Прокладка силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10 кВ осуществляется в грунт или кабельные каналы, во время прокладки возникает необходимость
в соединении двух строительных длин кабелей. Соединение совершается при помощи соединительной муфты. Конструкция муфты аналогична конструкции кабеля, но радиально имеет большие размеры по следующим причинам: болтовое соединение жил и большие толщины изоляции. При протекании номинального тока через жилу выделяется тепло согласно закону Джоуля–Ленца. Проводимость болтового соединения ниже проводимости жилы, а также муфта имеет большее тепловое сопротивление, чем кабель. В данной статье с учетом сделанных допущений и граничных условий разработана трехмерная математическая модель процессов теплопереноса и электромагнетизма в кабельной линии в условиях прокладки кабеля с соединительной муфтой
в земле. Численная реализация поставленной математической модели осуществлялась с по
мощью метода конечных элементов в одном из программных пакетов ANSYS в среде Fluent. Произведен анализ работы кабельной линии и муфты кабеля марки ПвП 1×400 на постоянное напряжение 10 кВ. В результате численного решения были определены температурные поля
в муфтовом соединении силового кабеле и окружающей среде. В результате анализа полученных результатов распределения температурных полей были определены оптимально допустимые токовые нагрузки.

Ключевые слова: муфта, силовой кабель, распределение температурного поля.

Зыков Антон Сергеевич (Пермь, Россия) – магистрант Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: toni.zykov.95@mail.ru).

Труфанова Наталия Михайловна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Конструирование и технологии в электротехнике» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр-т, 29, e-mail: ktei@pstu.ru).

1. Кабельный справочник [Электронный ресурс]. – URL: https://k-ps.ru/spravochnik/kabeli-silovyie/s-izolyacziej-iz-sshitogo-polietilena-10kv/pvp-10kv (дата обращения: 28.05.2017).
2. ГОСТ 55025-2012. Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение от 6 до 35 кВ включительно //Доступ из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.
3. Все про полиэтилен [Электронный ресурс]. – URL: https://propolyethylene.ru/shitiy/ (дата обращения: 28.05.2017).
4. Proelectro2 [Электронный ресурс]. – URL: http://www.proelec­tro2.ru/info/id_36 (дата обращения: 28.05.2017).
5. Ремонтно-механический завод [Электронный ресурс]. – URL: https://www.mrmz.ru/electro/kabel/ (дата обращения: 28.05.2017).
6. МПК «Энергосфера» [Электронный ресурс]. – URL: http://mpk-energosfera.ru/products/21/1295/ (дата обращения: 28.05.2017).
7. РуКадКам [Электронный ресурс]. – URL: http://rucadcam.ru/publ/cae_programmy/ansys/ansys/14-1-0-20 (дата обращения: 28.05.2017).
8. ANSYS [Электронный ресурс]. – URL: http://cae-expert.ru (дата обращения: 28.05.2017).
9. Лавров Ю.А. Кабели 6–35 кВ с пластмассовой изоляцией. Факторы эксплуатационной надежности [Электронный ресурс] // Новости электротехники. – 2006. – № 6(42). – URL: http://www.news.elteh.ru/arh/2006/42/15.php (дата обращения: 01.10.2014).
10. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов: справочник. – М.: Физматгиз. 1959. – 356 с.
11. Технические свойства полимерных материалов: учеб.-справ. пособие / В.К. Крыжановский [и др.]. – 2-е изд., испр. и доп. – СПб.: Профессия, 2005. – 248 с.
12. Расчет допустимых нагрузок одножильных кабелей с пластмассовой изоляцией / Э.Т. Ларина [и др.] // Электротехника. – 1991. – № 3. – С. 28–31.
13. Тадмор З., Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров. – М.: Химия, 1984. – 632 с.
14. Бернхардт Э. Переработка термопластических материалов. – М.: Химия, 1965. – 747 с.
15. Силин В.А. Динамика процессов переработки пластмасс в червячных машинах. – М.: Машиностроение, 1972. – 150 с.
16. ГОСТ Р МЭК60287-1-1-2009. Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Ч. 1–1. – М.: Стандартинформ, 2009. – 28 с.
17. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород: учеб. для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1984. – 359 с.
18. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (утв. приказом Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г. № 229) [Электронный ресурс]. – URL: http://base.garant.ru/186039/#block_58 (дата обращения: 05.07.2014).
19. 3D-анализ теплового и контактного сопротивления силового кабельного соединения / Фан Янг, Пенг Ченг, Ханву Ляо, Янгминг Янг, Хайбо Лиу, Кай Канг // Прикладная тепловая техника. – 2016. – Т. 93. – С. 1183–1192.
20. Вассерман А.А., Казавчинский Я.З., Рабинович В.А. Теплофизические свойства воздуха и его компонентов. – М.: Наука, 1966. – 375 с.
21. Вассерман А.А., Рабинович В.А. Теплофизические свойства жидкого воздуха и его компонентов. – М.: Изд-во стандартов, 1968. – 239 с.
22. Термодинамические свойства воздуха / В.В. Сычев, А.А. Вассерман, А.Д. Козлов, Г.А. Спиридонов, В.А. Цымарный. – М.: Изд-во стандартов, 1978. – 276 с.
23. Camerlingh Onnes H. Expression of the equation of state of gases and liquids by means of series // Comm. Leiden. – 1901. – № 71. – Р. 1–25.
24. Боголюбов Н.Н. Проблемы динамической теории в статистической физике. – М.: Гостехиздат, 1946. – 118 с.
25. Баскаков А.П. Теплотехника. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 224 с.

Исследуются возможности построения многосвязных систем автоматического управления газотурбинными электростанциями. Изучаются современные тенденции развития адаптивного управления и перспективы его применения в электроэнергетике. Известно, что предприятия отечественного авиационного двигателестроения выпускают газотурбинные установки (ГТУ) не только для авиации, но также для построения электростанций различной мощности. Известно, что ГТУ является работоспособной лишь при наличии системы автоматического управления (САУ), поэтому задачам совершенствования САУ ГТУ уделяется серьезное внимание. В ГТУ, предназначенных для электростанций, возникает необходимость обеспечения заданных показателей качества электроэнергии в условиях постоянно изменяющихся электрической нагрузки
и режимов работы электростанции, что увеличивает требования к САУ. Рассматриваются способы для существенного улучшения параметров многосвязных систем автоматического управления за счет использования регуляторов, построенных с применением алгоритмов нечёткой логики, введение адаптивного САУ с эталонной моделью и САУ с настраиваемой моделью, нейронных сетей. Исследуются возможности их построения, анализируются их преимущества и недостатки. В качестве метода адаптации целесообразно выбрать метод, основанный на функции Ляпунова, из соображений сокращения времени поиска экстремума. В качестве модели ГТУ используется сложная динамическая модель ОАО «Авиадвигатель» (г. Пермь), предназначенная для тестирования алгоритмов управления и использования в составе полунатурных испытательных стендов. В качестве модели САУ используется программный код штатной САУ электроэнергетической ГТУ. Выполнен анализ современных тенденций развития адаптивного управления и перспектив его применения в электроэнергетике. Модели выполняются совместно в составе программного моделирующего комплекса КМЭС и MatLab.

Ключевые слова: газотурбинная установка, многосвязная система автоматического управления, моделирование, адаптивная система автоматического управления, сравнительный анализ.

Зиятдинов Илья Рудольфович (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Электротехника и электромеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: i.ziyatdinoff@mail.ru).

Кавалеров Борис Владимирович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электротехника
и электромеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: kbv@pstu.ru).

1. Хронин Д.В. Конструкция и проектирование авиационных ГТД. – М.: Машиностроение, 1989.

2. Проблемы проектирования и развития систем автоматического управления и контроля ГТД / С.Т. Кусимов, Б.Г. Ильясов, В.И. Васильев, Р.А. Мунасыпов [и др.]. – М.: Машиностроение, 1999. – 609 с.

3. Анализ и синтез линейных интервальных динамических, систем (состояние и проблемы) / Ю.М. Гусев, В.Н. Ефанов, В.Г. Крымский, В.Ю. Рутковский // Известия АН СССР. Техническая кибернетика. – 1991. – № 1. – С. 3–24. – № 2. – С. 3–30.

4. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения (Взамен ГОСТ 13109-87; введ. 01.01.99 г.). – М.: Изд-во стандартов, 1998. – 34 с.

5. ГОСТ Р 50783-95. Электроагрегаты и передвижные электростанции с двигателями внутреннего сгорания. Общие технические требования. – М.: Изд-во стандартов, 1995. – 45 с.

6. Овчаренко Н.И. Автоматика энергосистем. – М.: Изд. дом МЭИ, 2007. – 476 с.

7. Зиятдинов И.Р., Кавалеров Б.В., Крылова И.А. Исследование адаптивного алгоритма управления с газотурбинными установками учетом динамики синхронного генератора // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 6–2. – С. 235–240.

8. Кавалеров Б.В., Бахирев И.В. Построение упрощенной модели ГТУ с учетом основных физических принципов преобразования энергии // Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в энергетике: материалы VIII Всерос. (с междунар. участ.) науч.-техн. интернет-конф. – Пермь Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. – С. 142–153.

9. Зиятдинов И.Р., Кавалеров Б.В. Исследование системы управления с эталонной моделью и параметрической настройкой для электроэнергетической газотурбинной установки // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 12–6. – С. 1107–1111.

10. Зиятдинов И.Р., Кавалеров Б.В., Бахирев И.В. Исследование системы управления с эталонной моделью и сигнальной настройкой для электроэнергетической газотурбинной установки // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 6–2. – С. 235–240.

11. Методические основы аналитического конструирования регуляторов нечеткого управления / В.М. Лохин, И.М. Макаров,
С.В. Манько, М.П. Романов // Известия РАН. Теория и системы управления. – 2000. – № 1. – С. 56–69.

12. Mamdani E.H. Applications of Fuzzy Algorithm for Control of Simple Dynamic Plant // Proc. of the IEEE. – 1974. – Vol. 121, № 12. –
P. 1585–1588.

13. Кавалеров Б.В., Бахирев И.В. Нечеткое управление газотурбинной установкой // Вестник ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. – 2016. – № 3. – С. 66–68.

14. Бахирев И.В., Кавалеров Б.В. Исследование варианта структуры нечеткого ПИД-регулятора частоты вращения электроэнергетической газотурбинной установки // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2014. – № 6. – С. 65–70.

15. Друки А.А. Применение сверточных нейронных сетей для выделения и распознавания автомобильных номерных знаков на изображениях со сложным фоном // Известия Томск. политехн. ун-та. – 2014. – Т. 324. – № 5.

16. Роберт К. Основные концепции нейронных сетей: пер. с англ. – М.: Вильямс. – 2014. – 287 с.

