ключевые слова: летательный аппарат, транспорт, электрохимическая система.

Структурное изменение состояния вещества создает условия для генерации механической энергии движения. Электрохимическая система, рабочим телом в которой является окружающий воздух, позволяет рассмотреть возможность создания тяги на новом физическом принципе – заданные аэродинамические показатели обеспечивает управление тлеющим разрядом в газовой среде. Наличие температурных эффектов на электродах формирует зону градиента тепла, которая обеспечивает тяговое усилие. Запас энергии может быть аккумулирован, например, за счет металлгидридных накопителей.

Особенность данного подхода состоит в уникальной схеме решения, обеспечивающей надлежащее расположение электродов системы. Дополнительно решается вопрос об увеличении ресурсной базы устройства повышения скорости движения, дальности и устойчивости полетов. Поскольку электродные компоненты имеют игольчатую форму и равноудалено закреплены на конической подставке, то подвержены в процессе эксплуатации повышенному износу. Для снижения негативного фактора предложено формировать данные компоненты из монокристаллической структуры и непрерывный режим работы перевести в микро импульсный для достижения циклонного эффекта.

Летательные аппараты с использованием указанной силовой установки приобретают новое техническое качество – бесшумность, малозаметность, маневренность. Применение таких систем в диапазоне дозвуковых скоростей особенно эффективно, поскольку в данном режиме рабочие температуры в зоне реакции обладают малым деструктивным эффектом.

Возможно гибридное исполнение силовой установки, в которой для достижения высоких скоростей будет использоваться водородное топливо. Данный подход обладает значительными резервами для совершенствования авиационных движителей.

291

Переход на новые физические принципы в технике объективен, поскольку открываются перспективные возможности для обеспечения летательных аппаратов и транспортного сегмента в целом экологичным, высокоэффективным и безопасным двигателем и источником энергии.

Литература 1. Шалимов Ю.Н. Статистический анализ патентов на авиационные

энергетические установки// Шалимов Ю.Н., Корольков В.И., Будник А.П., Гусев А.Л., Руссу А.В. Вестник машиностроения. 2019. № 8. С. 81-88.

292

УДК 66.011

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЕ ВЫСУШИВАНИЕ ОСАДОЧНОГО ИЛА СТОЧНЫХ ВОД

Ю.Я. Печенегов1, А.В. Царюнов2, Ю.А. Грачева3 1Д-р техн. наук, профессор, y.pechenegov@mail.ru 2Гл. инженер, avtsaryunov@mail.ru 3Магистрантка, july08123@mail.ru

1 Энгельсский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина»

2 НИИ технологий органической, неорганической химии и биотехнологий

3 ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского»

Приводятся результаты экспериментального исследования разных способов обезвоживания осадочного ила сточных вод. Предложен энергоэффективный способ сушки ила и устройство для осуществления способа.

Ключевые слова: осадочный ил, влагосодержание, скорость сушки, энергетическая эффективность.

Осадочный ил промышленных и бытовых канализационных стоков содержит большое количество коллоидных и мелкодисперсных твердых частиц, образующих в смеси с водой пастообразную массу, трудно поддающуюся высушиванию. Влагосодержание иловой массы складируемой на полевых полигонах мало изменяется в естественных условиях и по истечении нескольких лет может составлять 300 % и выше. Важность решения задач по устранению занимающих большие площади земли многочисленных иловых полигонов в стране и переработки накопленного ила для получения полезных продуктов обуславливает необходимость изучения и последующего промышленного применения процесса искусственной сушки осадочного ила сточных вод. Процесс сушки ила входит составной частью в технологию его переработки.

С целью определения свойств осадочного ила, как высушиваемого материала, были проведены лабораторные исследования. Установлено, что механический отжим капилярно-связанной влаги в образце ила с начальной влажностью 340 % и с мелкодисперсной основой сухого вещества при приложении нагрузки величиной 9 кг/см2 не дает положительного результата. Естественное высушивание образца ила размером 10х20х10 мм в вытяжном шкафу в условиях свободно-конвективного теплообмена с окружающим воздухом при температуре 28 °С показало, что в течение суток влагосодержание образца уменьшилось с 340 % до величины 120 %.

