Учебное пособие 800352
.pdfМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный технический университет»
ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ, ЭНЕРГЕТИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ
Труды Всероссийской студенческой научно-технической конференции
(г. Воронеж, 9-10 ноября 2020 г.)
Воронеж 2020
УДК 21.3:621.38(06)
ББК 31.2.22я4 П759
Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники:
П759 труды Всерос. студенческой науч.-техн. конф. [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (1,7 Мб). – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2020.
– 1 электрон. опт. диск (CD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением 1024x768; Adobe Acrobat;
CD-ROM дисковод; мышь. – Загл. с экрана.
ISBN 978-5-7731-0907-5
В трудах конференции рассмотрены вопросы оптимального проектирования, управления, эксплуатации устройств электромеханики, энергетики, электроники с использованием математических ифизических моделей.
Материалы сборника соответствуют научному направлению «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии, электротехнические комплексы и системы управления» и перечню критических технологий Российской Федерации, утвержденному Президентом РФ.
Сборник предназначен для научных работников, инженеров и обучающихся по электроэнергетическим направлениям. В издании использованы авторские рисунки и иллюстрации, взятые из открытых источников Интернета.
УДК 621.3:621.38(06)
ББК 31.2.22я4
Редакционная коллегия:
В. П. Шелякин − канд. техн. наук, доц. − ответственный редактор,
Воронежский государственный технический университет;
А. В. Тикунов − канд. техн. наук, доц., Воронежский государственный технический университет;
Н. В. Ситников − канд. техн. наук, доц.,
Воронежский государственный технический университет;
С. А. Горемыкин − канд. техн. наук, доц. − ответственный секретарь, Воронежский государственный технический университет
Рецензенты: кафедра электроэнергетики Международного института компьютерных технологий, г. Воронеж (канд. техн. наук, доц. П. Ю.Беляков);
канд. техн. наук, доц. В. А. Трубецкой
Издается по решению научно-технического совета Воронежского государственного технического университета
ISBN 978-5-7731-0907-5 |
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный |
|
технический университет», 2020 |
ВВЕДЕНИЕ
Слово к читателю
У каждого молодого человека, стоящего на пороге взрослой жизни, есть своя мечта. Один мечтает о славе, другой – о достатке, третий – о впечатляющих приключениях…
Однако опыт, накопленный многими поколениями, свидетельствует, что наиболее содержательная жизнь всегда связана с творчеством, с созидательной деятельностью, поиском решений задач, которых еще никто не решил. Это – тропа первопроходцев. Умение сформулировать задачу и найти оптимальное ее решение – это надежный старт для содержательной интересной жизни.
Авторы сборника делают попытку стать на эту стезю. Хочется пожелать им твердости поступи и уверенности в успехе. Пусть выступление в этом сборнике и станет началом содержательной жизни, насыщенной захватывающими приключениями, созидательным трудом, научным поиском. Нужно только помнить, что успехи всегда окрыляют, придают уверенность, раздвигают горизонты поиска. Но не следует пренебрегать неудачами и огорчаться из-за них. Они должны закалять характер, воспитывать настойчивость и все то, что неизбежно приводит к новым успехам. Знание и опыт – главное богатство каждого человека. Это богатство следует приумножать постоянно.
Все мы ценим наследие предыдущих поколений первооткрывателей. Только благодаря их достижениям мы сегодня совершаем новые открытия, создаем изобретения. Наша задача – своими результатами еще выше поднять вершины знаний и умений. И здесь – наша ответственность перед потомками.
Хочется от всей души пожелать всем молодым авторам сборника уверенности в поиске и успехов в созидании.
Председатель орг. комитета |
Шелякин В. П. |
заведующий кафедрой ЭМСЭС |
|
3
УДК621.315.1
А.Е. Комлев, Д.В. Гусаков, Ю.А. Перцев, С.Г. Зеленская
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЁЖНОСТИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
Рассматриваются методы оценки надёжности высоковольтных линий электропередач, их преимущества и недостатки
Ключевые слова: метод оценки, показатель надёжности, аналитический, статистический, топологический, физический, методы
Оценка надежности высоковольтных линий электропередач (ВЛЭП) может проводиться в зависимости от принципов расчета и состава рассчитываемых показателей надёжности. Классификация методов оценки надёжности в условиях резко континентального климата приведена на (рисунок).
Классификация методов оценки надёжности при резко континентальном климате
Для определения показателей надежности различных технических систем можно использовать такие методы, как физические, аналитические, топологические, статистические:
Сущность физических методов сводится к тому, что реальное состояние объекта оценивается чисто физически. Данные методы
4
позволяют исследовать причины и последствия различных процессов, следить за ходом событий и анализировать его. Основным преимуществом физических методов является то, что решения принимаются по результатам формул, а это, в свою очередь, позволяет исследовать влияние различных факторов и найти лучшее решение;
Статистические методы - основываются на проведённых экспериментах, из-за чего получаются более достоверными и надёжными, в следствие чего не требуется делать перепроверку. Данные методы интегрально учитывают комбинацию произошедших в реальности событий, которые послужили причиной отказа оборудования. Однако, у них есть серьёзный недостаток – статистические методы не раскрывают сущности событий, что, в результате, относит их к ненаглядным методам;
Топологические методы основаны на произведении анализа структурно-функциональных схем объекта, они зачастую применяются при моделировании различных электротехнических систем, в том числе они могут использоваться для ВЛЭП с достаточно высокой эффективностью. Главное преимущество и отличие топологических методов от других - высокая точность и наглядность;
Аналитические методы базируются на использовании теорем из теории вероятности, с помощью которых проводятся связи между тремя столпами данного метода - состоянием системы, её элементами и событиями.