17. Artificial neural network–based system identification for a single-shaft gas turbine / H. Asgari [et al.] // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. – 2013. – Т. 135. – № 9. – С. 9–26.

18. Килин Г.А., Зиятдинов И.Р., Кавалеров Б.В. Использование нейросетевой модели для настройки автоматических регуляторов газотурбинной электростанции // Известия УГГУ. – 2016. – № 2(42). – C. 66–69.

19. Комплекс математических моделей электрогенератора и электросети «КМЭС» / А.Б. Петроченков, Б.В. Кавалеров, А.А. Шигапов [и др.] // Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2011611839. 2011. Бюл. № 24.

20. Гольберг Ф.Д., Батенин А.В. Математические модели газотурбинных двигателей как объектов управления. – М.: Изд-во МАИ, 1999. – 82 с.

Рассмотрен аналитический подход к оптимальной широтно-импульсной модуляции. При этом широтно-импульсная модуляция в работе понимается как процесс аппроксимации импульсами (модулированного) напряжения желаемого, гладкого (модулирующего) напряжения, которое необходимо для формирования тока нагрузки. Под ошибкой модуляции по току понимается разность между током, порождаемым модулированной функций напряжения, и током, порождаемым модулирующей функций напряжения. Мера качества модуляции трактуется как числовая интегральная характеристика квадратичной ошибки модуляции (дисперсии) на некотором временном интервале. Под двухфазной модуляцией понимается модуляция двумя полумостами. Для мостовой электронно-ключевой схемы получено выражение дисперсии тока в нагрузке. Синтезированы формулы для коммутационных функций полумостов. Показано, что алгоритм двухфазной широтно-импульсной модуляции имеет три свободных переменных, по которым может производиться поиск минимума дисперсии тока в нагрузке, которая является фильтром низкой частоты. Введено понятие нулевой потенциальной функции как свободной переменной, по которой ведется оптимизация. Найдено ее выражение, которому соответствует минимум дисперсии тока при двухфазной модуляции. Получены формулы для определения параметров, характеризующих положение импульсов потенциалов полумостов на интервале широтно-импульсной модуляции. Показано, что оптимальное расположение импульсов на периоде широтно-импульсной модуляции позволяет существенно снизить дисперсию тока при относительной частоте модуляции, меньшей 40. При относительной частоте модуляции, большей 40, оптимальной становится модуляция с центрально-симметричным положением импульсов на интервале модуляции. Описанный в работе подход к двухфазной оптимальной широтно-импульсной модуляции может быть обобщен на многофазную широтно-импульсную модуляцию.

Ключевые слова: широтно-импульсная модуляция, двухфазная, качество модуляции, дисперсия тока, оптимизация.

Белоусов Игорь Владимирович (Санкт-Петербург, Россия) – доцент кафедры «Электропривод и электрооборудование береговых установок» ГУМРФ им. адмирала С.О. Макарова (198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7, e-mail: ibel@bk.ru).

Самосейко Вениамин Францевич (Санкт-Петербург, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Электропривод и электрооборудование береговых установок» ГУМРФ им. адмирала С.О. Макарова» (198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7, e-mail: samoseyko@mail.ru).

1. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: учеб. пособие. – М.: Юрайт, 2012. – 667 с.

2. Holtz J. Pulsewidth modulation for electronic power conversion // Proc. IEEE. – 1994. – Vol. 82. – № 8. – P. 1194–1214.

3. Holmes D.G., Lipo T.A. Pulse width modulation for power converters: Principles and Practice. – New-York: Wiley-IEEE Press, 2003. – 734 p.

4. Trzynadlowski A.M., Kirlin R.L., Legowski S.F. Space vector PWM technique with minimum switching losses and a variable pulse rate // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 1997. – Vol. 44. – № 2. – P. 173–181.

5. Boller T., Holtz J., Rathore A.K. Optimal Pulsewidth Modulation of a Dual Three-Level Inverter System Operated from a Single DC // IEEE Energy Conversion Congress and Exposition – ECCE, 2011. – Р. 3406–3410.

6. Holtz J., Oikonomou N. Optimal Control of a Dual Three-Level Inverter System for Medium-Voltage Drives // IEEE Transactions on Industry Applications. – 2010. – Vol. 46, № 3. – P. 1034–1041.

7. Халас Ш. Оптимизация управления инверторами напряжения в асинхронном электроприводе // Электричество. – 1993. – № 1. – C. 43–48.

8. Чаплыгин Е.Е. Двухфазная широтно-импульсная модуляция в трехфазных инверторах напряжения // Электричество. – 2009. – № 8. – С. 56–61.

9. Быстрый метод пространственно-векторной широтно-импульсной модуляции / В.И. Демкин, А.А. Бодрова, В.И. Логвин, Б.И. Звягинцев // Молодой ученый. – 2015. – № 22(102). – С. 137–141.

10. Обухов С.Г., Чаплыгин Е.Е., Кондратьев Д.Е. Широтно-импульсная модуляция в трехфазных инверторах напряжения // Электричество. – 2008. – № 8. – С. 23–31.

11. Титяев Д.К., Мирошник Д.Н. Сравнительный анализ векторной и традиционной широтно-импульсной модуляции // Автоматизація технологічних об'єктів та процесів. Пошук молодих: збірник наукових праць IV Міжнарод. наук.-техн. конф. аспір. та студ. в м. Донецьку; 11–14 травня 2004 р. – Донецьк: ДонНТУ, 2004. – С. 301–306.

12. Чаплыгин Е.Е., Хухтиков С.В. Широтно-импульсная модуляция с пассивной фазой в трехфазных инверторах напряжения // Электричество. – 2011. – № 5. – С. 53–61.

13. Сравнительный анализ энергетических показателей алгоритмов управления высоковольтным многоуровневым преобразователем / А.Б. Виноградов, А.Н. Сибирцев, А.А. Коротков, Д.А. Монов // Труды VII Междунар. (XVIII Всерос.) конф. по автоматизир. электроприводу (АЭП-2012). – Иваново: Изд-во ИГЭУ, 2012. – С. 109–113.

14. Андриянов А.И., Михальченко Г.Я. Сравнительная характеристика различных видов ШИМ по топологии областей существования периодических режимов // Электричество. – 2004. – № 12. – С. 46–54.

15. Баховцев И.А. Сравнительный анализ выходного напряжения АИН с синусодальной и векторной ШИМ // Техническая электродинамика. Темат. вып. СЭЭ. – Киев, 2008. – Ч. 3. – С. 63–66.

16. Зиновьев Г.С. Прямые методы расчета энергетических показателей вентильных преобразователей. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1990. – 220 с.

17. Баховцев И.А., Зиновьев Г.С. Обобщенный анализ выходной энергии многофазных многоуровневых инверторов напряжения с широтно-импульсной модуляцией // Электричество. – 2016. – № 4. – С. 26–33.

18. McGrath B.P., Holmes D.G. An analytical technique for the determination of spectral components of multilevel carrier-based PWM methods // IEEE Trans. Ind. Electron. – 2002. – Vol. 49, № 4. – P. 847–857.

19. Баховцев И.А. Анализ и синтез энергооптимальных способов управления инверторами с ШИМ: автореф. … дис. д-ра техн. наук: 05.08.12. – Новосибирcк, 2017. – 36 c.

20. Tente P. A quasi analytical procedure for determing the optimum commutation angles of PWM converters // Archiv fur Elecktrotechnik. – 1980. – Vol. 62, № 6. – P. 343–350.

Рассмотрена актуальность применения компьютерных тренажерных комплексов на химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производствах, обусловленная требованиями промышленной безопасности. Приведено краткое описание состава и структуры типовых компьютерных тренажерных комплексов. Описана проблема «старения» компьютерных тренажерных комплексов, которая заключается в параметрических и структурных изменениях технологического процесса. Для решения проблемы «старения» предложен алгоритм адаптации математической модели технологического процесса, рассмотренный в предыдущих работах. Работа данного алгоритма заключается в создании статической модели технологического процесса, аналогичной существующей динамической модели в компьютерном тренажерном комплексе, с последующей адаптацией этой модели известными методами нелинейной оптимизации, с последующей подстановкой найденных коэффициентов в динамическую модель тренажера. Для периодической оперативной коррекции математической модели технологического процесса предложена модернизация этого алгоритма с использованием технологических данных из базы данных реального времени (БДРВ). Работа алгоритма заключается в создании статической модели, аналогичной существующей динамической модели тренажера, с последующей подстройкой режима по статической модели и данным реального времени, полученным с технологического объекта, с заданной периодичностью, с последующей подстановкой найденных коэффициентов в динамическую модель тренажера. Алгоритм позволяет поддерживать актуальное состояние компьютерного тренажерного комплекса, соответствующее реальному состоянию установки, автоматически подстраиваясь под параметрические изменения на технологическом объекте. Также в статье предложено дальнейшее развитие данной работы для создания системы прогнозирования на основе адаптированной математической модели компьютерного тренажерного комплекса.

Ключевые слова: нефтепереработка, химическая технология, компьютерный тренажерный комплекс, математическая модель, адаптация, база данных реального времени.

Власов Сергей Алексеевич (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Автоматизация технологических процессов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: e-mail: savlasov@pstu.ru).

Вялых Илья Анатольевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматизация технологических процессов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: atp@pstu.ru).

Колыхматов Аркадий Олегович (Пермь, Россия) – руководитель группы системных разработок ООО «Промышленная кибернетика» (614990, Пермь, Луначарского, 85; e-mail: kolykhmatovao@gmail.com).

1.  Федеральный закон от 21.07.1997 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (с изменениями на 7 марта 2017 года). – 2017 // Доступ из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.

2.  Tamas P., Szentgyörgyi Z., Nemes L. Computer operation: Operator facilities, education and satisfaction // Comput. Ind. – 1981. –
Vol. 2, № 4. – P. 287–295. DOI: 10.1016/0166-3615(81)90076-2

3.  Общие правила взрывобезопасности для взрывопожаро­опасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств: федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности. – 2013 // Доступ из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.

4.  Дозорцев В.М. Компьютерные тренажеры для обучения операторов технологических процессов. – М.: СИНТЕГ, 2009. – 372 с.

5.  Компьютерный тренинг операторов: непреходящая актуальность, новые возможности, человеческий фактор / В.М. Дозорцев [и др.] // Автоматизация в промышленности. – 2015. – № 7. – С. 8–20.

6.  Колыхматов А.О., Шумихин А.Г. Алгоритм оптимизации
в задаче управления блоком подогрева сырой нефти на установке АВТ нефтеперерабатывающего предприятия с его актуализацией в компьютерно-тренажерном комплексе // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. – 2015. – № 3. – С. 39–48.