Основные эксперименты состояли в высушивании образца в форме цилиндра диаметром 45 мм, длиной 140 мм, который размещался в сушильном шкафу на подвесе, соединенном с аналитическими весами. Температура воздуха в рабочей камере шкафа была постоянной во времени и составляла

150 °С.

293

В условиях экспериментов для измерения влагосодержания образца ила от начального значения Uнач = 340 % до значения U = 17,6 % потребовалось 7,65 часа, а через 9,5 часов высушивания влагосодержание достигло 1,8 %. Скорость сушки образца ила в периоде постоянной скорости сушки составляла N1 = 66 %/ч. Критическая влажность ила, соответствующая переходу от периода постоянной скорости сушки к периоду падающей скорости сушки, имела величину Uкр = 235 %. Столь большое значение Uкр указывает на наличие значительного количества связанной влаги в иле, которая трудно удаляется при высушивании.

Аппроксимация полученных опытных данных для периода падающей скорости сушки привела к зависимости для скорости сушки в периоде

N2 = 17 + 0,2U, %/ч.

Полученные данные по скорости сушки ила дают возможность определять время сушки и в режимах, отличающихся от опытного, при использовании для этого, например, расчетного метода В.В. Красникова [1].

Процесс высушивания осадочного ила отличается большой энергозатратностью. Расчеты показывают, что при изменении влагосодержания ила от 340 % до 40 % удельный расход тепла, включающий в себя затраты на нагрев исходных иловых осадков, испарение влаги и разнообразные потери тепла в сушильном устройстве, составляет не менее 4000 кДж/кг испаренной влаги.

Авторами разработана энергосберегающая многоленточная сушилка осадочного ила, в которой основным греющим теплоносителем, поступающим во внутренние регистры сушилки, является выделяющийся при сушке ила пар, который подвергается сжатию в компрессоре. Сушильным агентом служит тот же пар испаряющейся из ила воды и заполняющей рабочую камеру сушилки. Данный пар – сушильный агент является перегретым. Тепло для перегрева он получает от стенок внутренних регистров. В сушилке реализован принцип действия теплового насоса, в составе которого используется струйный или механический компрессор. Согласно расчетам, удельный расход энергии, подводимой к сушилке от внешних источников, составит 2300 кДж/кг испаренной влаги, что существенно ниже названных выше затрат энергии при традиционной тепловой сушке.

Литература 1. Красников В.В. Методы анализа и расчета кинетики сушки //

Химическая промышленность. 1979. №7. с. 40 — 43.

294

УДК 537.31

ЭЛЕКТРОПРИВОД НАМОТОЧНОГО СТАНКА С СИСТЕМОЙ ПОДЧИНЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ

А.М. Литвиненко1, Д.С. Баранов2, А.Е. Новиков3 1Д-р техн. наук, профессор, den.baranov.1993@bk.ru

2Аспирант, den.baranov.1993@bk.ru

3Аспирант, andreuis@mail.ru

1, 2,3ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Приведена структурная и функциональная схема электропривода намоточного станка, построена и проанализирована модель, произведена настройка контуров регулирования.

Ключевые слова: намоточный станок; электропривод намоточного станка; асинхронный двигатель, преобразователь частоты, математическое моделирование.

Комплексная автоматизация и механизация электроприборостроения, направленная на повышение производительности труда, снижение себестоимости продукции и повышение качества изделий, немыслима без широкого внедрения новейшей техники и прогрессивной технологии [1].

Малая производительность и недостаточная надежность существующего намоточного оборудования, отсутствие централизованного выпуска, низкий уровень механизации и автоматизации – все это привело к тому, что удельный вес намоточных работ на протяжении многих лет практически остается неизменным.

Выпускаемые малыми партиями намоточные станки далеко не удовлетворят потребностям производства по техническим данным, а отдельные части конструкции станков, созданные некоторыми организациями, зачастую являются узкоспециализированными и остаются достоянием небольшого круга предприятий [2]. Поэтому имеется острая необходимость в высокопроизводительных станках рядового наматывания.

Станки кольцевого наматывания имеют существенные технологические и конструктивные недостатки: небольшой диапазон технологических возможностей, неточность раскладки провода по шагу, низкая производительность.

Важной задачей является создание работоспособных станков для изготовления миниатюрных катушек с внутренним отверстием после наматы-вания менее 1 мм [3].