Все методы, указанные выше, необходимо использовать с учётом постановки конкретной цели и задачи. При попытке выяснить причину аварии временами появляется необходимость прогнозирования отказов на определённое время, принимая во внимание климатические особенности региона. В подобных случаях используется корреляционно-регрессивный метод.
Воронежский государственный технический университет ВУНЦ ВВС ВВА им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарин
5
УДК 621.313
М.А. Попурей, Е.Л. Савельева
ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКАЗОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Рассматривается вывод формул и графиков для подтверждения законов распределения отказов электрических машин. Вывод основывается на различных законах распределения во времени
Ключевые слова: экспоненциальный закон, нормальный закон, количественные характеристики надежности
К всевозможным законам распределения во времени можно отнести и отказы в работе технических приборов. Основные из них: экспоненциальный, нормальный (Гаусса), Вейбулла, Пуассона и другие.
Экспоненциальному закону распределения подчиняются, например, отказы электрических машин в этапе соответствующей эксплуатации, а в самих машинах – коллекторный узел. Характер распределения для P(t), Q(t), λ(t), ν(t) показан на (рис. 1).
Рис. 1. График зависимостей характера распределения
Нормальный закон (Гаусса) предполагает: при группировании среднего значения с определенными частотами происходит распределение случайных величин. Кривая представлена в виде колоколоподобной формы, которая показана на (рис. 2).
6
Рис. 2. Кривая нормального закона (Гаусса)
В этом случае P(t), Q(t), λ(t), ν(t), Tср описываются уравнениями:
P(t) 1 Ф(x) , 1 Ф( y)
Q(t) 1 P(t) ,
|
|
|
|
|
(t) |
|
|
2 |
|
|
|
e x2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
(1) |
|||||||
|
|
|
|
(1 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П |
|
|
Ф( y)) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Tср |
Tp |
e y2 |
|
, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 Ф( y) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
x |
t T |
p |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
y |
Tp |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Ф(х) и Ф(у) – интегралы вероятности, определяемые по
табл.;
Tp – среднее значение долговечности устройствa;
δ – среднее квадрaтическoе отклонение времени меж двумя отказами.
На (рис. 3) показаны количественные характеристики надежности технического устройства по нормальному распределению.
7
Рис. 3. График характеристик надежности устройства
В электрических машинах по закону нормального распределения изменяется надежность в период износа (рис. 4), а в самой машине, как составная часть – работа щеточного узла.
Рис. 4. График изменения надежность в период износа
Определим надежность двигателя в период износа, если известно, что: λ≈15·10-6 ч-1 для периода нормальной работы: Tp=12000
ч;σ=2000 ч. Расчет выполним для t = 8000, 10000, 12000 ч.
В период износа надежность двигателя будет понижаться, как от износовых отказов, так и от возможных в данный период мгновенных отказов почти с той же интенсивностью λ, что и в этап нормальной эксплуатации. Понижение надежности двигателя, в соответствии с уравнением (2) от внезапных отказов будет составлять.
8
|
|
|
|
|
P(t) e t , |
|
|
||
|
|
|
|
|
Q(t) 1 P(t), |
|
|||
const, |
|
(2) |
||
|
||||
(t) P(t), |
|
|||
|
|
|
|
|
Tср |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
||
Получим: |
|
|
|
|
P(8000) e 80001510 6 e 0,12 0,890; |
|
|||
P(10000) e 100001510 6 |
e 0,15 |
0,860; |
|
|
P(12000) e 120001510 6 |
e 0,18 |
0,840. |
|
|
Вероятность безотказной работы в период износа двигателя определяется по закону нормального распределения (1):
|
1 |
8000 12000 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Ф |
|
|
|
|
|
|
1 Ф( 1,41) |
|
1 0,9523 |
|
|||
|
|
2000 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
PИ |
(8000) |
|
|
2 |
|
|
0,97, |
|||||||
|
|
|
12000 |
|
|
1 |
Ф(4,26) |
2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
1 Ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
2000 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|||
где Ф( 1,41) 0,9523; Ф(4,26) 1 интегралы из табл.
PИ (10000) 0,838, PИ (12000) 0,5.
Совокупность вероятностей бесперебойной работы двигателя в момент износа станет равной:
Интенсивность отказов двигателя будет:
9
|
|
|
|
|
|
8000 12000 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e 2 |
|
|
2 |
|
|
|
e |
2 2000 |
|
|
|
|
|
2 |
|
||||
(8000) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8000 12000 |
|
|
2000 1 Ô( 1,41) |
|||||||||
|
|
2000 |
1 |
Ô |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
2000 |
2 |
|
|
|
|
|
|||||
2,78 10 5 ÷ 1;
(10000) 14,2 10 5 ч 1 ;
(12000) 39,8 10 5 ч 1.
До первого отказа средняя наработка будет равна:
|
|
|
2000 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12000 2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
12000 |
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
12000ч. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Tср |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2000 |
|||||||
|
|
12000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
1 |
Ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Таким образом, из расчетов видно, что на каждые 100 двигателей к завершению срока долговечности риск выхода из строя составляет 58 двигателей. Можно заметить: при приближении времени работы к установленному сроку долговечности интенсивность отказов с течением времени будет беспрерывно и существенно повышаться.
Литература
1.Котеленец Н.Ф., Кузнецов Н.Л. Испытания и надежность электрических машин: Учеб. пособие для вузов по спец. "Электромеханика". М.: Высш. шк., 2008. 232 с.
2.Ермолин Н.П., Жерихин И.П. Надежность электрических машин.
Л.: Энергия, 2006. 248 с.
Воронежский государственный технический университет
10