7.  Balaton M.G., Nagy L., Szeifert F. Operator Training Simulator Process Model Implementation of a Batch Processing Unit in a Packaged Simulation Software // Comput. Chem. Eng. – 2013. – Vol. 48. –
С. 335–344. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2012.09.005

8.  Colombo S., Golzio L. The Plant Simulator as viable means to prevent and manage risk through competencies management: Experiment results // Saf. Sci. Elsevier. – 2016. – Vol. 84. – P. 46–56. DOI: 10.1016/J.SSCI.2015.11.021

9.  Gerlach I., Mandenius C.-F., Hass V.C. Operator training simulation for integrating cultivation and homogenisation in protein production // Biotechnol. Reports. Elsevier. – 2015. – Vol. 6. – P. 91–99. DOI: 10.1016/J.BTRE.2015.03.002

10.  Duca M., Tamas L. Development of an Operation Training System – A Case Study // IFAC Proc. Vol. Elsevier. – 2012. – Vol. 45, № 6. – С. 1622–1627. DOI: 10.3182/20120523-3-RO-2023.00225

11.  Гальперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1981. – 812 с.

12.  Шумихин А.Г., Бояршинова А.С. Параметрическая идентификация управляемого объекта в режиме его эксплуатации
с применением технологии нейронных сетей // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2016. – № 19. – С. 102–110.

13.  Власов С.А., Вялых И.А. Адаптация математической модели химико-технологического процесса на примере электрообессоливающей установки // Химия. Экология. Урбанистика: материалы всерос. науч.-практ. конф. молод. ученых, аспир., студ. и школьников (с междунар. участ.). – Пермь, 2017. – С. 466–471.

14.  Власов С.А., Вялых И.А. Автоматическая адаптация математической модели компьютерного тренажерного комплекса электрообессоливающей установки // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. – 2016. – № 3. – С. 28–41. DOI: 10.15593/2224-9400/2016.3.03

15.  Бейко И.В., Бублик Б.Н., Зинько П.Н. Методы и алгоритмы решения задач оптимизации. – Киев: Высшая школа, 1983. – 511 с.

16.  Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии: учеб. пособие для вузов. – М.: Химия, 1969. – 564 с.

17.  Кафаров В.В., Мешалкин В.П. Анализ и синтез химико-технологических систем: учеб. для вузов. – М.: Химия, 1991. – 432 с.

18.  Кафаров В.В., Дорохов И.Н. Системный анализ химической технологии. Топологический принцип формализации. – М.: Наука, 1979. – 394 с.

19.  Кафаров В.В., Дорохов И.Н. Системный анализ процессов химической технологии. Основы стратегии. – М.: Наука, 1976. – 500 с.

20.  On Optimization Methods for Deep Learning / Q.V. Le [et al.] // Proceedings of The 28th International Conference on Machine Learning (ICML). – 2011. – С. 65–272. DOI: 10.1.1.220.8705

Рассмотрены теоретическое и экспериментальное исследования эффекта тяжения, возникающего в цилиндрическом линейном вентильном двигателе (ЦЛВД) между вторичным элементом и индуктором. Силовое усилие, создающее возвратно-поступательное движение вторичного элемента, является рабочим усилием цилиндрического линейного вентильного двигателя. Вторичный элемент создает силовое усилие по оси двигателя, а эффект тяжения заключается
в поперечном притяжении вторичного элемента к индуктору. Силы механического трения вторичного элемента об индуктор возникают из-за наличия между ними эффекта тяжения. В результате эффекта тяжения вторичный элемент начинает касаться поверхности индуктора, что приводит
к резкому возрастанию величины силы механического трения между ними. Как следствие, происходит резкое ослабление силового усилия, являющегося рабочим для ЦЛВД.

Рассмотрены две отличающиеся друг от друга конструкции индуктора цилиндрического линейного вентильного двигателя, проведено их сравнение по величине удельного силового усилия. Определены силы тяжения, трения и силового усилия между вторичным элементом и индуктором для двух этих различных конструкций. Усилие тяжения существует из-за смещения вторичного элемента цилиндрического линейного вентильного двигателя относительно оси индуктора, в результате чего магнитный зазор между индуктором и вторичным элементом становится неравномерным по величине. В экспериментальных исследованиях выяснили, что усилие тяжения, а значит, и механическое трение, значительно ослабляет рабочее силовое усилие ЦЛВД.

На основании экспериментальных результатов пришли к выводу, что необходимо изменить конструкцию индуктора ЦЛВД для снижения сил тяжения и механического трения. Изменение конструкции индуктора заключается в применении немагнитного промежуточного центратора, который вводится между двумя подшипниками скольжения, которые находятся с концов каждого модуля ЦЛВД. Кроме того, была изменена конструкция магнитопровода ЦЛВД, в которой вместо одного паза под трехфазную систему обмоток были сделаны три симметричных паза, каждый под свою фазу трехфазной обмотки. В результате магнитная система ЦЛВД стала осесимметричной. Все эти проведенные мероприятия изменения конструкции ЦЛВД позволили резко уменьшить эффект тяжения, а значит, и величину механического трения, в результате чего значительно возросло удельное силовое усилие.

Ключевые слова: цилиндрический линейный вентильный двигатель, постоянные магниты, магнитный зазор, вторичный элемент, индуктор, усилие  тяжения, магнитная система, привод.

Петрушин Александр Дмитриевич (Ростов-на-Дону, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Электрический подвижный состав» Ростовского государственного университета путей сообщения (344038, Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, e-mail: alex331685@yandex.ru).

Шевкунова Анастасия Владимировна (Ростов-на-Дону, Россия) – специалист по подготовке кадров высшей квалификации отдела докторантуры и аспирантуры Ростовского государственного университета путей сообщения (344038, Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, e-mail: nastya3051990@mail.ru).

Шулаков Николай Васильевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Электротехника и электромеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, е-mail: shulakov@pstu.ru).

Шутемов Сергей Владимирович (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры «Электротехника и электромеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, е-mail: shutemsv@yandex.ru).

1. Ключников А.Т., Коротаев. А.Д., Шутемов С.В. Моделирование цилиндрического линейного вентильного двигателя // Электротехника. – 2013. – № 11. – С. 14–17.
2. Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти. – М.: Недра, 1986. – 272 с.
3. Ледовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 168 c.
4. Овчинников И.Е., Адволоткин Н.П. Закономерности проектирования вентильных двигателей с постоянными магнитами для станков с ЧПУ и других механизмов // Электротехника. – 1988. – № 7. – С. 59–65.
5. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. – М.: Высшая школа, 1990. – 416 с.
6. Шулаков Н.В., Шутемов С.В. Метод расчета электромагнитных процессов в цилиндрическом линейном вентильном двигателе // Электротехника. – 2014. – № 11. – С. 18–22.
7. Шимчак И.В. Инновационные конструкции магнитных систем синхронных машин с постоянными магнитами // Электричество. – 2009. – № 9. – С. 37–44.
8. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным управлением. – М.: Академия, 2006. – 272 с. 
9. Крючков В.В., Малышков Г.М., Соловьев И.Н. Кодовое широтно-импульсное регулирование для инверторов // Практическая силовая электроника. – 2001. – № 1.
10. Ганджа С.А., Мартьянов А.С. Методика инженерного расчета вентильных машин с аксиальным потоком // Вестник Южно-Урал. гос. ун-та. Сер. Энергетика. – 2013. – Т. 13. – № 2. – С. 85–87.
11. Бинс К., Лауренсон П. Анализ и расчет электрических и магнитных полей. – М.: Энергия, 1970. – 376 с.
12. Рисованый С.В., Финкельштейн В.Б. Проектирование вентильных реактивных двигателей: монография. – Харьков: ХНУГХ, 2014. – 245 с.
13. Samia M. Mahmoud, Mohsen Z. El-Sherif, Emad S. Abdel-Aliem. Studying different types of power converters fed switched reluctance motor // International Journal of Electronics and Electrical Engineering. – 2013. – Vol. 1. – № 4.
14. Cunningham J.D. Switched reluctance motor drive circuit evaluation criteria for vehicle efficiency and responsiveness: Ph.D. Thesis. – The University of Texas at Austin, 2011. – 234 р.
15. Мирзин А.М., Коротаев. А.Д., Шутемов С.В. Усилие тяжения цилиндрического линейного вентильного двигателя с постоянными магнитами между статором и вторичным элементом // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6. – URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=11637
16. Кузнецов В.А. Кузмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. – М.: Изд-во МЭИ, 2003. – 70 с.
17. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MatLab, SimPowerSystems и Simulink. – 1-е изд. – М.: ДМК-Пресс, 2007. – 288 с.
18. Le-Huy H., Brunelle P. Design and Implementation of a Switched Reluctance Motor Generic Model for Simulink SimPowerSystems // Conference: Industrial Electronics, 2005.
19. Miller Т.J.E. Switched Reluctance motor and their Control. – Magna Physics Publishing and Clarendon Oxford Press, 1993. – 203 p.
20. Зечихин Б.С., Журавлев С.В., Ситин Д.А. Расчетные коэффициенты синхронных машин с редкоземельными магнитами // Электричество. – 2009. – № 3. – С. 35–40.

В данной статье представлено сравнение двух основных методов расчёта электромагнитных процессов и рабочих характеристик электродвигателей. Первый метод основан на теории электрических и магнитных цепей, а второй на базе решения уравнений Максвелла в дифференциальной форме. Методы моделирования синхронных двигателей с постоянными магнитами показаны на примере ЦЛВД. Расчёты электромагнитных полей на базе математической модели,
в большей или меньшей степени отражающей реальный физический объект, являются основой для проектирования различных электрических машин. Тем самым выбор методики, по которой будет построена математическая модель двигателя, играет важнейшую роль в проектировании электрических машин. В качестве результатов расчёта по этим двум методикам представлены угловые и рабочие характеристики как наиболее значимые параметры для проектирования двигателей. Расчёт электромагнитных полей с использованием теории электрических и магнитных цепей на основании схем замещения проводился согласно методике расчёта синхронных машин с постоянными магнитами, представленной в работе И.Л. Осина и Ф.М. Юферова. Расчёт электромагнитных полей согласно методу конечных элементов был реализован в программном пакете ANSYS Maxwell. Угловые характеристики представлены зависимостями электромагнитного усилия двигателя F от значения углового смещения θ при разных значениях частоты питающего напряжения. Рабочие характеристики представлены зависимостями электромагнитного усилия двигателя F, фазного тока I, потребляемой мощности P1, коэффициента полезного действия η
и коэффициента мощности cos(φ) от мощности на штоке Р2. Результат сравнения этих двух методик выявил существенное отклонение  расчёта I, P1 и η, что связано с насыщением магнитной цепи, которое в работах И.Л. Осина и Ф.М. Юферова не учитывалось.