В настоящее время широкое распространение получили различные устройства управления намоточными станками, которые ведут к повышению качества намотки [4]. Для намотки сверхтонкого эмальпровода, был выбран электропривод намоточного станка, функциональная схема которого изображена на рисунке.

295

Функциональная схема электропривода намоточного станка 1 - устройство с числовым программным управлением; 2 - регулятор положения;

3- регулятор скорости; 4 - регулятор тока; 5 - преобразователь частоты; 6 - асинхронный двигатель; 7 - датчик скорости; 8 - датчик тока; 9 - исполнительный механизм (укладчик)

В результате проведенных исследований была построена структурная и функциональная схема электропривода намоточного станка, построена и проанализирована модель. Рассчитаны основные параметры электропривода намоточного станка. Настройка контуров регулирования осуществился с помощью системы подчинённого управления [5]. Система подчинённого управления электропривода намоточного станка состоит из трех контуров: контура тока, контура скорости и контура положения. Настройка и построение данных контуров было осуществлено в пакете MATLAB & Simulink. Из результатов исследования следует, что введение блока учета растяжения в системе управления намоточного станка позволяет снизить динамические нагрузки на рабочий участок провода, что ведет к уменьшении брака. По данным опытной эксплуатации удалось снизить процент брака с 30% до 15%.

Литература

1. V.M. Terekhov Control systems of electric drives: a textbook for stud. supreme. training. institutions. Ed. V.M.Terekhov. - 2 nd ed., Sr. - M .: Publishing Center "Akademiya", 2006. - 304 s.

2. Grigorev M.A. [Extreme performance of electric drives with fieldregulated reluctance machine and with other motor types]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Power Engineering, 2009, no. 34 (167), pp. 51–55.

3. J. Shaw, Analysis of Traditional PID Tuning Methods, presented at the Instrument Society of America conference, Chicago, IL, September, 1993

4. Usynin Yu.S., Grigorev M.A., Shishkov A.N. et al. [Parametric optimization of variable speed drives]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Power Engineering, 2012, no. 37 (296), pp. 30–33.

5. H. Wade, Course notes for Principles of Applied Automatic Control (an ISA short course), Instrument Society of America, 1992 Grigorev M.A. [Electric drive with field regulated reluctance machine]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Elektromekhanika [Bulletin of the High Schools. Electromechanics], 2013, no. 4, pp. 32–36.

296

УДК 621.314

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА БАЗЕ БЕСКОНТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИСТОЧНИКОМ ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТИ

С.А. Винокуров1, О.А. Киселёва2, А.Ю. Тимошкин 3, Т.В. Попова4, А.М. Щербаков5 1Канд. техн. наук, доцент, stvinokurov@rambler.ru

2 Старший преподаватель кафедры, kis.ola@mail.ru

3Студент, styl31@yandex.ru

4Доцент кафедры, popova1958@inbox.ru

5Кандидат. техн. наук, 89601257555@mail.ru

1-5ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В данной работе приводятся результаты исследования электромагнитной совместимости электропривода с бесконтактным двигателем постоянного тока с источниками ограниченной мощности.

Ключевые слова: электромагнитная совместимость, бесконтактный двигатель постоянного тока, источник постоянного напряжения ограниченной мощности.

Питание электроприводов с бесконтактными двигателями постоянного тока (БДПТ) от источников ограниченной мощности, таких как аккумуляторы и солнечные батареи, требует исследования их электромагнитной совместимости при соблюдении условий электромеханической совместимости. При питании от источников постоянного тока инвертор является формирователем высших гармоник в сети, причем амплитуды и частоты этих гармоник зависят от алгоритмов управления, формируемых в системе управления. В этих случаях преобразование энергии происходит один раз при формировании управляющего дискретного поля [1, 2], а падение напряжения на внутреннем сопротивлении сети будет зависеть от рабочего вращающегося поля тока. Состояния инверторов характеризуются подключением источника питания к нагрузке (формирование управляющих импульсов) и процессами, которые формируются при нулевых импульсах без подключения к источнику. Потребляемый ток из сети будет совпадать с током, формирующим рабочее поле, только во время существования ненулевого управляющего импульса.