Ключевые слова: рабочие характеристики, угловые характеристики, насыщение магнитной цепи, цилиндрический линейный вентильный двигатель, синхронный двигатель.

Чирков Дмитрий Андреевич (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Электротехника и электромеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: chirkov146@mail.ru).

Ключников Анатолий Терентьевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Электротехника и электромеханика Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: aklu2011@pstu.ru).

Коротаев Александр Дмитриевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Электротехника и электромеханика Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: lis@pstu.ru).

Тимашев Эдуард Олегович (Москва, Россия) – кандидат технических наук, директор департамента технического регулирования и развития Корпоративного научно-проектного комплекса НК «Роснефть» (119333, Москва, Ленинский пр. 55/1, e-mail: е-timashev@rosneft.ru).

1. Осин И.Л., Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств: учеб. пособие для вузов. – М.: Изд-во МЭИ, 2003.

2. Шулаков Н.В., Шутемов С.В. Метод расчета электромагнитных процессов в цилиндрическом линейном вентильном двигателе // Электротехника. – 2014. – № 11. – С. 18–22.

3. Мирзин А.М., Коротаев А.Д., Шутемов С.В. Усилие тяжения цилиндрического линейного вентильного двигателя с постоянными магнитами между статором и вторичным элементом // Современные проблемы науки и образования. – Пенза: Изд-во Акад. естествознания, 2013. – № 6.

4. Математическая модель электромагнитных процессов в вентильном двигателе / Н.A. Окунеева, А.М. Русаков, А.Н. Соломин, И.В. Шатова // Вестник МЭИ. – 2007. – № 3. – С. 33–40.

5. Система управления цилиндрическим линейным вентильным двигателем возвратно-поступательного движения / С.В. Шутемов, М.С. Байбаков, А.Д. Коротаев, А.Т. Ключников // Информационно-измерительные и управляющие системы. – 2015. – Т. 13, № 9. – С. 64–69.

6. Алгоритм управления цилиндрическим линейным вентильным двигателем с постоянными магнитами / М.С. Байбаков, А.Т. Ключников, А.Д. Коротаев, С.В. Шутемов // Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике. – 2015. – Т. 13, № 9. – С. 184–189.

7. Управление вентильным двигателем без датчика положения / А.М. Мирзин, С.А. Бэетрэу, А.Т. Ключников, А.Д. Коротаев // Инновационные технологии: теория, инструменты, практика (Innotech 2013): материалы V Междунар. интернет-конф. мол. учен., аспир., студ. (30 ноября 2013 г.). – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. – С. 158–166.

8. Бездатчиковое управление вентильным двигателем / С.А. Бэетрэу, А.Т. Ключников, А.Д. Коротаев, А.М. Мирзин, С.В. Шутемов // Автоматизированные системы управления и информационные технологии: материалы краевой науч.-техн. конф. (г. Пермь, 22 мая 2013 г.). – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. – С. 352–360.

9. Коротаев А.Д., Шутемов С.В., Ключников А.Т. Моделирование цилиндрического линейного вентильного двигателя // Электротехника. – 2013. – № 11. – С. 14–17.

10. Коротаев А.Д., Шулаков Н.В., Шутемов С.В. Экспериментальные исследования цилиндрического линейного вентильного электродвигателя // Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий АПЭЭТ-2014: материалы III Междунар. конф. (г. Екатеринбург, 17–20 марта 2014 г.). – Екатеринбург: Изд-во Урал. федер.
ун-та им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2014. – С. 198–200.

11. Расчет электромагнитного поля в неподвижных электропроводящих изотропных средах [Электронный ресурс] / Е.М. Огарков, А.Т. Ключников, А.Д. Коротаев, Д.А. Чирков // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 12, ч. 1. – С. 91–95. – URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=41052.

12. Шутемов С.В. Исследование цилиндрического линейного вентильного электродвигателя для погружного бесштангового насоса // Фундаментальные исследования. – 2016. – Т. 4, № 12. – С. 800–805.

13. Шулаков Н.В., Шутемов С.В. Перспективы использования цилиндрического линейного вентильного двигателя в качестве привода плунжерных нефтедобычных агрегатов // Фундаментальные исследования. – 2016. – Т. 4, № 12. – С. 795–799.

14. Промышленное использование нетрадиционных технических
и технологических решений для нефтедобычи на промыслах Пермского края / Э.Ю. Вдовин, Л.И. Локшин, В.В. Семенов, А.Д. Коротаев, Е.М. Огарков // Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике: материалы II Междунар. науч.-техн. конф. (г. Пермь, 21–22 апреля 2016 г.). – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2016. – С. 212–222.

15. Семенов В.В., Чазов Г.А. Перспективы эффективного использования глубинно-насосногобесштаногового поршневого агрегата с линейным двигателем // Геология, разработка, бурение и эксплуатация нефтяных месторождений Пермского Приуралья: сб. науч.тр. / ПермНИПИнефть. – М., 1978. – С. 90–95.

16. Вдовин Э.Ю., Локшин Л.И. Установка насосная с линейным приводом // Экспозиция. Нефть. Газ. – Нефтекамск, 2016. – № 1. –
С. 42–43.

17. Цилиндрический линейный вентильный электродвигатель для погружного бесштангового насоса / А.Т. Ключников, А.Д. Коротаев, Н.В. Шулаков, С.В. Шутемов // Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике: материалы I Междунар. науч.-техн. конф. (г. Пермь, 24–25 сентября 2015 г.). – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. – С. 158–162.

18. Ключников А.Т., Коротаев А.Д., Чирков Д.А. Метод расчета магнитной цепи цилиндрического линейного вентильного двигателя по схеме замещения // Информационно-измерительные и управляющие системы. – 2010. – Т. 14, № 9. – С. 64–69.

19. Чирков Д.А., Коротаев А.Д., Ключников А.Т. Расчет основных параметров цилиндрического линейного вентильного двигателя по схеме замещения // Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике: материалы II Междунар. науч.-техн. конф. (г. Пермь, 21–22 апреля 2016 г.). – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2016. – С. 144–149.

20. Вишняков С.В., Гордюхина Н.М., Федорова Е.М. Расчет электромагнитных полей с помощью программного комплекса ANSYS: учеб. пособие по курсу «Теория электромагнитного поля» по направлению «Информатика и вычислительная техника» / ред. Ю.А. Казанцев. – М.: Изд-во МЭИ, 2003. – С. 100.

Рассмотрены проблемы, связанные с загрузкой электрических сетей реактивной мощностью и питанием промышленных потребителей напряжением низкого качества. Для решений этих проблем предложено устройство на основе реакторно-тиристорных ключей на высокой стороне трансформаторной подстанции, которое совместно с батареей конденсаторов повышает пропускную способность электрических сетей и выравнивает напряжение у потребителей. Для расширения функциональных возможностей реакторно-тиристорных ключей предложен способ управления, обеспечивающий двухподдиапазонное непрерывное регулирование напряжения у потребителей с улучшенной формой напряжения нагрузки и тока сети, а также безударное включение трансформаторной подстанции под нагрузкой и отключение её без возникновения электрической дуги на механических контактах электрических аппаратов. Для исследования предлагаемого устройства в комплекте с трансформаторной подстанцией выполнен ряд опытов на математической модели в среде MatLab. Анализ результатов этих опытов в стационарных и динамических режимах работы показал целесообразность применения разработанных технических решений для системы промышленного электроснабжения. Осциллограммами физических процессов на модели показано, что при изменении напряжения в сети и тока нагрузки устройство обеспечивает стабильное напряжение у потребителей на требуемом уровне, не создавая при этом сдвига фазы тока сети относительно напряжения. Приводятся характеристики для трансформаторной подстанции по штатной схеме и с двухподдиапазонным регулирующим устройством. Предложенный способ и устройство для его реализации на основе реакторно-тиристорных ключей и конденсаторной батареи позволяют при стабилизации напряжения у потребителей сохранять синусоидальность формы тока в силовом трансформаторе и в сети.

Ключевые слова: реакторно-тиристорные ключи, батарея конденсаторов, трансформаторная подстанция, динамика включения и выключения трансформатора, статические характеристики, математическая модель.

Климаш Владимир Степанович (Комсомольск-на-Амуре, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Промышленная электроника» Комсомольска-на-Амуре государственного университета (681013, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27, e-mail: klimash@yandex.ru).

Табаров Бехруз Довудходжаевич (Комсомольск-на-Амуре, Россия) – аспирант кафедры «Промышленная электроника» Комсомольска-на-Амуре государственного университета (681013, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27, e-mail: behruz.tabarov@mail.ru).

1. Веников В.А., Идельчик В.И., Лисеев М.С. Регулирование напряжения в электроэнергетических системах. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 214 с.

2. Сергеенков Б.Н., Киселев В.М., Акимова Н.А. Электрические машины: трансформаторы / под ред. И.П. Копылова. – М.: Высшая школа, 1989. – 352 с.

3. Климаш В.С. Вольтодобавочные устройства для компенсации отклонений напряжения и реактивной энергии с амплитудным, импульсным и фазовым регулированием. – Владивосток: Дальнаука, 2002. – 140 с.

4. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.

5. Вольдек А.И. Электрические машины. – Л.: Энергия, 1987. – 832 с.

6. Силовые трансформаторы: справочная книга / под ред. С.Д. Лизунова, А.К. Лоханина. – М.: Энергоиздат, 2004. – 616 с.

7. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. – М.: Энергия, 1973. – 584 с.

8. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1986. – 400 с.

9. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 368 с.

10. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленности предприятий: учебник для вузов по спец. «Электропривод и автоматизация промышленных установок». – М.: Высшая школа, 1969. – 512 с.

11. Федоров А.А., Каменова В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 472 с.

12. Кудрин Б.И. Электроснабжение: учебник для студ. учреждений высш. образования. – 4-е изд. – М.: Академия, 2016. – 352 с.

13. Panfilov D.I., Elgebaly A.E., Astashev M.G. Design and Assessment of Static VAR Compensator on Railways Power Grid Operation under Normal and Contingencies Conditions // 16th EEEIC conference (Florence, Italy, 7–10 June 2016). – Florence, Italy, 2016.

14. Panfilov D.I., Elgebaly A.E. Modified Thyristor Controlled Reactors for Static VAR Compensators // IEEE 6th International Conference on Power and Energy (PECON 2016) (Melaka, Malaysia, November 2016). – Melaka, Malaysia, 2016.

15. Panfilov D.I., Elgebaly A.E., Astashev M.G. Topologies of thyristor controlled reactor with reduced current harmonic content for static VAR compensators // 17th EEEIC conference (Milan, Italy, 6–9 June 2017). – Milan, Italy, 2017.

16. Panfilov D.I., Elgebaly A.E., Astashev M.G. Design and Optimization of New Thyristors Controlled Reactors with Zero Harmonic Content // 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotech­nologies and Electron Devices (June 29 – July 3, 2017). – Novosibirsk, 2017.

17. Panfilov D.I., Elgebaly A.E., Astashev M.G. Thyristors Controlled Reactors for Reactive Power Control with Zero Harmonics Content // 17th IEEE International Conference on Smart Technologies IEEE EUROCON 2017, Ohrid, Macedonia, 6–8 July 2017. – Ohrid, 2017.

18. Panfilov D.I., Elgebaly A.E., Astashev M.G. Design and evaluation of control system for static VAR compensators with thyristors switched reactors // IEEE 58th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON) (Riga, Latvia, 12–13 October 2017). – Riga, Latvia, 2017.

19. Программный комплекс математических моделей магнитно-тиристорного пускорегулирующего устройства для силового трансформатора в среде MatLab: св-во о гос. регистр. программы для ЭВМ / В.С. Климаш, Б.Д. Табаров. – М.: ФИПС, 2017. № 2017613852 от 03 апреля 2017 г.

20. Климаш В.С., Табаров Б.Д. Исследования трансформаторной подстанции с пускорегулирующим устройством в аварийных режимах работы // Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве. Секц. 2: Электроэнергетика, электротехника и автоматизированный электропривод в ТЭК и ЖКХ: материалы III Поволж. науч.-практ. конф. (г. Казань, 7–8 декабря 2017). – Казань, 2017. – С. 118–123.

21. Климаш В.С., Табаров Б.Д. Принципы построения пускорегулирующего устройства для трансформаторных подстанций // Омск. науч. вестник. Сер. Электротехника. – 2017. – № 5(155). – С. 55–60.

22. Табаров Б.Д., Климаш В.С. Разработка способа и устройства раздельного регулирования напряжения трансформаторной подстанций в двух поддиапазонах // Научно-техническое творчество аспирантов и студентов: материалы всерос. науч.-техн. конф. студ. и аспир. (г. Комсомольск-на-Амуре, 9–20 апреля 2018). – Комсомольск-на-Амуре. – 2018. – T. 2. – С. 455–458.

23. Пат. 2622890 Рос. Федерация, МПК H 02 M 5/257 (2006.01). Способ включения, выключения и регулирования напряжения трансформаторной подстанции / В.С. Климаш, Б.Д. Табаров, А.Ю. Гетопанов № 2016131037/07; заявл. 27.07.16; опубл. 21.06.17. Бюл. № 18.

В настоящей статье описаны некоторые результаты исследований специальных электрических машин технологического назначения, в частности линейных индукционных машин. В таких индукционных машинах вторичным элементом являются обрабатываемые материалы и изделия. Показаны целесообразность применения двухцелевых линейных индукционных машин и перспективы использования линейных индукторов, создающих  встречно бегущие магнитные поля. Двухцелевые (многоцелевые) линейные индукционные машины позволяют одновременно выполнять несколько рабочих функций. Например, можно перемещать металлические заготовки, осуществлять их индукционный нагрев, получать информацию о параметрах движения и положении заготовок. Рассмотрены режимы работы линейных машин со встречно бегущими магнитными полями применительно к обработке металлических заготовок: перемещение заготовок, их позиционирование в рабочей зоне и индукционный нагрев в бегущих магнитных полях. Традиционные методы индукционного нагрева изучались на протяжении многих лет. Однако индукционный нагрев в бегущем магнитном поле не полностью оценен в отношении его основных преимуществ и возможных промышленных применений. Показаны преимущества линейных индукционных машин, создающих встречно бегущие магнитные поля: повышение точности позиционирования заготовок и выравнивание температурного поля при индукционном нагреве металлических заготовок. Настоящая работа посвящена моделированию и изучению некоторых своеобразных характеристик этого типа многофазных индукционных нагревательных систем. Основное внимание сосредоточено на выборе схемы трехфазной обмотки линейного индуктора, обеспечивающей указанные преимущества. В статье приведены результаты исследований опытных образцов двухцелевых линейных индукционных машин, созданных в лаборатории кафедры «Электротехника и электротехнологические системы» Уральского федерального университета.

Ключевые слова: двухцелевые линейные индукционные машины, встречно бегущие магнитные поля, позиционирование, индукционный нагрев, результаты исследований.

Коняев Андрей Юрьевич (Екатеринбург, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Электротехника и электротехнологические системы» Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина (620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, e-mail: a.u.konyaev@urfu.ru).

Абдуллаев Жахонгир Одашжонович (Екатеринбург, Россия) – аспирант кафедры «Электротехника и электротехнологические системы» Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина (620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, тел. (343) 375-47-51).

Зязев Михаил Евгеньевич (Екатеринбург, Россия) – магистрант кафедры «Электротехника иэлектротехнологические системы» Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина (620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, e-mail: zyacho72@gmail.com).

Коняев Иван Андреевич (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, ведущий инженер кафедры «Химическая технология топлива и промышленная экология» Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина (620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, e-mail: kia_ustu@mail.ru).

1. Колесниченко А.Ф. Технологические МГД-установки и процессы. – Киев: Наукова думка, 1980. – 160 с.
2. Aluminium recovery from electronic scrap by High-Force eddy-current separators / S. Zhang, E. Forssberg, B. Arvidson, W. Moss // Resources, Conservation and Recycling. – 1998. – № 23. – P. 225–241.
3. Design and development of a low cost technique for sorting household wastes using eddy current separation process / A. Merahi, K. Medles, B. Bardadi, A. Tilmatine // International Journal of Environmental Studies. – 2016. – № 2. – P. 2–11.
4. Электродинамические сепараторы с бегущим магнитным полем: основы теории и расчета / А.Ю. Коняев, И.А. Коняев, Н.Е. Маркин, С.Л. Назаров. – Екатеринбург: Изд-во УрФУ, 2012. – 104 с.
5. Кузьменко А.Г., Грачев В.Г., Солодовник Ф.С. Электромагнитные механизмы металлургических машин. – М.: Металлургия, 1996. – 508 с.
6. Вспомогательные устройства электромагнитного типа для линий обработки стальных листов / А.Ю. Коняев, Д.А. Звездунов, А.В. Остапенко, В.С. Проскуряков, М.В. Юрченко // Кузнечно-штамповочное производство. – 1993. – № 11. – С. 23–25.
7. Индукционный метод нагрева проката из цветных металлов и сплавов / А.П. Ращепкин, В.А. Крутилин, П.А. Виштак, И.П. Кондратенко // Цветные металлы. – 1989. – № 1. – С. 104–107.
8. Виштак П.А., Зинченко Т.Р., Ращепкин А.П. Расчет электромагнитных полей и тепловыделения в проводящих лентах при переменной величине воздушного зазора // Техническая электродинамика. – 1991. – № 3. – С. 23–30.
9. Певзнер М.З., Широков Н.М., Хаютин С.Г. Непрерывная индукционная обработка лент и полос. – М.: Металлургия, 1994. – 128 с.
10. Вопросы применения линейных асинхронных двигателей для индукционного нагрева стальных листов / А.Ю. Коняев, С.Л. Назаров, В.Н. Удинцев, С.Д. Исупов, Г.Г. Минин // Электрические машины с разомкнутым магнитопроводом в технологии и приводе: межвуз. сб. науч. трудов. – Свердловск: Изд-во УПИ, 1988. – С. 45–50.
11. Васильев Л.А., Самарец Е.В., Шпак А.Н. Линейные асинхронные двигатели в устройствах индукционного нагрева // Бесконтактные регулируемые электрические машины. – Л.: ВНИИэлектромаша. – 1991. – С. 93–102.
12. Influence of ferromagnetic loading characteristics on efficiency of induction heating in a running magnetic field / M.Z. Dudnik, L.A. Vasil'ev, A.N. Shpak, Yu.Ya. Esterzon // Tyazheloe Mashinostroenie. – 1992. – Iss. 8. – Р. 6–8.
13. Карусельная машина с линейным электроприводом / Р.Б. Каск, Ю.Я. Лаугис, Х.А. Тийсмус, Р.А. Тээметс // Литейное производство. – 1980. – № 11. – С. 12–14.
14. Лаугис Ю.Я. Вопросы теории и практики двухцелевого линейного электропривода // Электротехника. – 1981. – № 6. – С. 26–28.
15. Пат. № 2534047 Рос. Федерация. МПК H05B 6/10. Способ нагрева и закалки зубчатых колес и устройство для его осуществления / А.Б. Кувалдин, А.Р. Лепешкин, С.А. Лепешкин; заяв. и патентообл. НИУ «МЭИ». № 2013125683/07; заявл. 04.06.2013; опубл. 27.11.2014. Бюл. № 33.
16. Dughiero F., Lupi S., Siega P. Caculation of forces in traveling wave induction heating system // IEEE Transactions Magnetics. – 1995. – Vol. 31, № 6. – P. 3560–3562.
17. Comparison of edgeeffects of transverse flux and travelling wave induction heating inductors / S. Lupi, M. Forzan, F. Dughiero, A. Zenkov // IEEE Transactions Magnetics. – 1999. – Vol. 35, № 5. – P. 3556–3558.
18. Pang L., Wang Y., Chen T. New development of traveling wave induction heating // IEEE Transactions on Applied Supercondactivity. – June 2010. – Vol. 20, № 3. – P. 1013–1016.
19. Frogner K., Cedell T., Andersson M. Induction heating using a two-phase travelling wave setup // International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. – 2014. – Vol. 44. – P. 217–226.
20. An induction heating method with traveling magnetic field for long structure metal / T. Sekine, H. Tomita, S. Obata, Y. Saito // Electr. Eng. – Japan. – September 2009. – Vol. 168(4). – P. 32–39.
21. Линейные индукционные машины со встречно бегущими магнитными полями для энергоэффективных технологий / А.Ю. Коняев, Б.А. Сокунов, Ж.О. Абдуллаев, Е.Л. Швыдкий // Промышленная энергетика. – 2017. – № 4. – С. 2–7.