Отсюда следует, что потребляемый ток можно определить из уравнения

где UH - постоянное напряжение с искажающими составляющими в точке

общего подключения остальных нагрузок; U - постоянное напряжение источника; i - ток, сформированный рабочим вращающимся полем; R, L - активное и реактивное сопротивления проводов, соединяющих инвертор с сетью. Рабочее вращающееся токовое поле будет зависеть не только от

297

управляющего воздействия, но и от того, как обеспечена электромеханическая совместимость

электромагнитный, как функция момента времени (наличие управляющего или нулевого вектора) и тока; MH (t) - момент нагрузки, как функция времени

(функции технологического процесса во времени).

Рассмотрим электропривод с БДПТ без электромеханического датчика положения ротора. Роль электромеханического датчика выполнит наблюдатель состояния, который по косвенным измерениям сформирует сигнал обратной связи, содержащей информацию о состоянии системы [3, 4]. Наблюдатель состояния обладает более высокой надежностью.

Задача электромагнитной совместимости становится многокритериальной и включает в себя: решение вопроса электромеханической совместимости электропривода с нагрузкой; обеспечение потребления тока инвертором из сети с минимальным содержанием высших гармонических составляющих; использование критерия оценки, который базируется не на суммарном среднем значении, а оценивается по максимальной амплитуде из всех гармонических составляющих; выбор структуры наблюдателя состояния; разработка алгоритма управления инвертором (формирование дискретного управляющего поля).

Литература

1.Винокуров С.А. Вариации импульсного управления бесконтактным двигателем постоянного тока/ С.А. Винокуров, О.А. Киселёва, Т.В. Попова// Энергия – ХХ1 век.2016. №1(93) С.53-59.

2.Киселёва О.А. Дискретный эквивалент идеальному векторному управлению бесконтактным двигателем постоянного тока/ О.А. Киселёва, С.А. Винокуров, Т.В. Попова// Моделирование, оптимизация и информационные технологии, 2017. №1 (16). С.16.

3.Винокуров С.А., Киселёва О.А., Рубцов Н.И. Эволюция состояния наблюдателя от импульса к импульсу в электроприводе с бесконтактным двигателем постоянного тока. Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2019; 7(4). Доступно по: https://moit.vivt.ru/wp-

применения наблюдателя состояний в бесконтактном двигателе постоянного тока. Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2019; 7(4).

298

УДК 621.314

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ С БЕСКОНТАКТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

О.А. Киселёва1, С.А. Винокуров2, Т.В. Попова3, А.Ю. Тимошкин4, В.В. Бабенко5 1 Старший преподаватель кафедры, kis.ola@mail.ru

2Канд. техн. наук, доцент, stvinokurov@rambler.ru 3Доцент кафедры, popova1958@inbox.ru

4Студент магистратуры, styl31@yandex.ru

5Аспирант, vova.babenko.94@mail.ru

1-4 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В данной работе приводятся результаты исследования дискретно - непрерывных систем управления в электроприводе с бесконтактным двигателем постоянного тока с позиции гибридных систем.

Ключевые слова: энергосберегающее управление, бесконтактный двигатель постоянного тока, дискретно-непрерывная система управления.

Электропривод с бесконтактным двигателем постоянного тока (БДПТ) можно рассматривать как гибридную систему, это связано с тем, что происходит последовательное сменяющееся подключение базовых векторов, которые определяют режимы функционирования.

Непрерывными режимами можно считать в таких системах условия, при которых формируется управляющий сигнал в определенном базовом векторе, а переключение от вектора к вектору – дискретным действием. Такую систему управления ещё называю пространственно-временной системой, так как в ней необходимо учитывать геометрию расположения базовых векторов [1, 2].

Дискретные системы с БДПТ можно рассмотреть с позиции дискретизации по времени (случай широтно - импульсной модуляции в инверторе, не связанный с переключением базовых векторов).

Дискретизация по пространству – это использование в управлении только базовых векторов, переключающихся по определенному алгоритму.

Дискретизация по пространству и времени – это обеспечение импульсного управления отдельно в каждом базовом векторе при их переключении [3].

Нагрузкой источника питания переменного тока является управляемый или неуправляемый выпрямитель, а выпрямитель питает инвертор, инвертор в свою очередь формирует дискретное вращающееся поле. Ток, который потребляется из сети, определяется нагрузкой на валу электрической машины. Величина и форма тока определяется не только нагрузкой, но и законом формирования дискретного вращающегося поля. Особый интерес представляют системы с наблюдателями состояний [4].

При исследовании возможностей энергосберегающего управления в

299