Развитие электроэнергетической отрасли страны ориентировано на обеспечение высокой надежности, а также эффективное управление сетями электроснабжения различной конфигурации. Решение данных задач предполагает наличие определенной энергоинформационной инфраструктуры, которая помимо электротехнического оборудования включает комплекс программно-аппаратных средств, осуществляющих сбор, обработку, анализ информации при мониторинге, диагностике и последующем управлении состоянием и режимами работы элементов сети. Разнородность получаемых данных требует создания определенных механизмов их обработки, которые позволят информационно-диагностическим системам автоматически или в автоматизированном формате осуществлять синтез и адаптацию моделей диагностики к условиям эксплуатации объектов электроснабжения. Предлагается разработать методику, позволяющую определять параметры моделей диагностики электротехнического оборудования, ориентированных на высокую достоверность результата, с использованием алгоритмов интеллектуального анализа данных, в частности, нечеткой кластеризации. Применение нечеткой кластеризации рассмотрено на примере построения функций принадлежности, оценивающих значения параметров оборудования, выступающих в качестве входных переменных моделей диагностики. Проведен анализ различных алгоритмов нечеткой кластеризации и предложен способ обработки данных о работе оборудования с построением функций принадлежности на основе найденной матрицы нечеткого разбиения и центров кластеров. Методика позволяет аппроксимировать функции принадлежности типовыми формами кривых и выбрать наиболее эффективный вариант построения модели диагностики. Рассматривается практический пример использования результатов кластеризации при разработке нечетких моделей, оценивающих состояние элементов силового трансформатора. Высокий уровень соответствия данных моделирования экспериментальным данным о работе оборудования в системах электроснабжения объектов нефтедобычи свидетельствует о возможности использования методики для обеспечения точности диагностики электротехнического оборудования за счет снижения ошибок при распознавании критических и малозначимых дефектов.

Ключевые слова: диагностика, электротехническое оборудование, интеллектуальный анализ данных, нечеткая классификация, нечеткая кластеризация, база нечетких правил, функции принадлежности.

Елтышев Денис Константинович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» Пермского национального исследовательского политехнического университета(614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: eltyshev@msa.pstu.ru).

Гнутова Ксения Алексеевна (Пермь, Россия) – инженер по организации эксплуатации и ремонту отдела главного энергетика ФКП «Пермский пороховой завод» (614113, Пермь, ул. Гальперина, 11, e-mail: k.gnutova@gmail.com).

Литвиненко Дмитрий Александрович (Пермь, Россия) – студент Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: h0rdes@mail.ru).

1. Дорофеев В.В., Макаров А.А. Активно-адаптивная сеть – новое качество ЕЭС России // Энергоэксперт. – 2009. – № 4. – С. 29–34.

2. Кобец Б.Б., Волкова И.О. Smart Grid: Концептуальные положения // Энергорынок. – 2010. – № 03(75). – С. 67–72.

3. Елтышев Д.К. Выбор приоритетов при обслуживании, модернизации и обеспечении безопасности объектов энергетики // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2017. – № 2. – С. 5–10. DOI: 10.18635/2071-2219-2017-2-5-10

4. Hardware-in-the-loop Simulation of an Active-adaptive Power Grid / A.B. Petrochenkov, T. Frank, A.V. Romodin, A.V. Kychkin // Russian Electrical Engineering. – 2013. – Vol. 84. – № 11. – P. 652–658. DOI: 10.3103/S1068371213110102

5. Кычкин А.В., Артемов С.А., Белоногов А.В. Распределенная система энергомониторинга реального времени на основе технологии IOT // Датчики и системы. – 2017. – № 8–9(217). – С. 49–55.

6. Елтышев Д.К. К вопросу о разработке интеллектуальной экспертно-диагностической системы для оценки состояния электротехнического оборудования // Системы. Методы. Технологии. – 2017. – № 3 (35). – С. 57–63. DOI: 10.18324/2077-5415-2017-3-57-63

7. Кычкин А.В., Квитко Я.И. Архитектурно-функциональная организация информационной системы управления большими данными в промышленности и энергетике // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2018. – № 25. – С. 109–125.

8. Eltyshev D.K., Boyarshinova V.V. Intelligent Decision Support in the Electrical Equipment Diagnostics // Proceedings of the 19th International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM 2016). – 2016. – P. 157–160. DOI: 10.1109/SCM.2016.7519714

9. Хорошев Н.И. Интеллектуальная поддержка принятия решений при эксплуатации энергетического оборудования на основе адаптивного кластерного анализа // Системы. Методы. Технологии. – 2016. – № 3(31). – С. 123–128. DOI: 10.18324/2077-5415-2016-3-123-128

10. Елтышев Д.К. Многокритериальный анализ решений в интеллектуальных системах оценки и управления состоянием энергетического оборудования // Информатика и системы управления. – 2018. – № 2(56). – С. 96–107. DOI: 10.22250/isu.2018.56.96-107

11. Борисов В.В., Круглов В.В., Федулов А.С. Нечеткие модели и сети. – 2-е изд., стер. – М: Горячая линия – Телеком, 2012. – 284 с.

12. Штовба, С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику [Электронный ресурс]. – URL: http://matlab.exponenta.ru/fuzzylogic/book1/index.php (дата обращения: 30.05.2018).

13. Барсегян А.А., Куприянов М.С., Степаненко В.В., Холод И.И. Методы и модели анализа данных: OLAP и Data Mining. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 336 с.

14. Jain A.K., Murty M.N., Flynn P.J. Data clustering: a review // ACM Computing Surveys. – 1999. – Vol. 31. – № 3. – P. 264–323.

15. Eltyshev D.K., Gnutova K.A. Identification of the parameters of electrical equipment condition assessment models using fuzzy clustering // Proceedings of the 20th IEEE International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM 2017). – 2017. – P. 42–144. DOI: 10.1109/SCM.2017.7970520

16. Eltyshev D., Gnutova K. Influence of fuzzy clustering on the accuracy of electrical equipment diagnostic models // Proceedings of the 6th International Conference on Applied Innovations in IT. – 2018. – P. 23–28.

17. Bezdek J.C., Ehrlich R., Full W. FCM: The fuzzy c-means clustering algorithm // Computers & Geosciences. – 1984. – Vol. 10. – № 2–3. – P. 191–203.

18. Babuska R., van der Veen P.J., Kaymak U. Improved covariance estimation for Gustafson-Kessel clustering // Proceedings of the 2002 IEEE international conference on fuzzy systems. – Honolulu: Technische Universitet Eindhoven, 2002. – P. 1081–1085. DOI: 10.1109/FUZZ.2002.1006654

19. Gath I., Geva A.B. Unsupervised optimal fuzzy clustering // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. – 1989. – Vol. 11. – № 7. – P. 773–781.

20. Shtovba S.D., Pankevich O.D., Nagorna A.V. Analyzing the Criteria for Fuzzy Classifier Learning // Automatic Control and Computer Sciences. – 2015. – Vol. 49. – № 3. – P. 123–132. DOI:10.3103/S0146411615030098

21. Kohavi R., Foster P. Glossary of Terms // Machine Learning. – 1998. – № 30. – P. 271–274.

22. Davis J., Goadrich M. The Relationship Between Precision-Recall and ROC Curves // Proceedings of the 23rd International Conference on Machine Learning. – 2006.

23. Congalton R. A Review of Assessing the Accuracy of Classifications of Remotely Sensed Data // Remote Sensing of Environment. – 1991. – Vol. 37. – P. 35–46.

24. Алексеев Б.А. Крупные силовые трансформаторы: контроль состояния в работе и при ревизии. – М.: Энергопрогресс, 2010. – 88 с.

25. Eltyshev D.K., Khoroshev N.I. Diagnostics of the Power Oil-filled Transformer Equipment of Thermal Power Plants // Thermal Engineering. – 2016. – Vol. 63. – № 8. – P. 558–566. DOI: 10.1134/S004060151608005X

Окрестностные модели обобщают многие дискретные модели и применяются для представления сложных пространственно-распределенных объектов и процессов, они являются перспективным направлением для моделирования автотранспортных систем, а также таких производственных систем, как сталеплавильное производство, цементное производство, процесс очистки сточных вод и другие. В данной работе окрестностный подход применяется для моделирования износа элементов конструкций проезжей части мостовых сооружений. Даны определения таким понятиям, как мостовое сооружение, эксплуатационное требование, износ, ремонт, капитальный ремонт, представлены элементы группы мостового полотна. Описано назначение элементов мостового сооружения, приведены наиболее часто встречающиеся дефекты, которые влияют на износ и долговечность мостового сооружения, выявлен наиболее уязвимый элемент конструкции проезжей части мостового сооружения. Рассмотрены основные элементы проезжей части, связанные с интенсивностью движения транспорта. Объектом исследований является путепровод через железнодорожные пути в городе Невинномысске Ставропольского края. Целью работы является разработка окрестностной модели износа элементов мостового сооружения, позволяющей прогнозировать степень износа элементов конструкций проезжей части. Показана зависимость состояний и выходов динамической окрестностной модели в каждом узле в следующий момент времени от состояний и входов в текущий момент времени, где узлами являются участки мостового сооружения, кроме того, были введены искусственные входной и выходной узлы. Построена линейная динамическая дискретная окрестностная модель и приведены формулы для исследования рассматриваемого процесса износа элементов мостового сооружения. Посчитана средняя абсолютная ошибка идентификации, сделан вывод об адекватности построенной модели. В блоке программирования математического пакета Mathcad была разработана программа, позволяющая выполнять параметрическую идентификацию линейной динамической окрестностной модели, а также производить имитационное моделирование процесса износа элементов мостового сооружения. Работа является актуальной, так как разработанная математическая модель позволяет исследовать и осуществлять транспортно-эксплуатационное состояние мостовых сооружений, в частности, причиненный урон транспортными средствами.

Ключевые слова: транспортно-эксплуатационное состояние, мостовое сооружение, износ, динамическая линейная окрестностная модель.

Бондарев Борис Александрович (Липецк, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Строительные материалы» Липецкого государственного технического университета (398055, Липецк, ул. Московская, 30, e-mail: LNSP-48@mail.ru).

Седых Ирина Александровна (Липецк, Россия) – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Высшая математика» Липецкого государственного технического университета (398055, Липецк, ул. Московская, 30, e-mail: sedykh-irina@yandex.ru).

Сметанникова Анастасия Михайловна (Липецк, Россия) – студентка Липецкого государственного технического университета (398055, Липецк, ул. Московская, 30, e-mail: n.smetannickowa@yandex.ru).

1. Лившиц Я.Д., Виноградский Д.Ю., Руденко Ю.Д. Автодорожные мосты (Проезжая часть). – Киев: Будiвельник, 1980. – 160 с.

2. СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы. Правила обследования и испытаний. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.

3. СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы» // Доступ из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.

4. СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы» // Доступ из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.

5. СНиП 3.06.04-91 «Мосты и трубы» // Доступ из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.

6. ОДМ 218.4.001-2008. Методические рекомендации по организации обследования и испытания мостовых сооружений на автомобильных дорогах. – М., 2008. – 120 с.

7. ОДМ 218.3.014-2011. Методика оценки технического состояния искусственных сооружений на автомобильных дорогах // Доступ из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.

8. ОДН 218.0.017-03. Руководство по оценке транспортно-эксплуатационного состояния искусственных сооружений // Доступ из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.

9. Окрестностное моделирование процесса очистки сточных вод / А.М. Шмырин, И.А. Седых, А.М. Сметанникова, Е.Ю. Никифорова // Вестник ТГУ. Сер. Естественные и технические науки. – 2017. – Т. 22. – Вып. 3. – С. 596–604.

10. Седых И.А., Сметанникова А.М. Проверка устойчивости линейных динамических окрестностных моделей процесса очистки сточных вод // Материалы областного профильного семинара «Школа молодых ученых» по проблемам технических наук (17 ноября 2017 г.). – Липецк, 2017. – С. 125–129.

11. Седых И.А., Сметанникова А.М. Критерий Гурвица для проверки устойчивости линейных динамических окрестностных моделей процесса очистки сточных вод // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – Пенза: Изд-во Пензен. гос. техн. ун-та, 2018. – С. 67–71.

12. Седых И.А., Сметанникова А.М. Применение пакета MatLab для параметрической идентификации окрестностных моделей на основе генетических алгоритмов // Вестник ВГУ. Сер. Системный анализ
и информационные технологии. – Воронеж, 2017. – С. 24–29.

13. Седых И.А. Управление динамическими окрестностными моделями с переменными окрестностями // Системы управления и информационные технологии. – 2018. – № 1(71). – С. 18–23.

14. Седых И.А., Сметанникова А.М. Параметрическая идентификация окрестностной модели с помощью генетического алгоритма и псевдообращения // Интерактивная наука. – 2017. – T. 4. – Вып. 14. – С. 113–116.

15. Shmyrin A., Sedykh I. Neural Networks Neighborhood Models // Global Journal of Pure and Applied Mathematics. – 2016. – Vol. 12, № 6. – P. 5039–5046.

16. Седых И.А., Сметанникова А.М. Применение генетических алгоритмов для параметрической идентификации линейных и нелинейных динамических окрестностных моделей // Летняя школа молодых ученых ЛГТУ – 2017: сб. науч. тр. науч.-практ. конф. студ. и аспир. Липецк. гос. техн. ун-та. – Липецк, 2018. – С. 44–47.

17. Shmyrin A., Sedykh I. A Measure of the Non-Determinacy of a Dynamic Neighborhood Model // Systems. – 2017. – 5(49). DOI: 10.3390/systems5040049

18. Shmyrin A., Sedykh I. Identification and control algorithms of functioning for neighborhood systems based on petri nets // Automation and Remote Control. – 2010. – Vol. 71, № 6. – P. 1265–1274.

19. Шмырин А.М., Мишачёв Н.М. Окрестностные системы и алгоритм Качмажа // Вестник Тамбов. ун-та. Сер. Естественные и технические науки. – 2016. – Т. 21. – Вып. 6. – С. 2113–2120.

20. Седых И.А. Окрестностные производственные сети // XVII Международные научные чтения (памяти В.К. Зворыкина): сб. ст. междунар. науч.-практ. конф. (г. Москва, 1 ноября 2017 г.). – М.: ЕФИР, 2017. – С. 16–19.

РОБОТИЗИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ[1]

Производство объектов из полимерных композиционных материалов связано с необходимостью исследования внутренней структуры производимых изделий методами неразрушающего контроля, в том числе с использованием рентгеновского излучения. Чрезвычайно высокая важность рентгенографического исследования объясняется спецификой рассматриваемых объектов, производство которых осуществляется с помощью аддитивных технологий. Аддитивные технологии подразумевают послойное наращивание изделия. Таким образом, в его внутренней структуре могут образовываться такие дефекты, как расслоение, смоляные карманы и т.д. Зачастую эти дефекты обладают небольшими размерами, но могут представлять опасность в процессе эксплуатации. Самый перспективный путь автоматизации процесса рентгенографического исследования изделий из полимерных композиционных материалов – создание роботизированной установки, автоматически выполняющей комплекс взаимосвязанных операций по позиционированию источника и приемника рентгеновского излучения. Точность позиционирования подвижных элементов определяет минимальный размер дефектов, обнаруживаемых во внутренней структуре исследуемых объектов. Поэтому информационно-измерительная подсистема, предназначенная для контроля пространственной ориентации подвижных компонентов установки, является одним из ключевых функциональных блоков всей системы в целом. В данной статье рассматриваются проблемные вопросы построения информационно-измерительной подсистемы робототехнического комплекса. Описывается базовое математическое обеспечение, на котором основывается функционирование модулей инклинометров. Особое внимание уделяется тестированию аппаратного обеспечения, в ходе которого было исследовано влияние различных источников питания на стабильность показаний инклинометров. Результаты эксперимента приводятся в графическом и табличном виде. Статья может быть полезна разработчикам средств промышленной автоматизации. Кроме того, приведенная информация может использоваться инженерами и учеными при проектировании систем контроля и управления автономными аппаратами, так как для их успешного функционирования необходимо корректное и точное определение параметров пространственной ориентации.

Ключевые слова: промышленная робототехника, неразрушающий контроль, контроль ориентации, инклинометр, сенсорный модуль, источник питания.

Бакунов Роман Раисович (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский проспект, 29, e-mail: bakunov_roman@mail.ru).

Бессонов Виктор Борисович (Санкт-Петербург, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Электронные приборы и устройства» Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) (197376, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 5, e-mail: vbbessonov@yandex.ru).

Мехоношин Антон Сергеевич (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы» Пермского национального исследовательского политехнического университета, (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: akropag@mail.ru).

Мурзакаев Рустам Талгатович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: rustmur@gmail.ru).

1. Cubero S. Industrial Robotics: Theory, Modelling and Control. – Germany: Pro Literatur Verlag, 2006. – 964 p.

2. Роботизированная система для неразрушающей дефектоскопии объектов сложной формы / Р.А. Файзрахманов, Р.Т. Мурзакаев, Р.Р. Ба­кунов, А.С. Мехоношин // Электротехника. – 2016. – № 11. – С. 32–37.

3. Repair of damage in aircraft composite sound-absorbing panels / A.N. Anoshkin, V.Y. Zuiko, M.A. Tashkinov, V.V. Silberschmidt // Composite Structures. – 2015. – Vol. 120. – P. 153–166. DOI: 10.1016/j.compstruct.2014.10.001

4. Experimental-theoretical research of mechanical properties of perforated composite sandwich panels / A.N. Anoshkin, V.Yu. Zuiko,
A.V. Tchugaynova, E.N. Shustova // Solid State Phenomena. – 2016. – Vol. 243. – P. 1–10. DOI:10.4028/www.scientific.net/SSP.243.1

5. Гончаровский О.В., Гончаровский Д.О. Тестирование встроенных систем // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2011. – № 5. – С. 113–120.

6. Карпов В.А., Ростокина О.М., Карпов А.В. Анализ инструментальной погрешности двухосевого электролитического инклинометра // Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого. – 2017. – № 1. – С. 76–80.

7. Роботизированная система дефектоскопии деталей из полимерных композитных материалов / Р.А. Файзрахманов, Р.Т. Мурзакаев, Р.Р. Бакунов, А.С. Мехоношин // Информационно-измерительные и управляющие системы. – 2016. – Т. 14, № 9. – С. 12–16.

8. Бронштейн Я.И. Энкодеры и их интерфейсы // Автоматизация в промышленности. – 2008. – № 11. – С. 43–45.

9. Динамика гироскопического инклинометра / Я.И. Биндер, В.М. Мусалимов, П.А. Сергушин, Д.А. Соколов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. – 2010. – № 2. – С. 7–10.

10. Будков С.А., Ларкин Е.В. Определение пространственного положения рабочего органа // Известия ТГУ. Технические науки. – 2013. – № 10. – С. 197–202.

11. Мараис Х., Сотников А. Руководство по реализации схем с интерфейсами RS-485/RS-422 // Компоненты и технологии. – 2011. – № 5. – С. 164–170.

12. Бакунов Р.Р., Файзрахманов Р.А., Мехоношин А.С. Разра­ботка и реализация протокола обмена данными для локальной сети распределенных аппаратных модулей // В мире научных открытий. – 2015. – № 10.2(70). – С. 624–636.

13. Алабушев И.И., Зорин В.И., Шаляпин Д.В. Цифровой радиоканал передачи данных // Автоматика, связь, информатика. – 2007. – № 3. – С. 4–6.

14. Савиных М.А. Технологический USB-концентратор // Приборы. – 2016. – № 8. – С. 39–42.

15. Пьявченко О.Н. Интеллектуальные микропроцессорные модули сбора и обработки информации датчиков // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2010. – № 5. – С. 141–150.

16. Инклинометр микромеханический двухосевой ИМД-9 / С.А. Анчутин, Е.С. Морозова, А.С. Головань, В.Н. Максимов, В.Ф. Шилов // Датчики и системы. – 2011. – № 2. – С. 48–50.

17. Семьян А.П. 500 схем для радиолюбителей. Источники питания. – 3-е изд. доп. и перераб. – СПб.: Наука и техника, 2007. – 408 с.

18. Колкер А.Б., Горбунов Н.О. Управление исполнительными устройствами по USB в режиме реального времени // Автоматика и программная инженерия. – 2013. – № 2. – С. 48–59.

19. Робертс С., Рентюк В. Стабилизация напряжения: обратная связь в DC/DC-преобразователях // Силовая электроника. – 2017. – № 66. – С. 56–64.

20. Кудрявцев А. Сравнение оценок с ограниченной флуктуацией и оценок с наибольшей точностью в теории доверительного оценивания // Актуарий. – 2010. – № 1. – С. 48–52.

21. Старикова Л.Д. Применение математических методов в диссертационных исследованиях // Научные исследования в образовании. – 2012. – № 11. – С. 11–19.

22. Айфичер Э.С., Джервис Б.У. Цифровая обработка сигналов: практический подход. – 2-е изд. пер. с англ. – М.: Вильямс, 2004. – 992 с.

Рассматриваются ток и момент индуктивной синхронной электрической машины при индуктивной нагрузке. Для индуктивной синхронной машины с индуктивной нагрузкой справедлива теорема 1. Амплитуда тока в индуктивной нагрузке индуктивной синхронной электрической машины не зависит от частоты вращения. Теорема доказывается путем приравнивания второго закона Кирхгофа и закона электромагнитной индукции применительно к вращающей машине. Также справедлива теорема 2. Амплитуда вращающего момента для индуктивной синхронной электрической машины с индуктивной нагрузкой не зависит от частоты вращения. Теорема доказывается путем анализа закона Ампера применительно к вращающей машине. Установлено, что при активной нагрузке амплитуда тока линейно зависит от частоты вращения машины. Амплитуда вращающего момента также линейно зависит от частоты вращения. При емкостной нагрузке амплитуда тока квадратично зависит от частоты вращения. Амплитуда вращающего момента также квадратично зависит от частоты вращения. Установлена зависимость мощности от характера нагрузки машины. Для индуктивной нагрузки реактивная электрическая мощность линейно зависит от частоты. Для резистивной нагрузки мощность квадратично зависит от частоты. Для емкостной нагрузки мощность кубично зависит от частоты. Для синхронной емкостной машины
с емкостной нагрузкой справедливы теоремы 3 и 4. Теорема 3: амплитуда напряжения на емкостной нагрузке емкостной синхронной электрической машины не зависит от частоты вращения. Теорема 4: амплитуда вращающего момента для емкостной синхронной электрической машины
с емкостной нагрузкой не зависит от частоты вращения.

Ключевые слова: синхронная машина, индуктивная нагрузка, ток, момент, амплитуда

Попов Игорь Павлович (Курган, Россия) – старший преподаватель кафедры «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» Курганского государственного университета (640020, Курган, ул. Советская, 63/4, e-mail: ip.popow@yandex.ru).

1. Попов И.П. Свободные гармонические колебания в электрических системах с однородными реактивными элементами // Электричество. – 2013. – № 1. – С. 57–59.

2. Попов И.П. Самокомпенсация симметричной реактивной нагрузки в сети // Вестник Псков. гос. ун-та. Технические науки. – 2017. – Вып. 5. – С. 37–41.

3. Попов И.П., Попов Д.П., Кубарева С.Ю. Индуктивно-индуктивная колебательная система // Вестник Курган. гос. ун-та. Технические науки. – 2013. – Вып. 8. – № 2(29). – С. 78, 79.

4. Попов И.П. Емкостно-инертное устройство // Известия Санкт-Петербург. гос. электротехн. ун-та «ЛЭТИ». – 2015. – Т. 2. – С. 43–45.

5. Попов И.П. Зависимость реактивного сопротивления пьезоэлектрического преобразователя от механических параметров его нагрузки // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2013. – № 5(87). – С. 94–98.

6. Попов И.П. Вращательные инертно-емкостные устройства // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Технические науки. – 2011. – № 3(31). – С. 191–196.

7. Попов И.П. Колебательные системы с однородными элементами // Инженерная физика. – 2013. – № 3. – С. 52–56.

8. Пат. № 2086065 С1 Рос. Федерация. Электрическое емкостное устройство / И.П. Попов; опубл. 27.07.1997. Бюл. № 21.

9. Попов И.П. Механические аналоги реактивной мощности // Вестник Перм. ун-та. Математика. Механика. Информатика. – 2015. – № 3(30). – С. 37–39.

10. Попов И.П. Комплексная мощность механических колебательных процессов // Вестник Сибир. гос. ун-та путей сообщения. – 2016. – № 1. – С. 32–36.

11. Gieras J.F., Jonsson U. Design of a High Speed Magnet Brushless Generator for Microturbines // Electromotion. – 2005. – Vol. 12, № 2–3. – P. 86–91.

12. Next Generation More-Electric Aircraft: A Potential Application for HTS Superconductors / Сesar A. Luongo, Philippe J, Masson, Taewoo Nam, Dimitri Mavris, Hyan D. Kim, Gerald V. Brown, Mark Waters, David Hall // IEEE Transactions on applied superconductivity. – 2009. – Vol. 19, № 3.

13. Barnes P.N., Sumption M.D., Rhoads G.L. Review of high power density superconducting generators: Present state and prospects for incorporating YBCO windings // Cryogenics. – 2005. – Vol. 45. – P. 670–686.

14. HTS racetrack coils for electrical machines / S. Kozub, I. Bogdanov, D. Dezhin, E. Kashtanov, V. Shuvalov, V. Smirnov, V. Sytnik, P. Shcherbakov, L. Tkachenko // Proceedings of Cryogenics 2014. – Prague, April 2014.

15. Brushless Superconducting Syn-chronous Generator With Claw-Shaped Poles and Permanent Magnets / L.G. Verzhbitsky, S.S. Kozub, V.T. Penkin, A.E. Larionov, K.A. Modestov, N.S. Ivanov, E.E. Tulinova, A.A. Dubensky // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. – 2016. – Vol. 26, № 3.

16. Comparative analysis of cogging torque reduction methods of variable flux reluctance machines for electric vehicles / Y. Liu, J. Yin, B. Gong, G. Yang // ICEMS. – 2017. – P. 1–6.

17. Chinchilla M., Arnaltes S., Burgos J.C. Control of permanent-magnet generators applied to variable-speed wind-energy systems connected to the grid // IEEE Transactions on Energy Conversion. – 2006. – Vol. 21. – Iss. 1. – P. 130–135.

18. Modeling and fault analysis of doubly fed induction generators for gansu wind farm application / M. Kheshti, X. Kang, G. Song, Z. Jiao // Canadian Journal of Electrical and Computer Engineering. – 2015. – Vol. 38. – № 1. – P. 52–64.

19. Bianchi N., Bolognani S. Design Criteria for High-Efficiency SPM Synchronous Motors // IEEE Trans. Energy Convers. – 2006. – Vol. 21, № 2. – P. 396–404.

20. Xie G., Ramshaw R.S. Nonlinear model of synchronous machine with saliency // IEEE Trans. on Energy Conversion. – 1986. – Vol. 1, № 3. – P. 198–203.

Исследовался процесс тепломассопереноса в кабельном канале с 18 кабельными линиями, каждая из которых состоит из трех кабелей с площадью сечения жилы 150 мм2, расположенных в трубе. На основе метода конечных элементов разработана двумерная математическая модель теплового поля подземного кабельного канала. Были получены картины распределения температуры в кабельном канале и окружающем грунте для различных вариантов загрузки кабельных линий.

Для оценки влияния тепловых потерь в медном экране кабеля получены зависимости максимальной температуры жилы кабеля от величины тока. Рассмотрены варианты с учетом и без учета тепловыделений в экране.

В работе исследована возможность замены многослойной конструкции кабеля на эквивалентный слой с целью упрощения счетной модели. Определены максимальные  температуры, получены температурные поля в кабельной линии для различных значений токовой нагрузки при многослойной структуре и эквивалентном слое.

В работе рассматривается вопрос о выборе расположения резервных линий. Построено температурное поле для случая полной загрузки всех кабелей с целью определения линий, находящихся в худших температурных условиях. Целесообразность выбора определенных линий в качестве резервных доказана путем расчета максимальных температур жил кабелей. С учетом всех полученных выводов были подобраны максимальные нагрузочные режимы для каждой кабельной линии при условии, что температуры жил кабелей не превышают максимально допустимых значений. Поставленная задача решалась методом конечных объемов в среде инженерных расчетов Fluent.

Ключевые слова: тепловое поле, потери в экране, эквивалентный слой, резервные линии.

Труфанова Наталия Михайловна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Конструирование и технологии в электротехнике» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр-т, 29, e-mail: ktei@pstu.ru).

Кухарчук Ирина Борисовна (Пермь, Россия) – аспирантка кафедры «Конструирование и технологии в электротехнике» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр-т, 29, e-mail: kuharchuk_ib@mail.ru).

Феофилова Наталья Владимировна (Пермь, Россия) – студентка Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр-т, 29, e-mail: Natasha_feofilova@mail.ru).

1. Грешняков Г.В., Ковалеров Г.Г., Дубицкий С.Д. К вопросу о выборе предельно допустимых токов силовых кабелей // Кабели и провода. – 2011. – № 6. – С. 12–16.
2. Дмитриев М.В. Выбор сечения экранов однофазных силовых кабелей // Кабель_news. – 2009. – № 5. – С. 69–73.
3. Определение эксплуатационных характеристик кабелей, проложенных в земле / А.Г. Щербинин, Н.М. Труфанова, Е.Ю. Навалихина, В.Г. Савченко // Электротехника. – 2011. – № 11. – С. 16–20.
4. Vahid Abbasi, Hossien Heydari, Faramarz Faghihi. Heuristic mathematical formulations and comprehensive algorithm for optimal decision making for power system cabling // Scientia Iranica D. – 2012. – № 19(3). – P. 707–720.
5. Dmitriev V., Gonzalez L. Electrical and thermal analysis on optical ground wire cables in short_circuit regime by coupled equations // Electric Power Systems Research. – 2013. – Vol. 201. – P. 80–87. DOI: 10.1016/j.epsr.2013.03.015
6. Григорьева М.М., Кузнецов Г.В. Тепломассоперенос в условиях электрической перегрузки кабельных линий // Известия Томск. политехн. ун-та. – 2010. – Т. 316. – № 4. – С. 34–38.
7. Thermal Analysis of Cables in Unfilled Troughs: Investigation of the IEC Standard and a Methodical Approach for Cable Rating / Matthew Terracciano, Sujit Purushothaman, Francisco de Leon, Alireza Vashghani // IEEE Transactins on power delivery. – 2012. – Vol. 27. – No. 3. – P. 1423–1431. DOI: 10.1109/TPWRD.2012.2192138
8. Дубяго М.Н., Полуянович Н.К., Пшихопов В.Х. Метод исследования термофлуктуационных процессов в задачах диагностики и прогнозирования изоляционных материалов // Вестник Донского гос. техн. ун-та. – 2017. – № 3(90). – С. 117–127.
9. Труфанова Н.М., Будаян В.А. Нестационарная задача тепломассопереноса при прокладке кабеля в зданиях и сооружениях // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника,  информационные технологии, системы управления. – 2017. – № 23. – С. 5–16.
10. Optimal position of buried power cables / De Mey G., Xynis P., Papagiannopoulos I., Chatziathanasiou V., Exizidis L., Wiecek B. // Elektronika IR Elektrotehnika. – 2014. – Vol. 20. – No. 5. – P. 37–40. – URL: http://dx.doi.org/10.5755/j01.eee.20.5.7097
11. Shahriar Saadat, Akim Borbuev, Francisco de Leon. Thermal analysis of power cables installed in solid bottom trays using an equivalent circuit // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2017. – Vol. 32. – Iss. 4. – P. 2130–2139. DOI: 10.1109/TPWRD.2016.2602184
12. Anders G.J., Radhakrishna H.S. Power cable thermal analysis with consideration of heat and moisture transfer in the soil // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1988. – Vol. 3. – Iss. 4. – P. 1280–1288. DOI: 10.1109/61.193921
13. Francisco de Leon, George J. Anders. Effects of backfilling on cable ampacity analyzed with the finite element method // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2008. – Vol. 23. – Iss. 2. – P. 537–543. DOI: 10.1109/TPWRD.2008.917648
14. Aluru Divya Teja, Rajagopala K. Thermal analysis by conduction convection and radiation in a power cable // IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering. – 2014. – Vol. 9. – Iss. 3. – Ver. II. – P. 51–56.
15. Kukharchuk I.B., Kazakov A.V., Trufanova N.M. Invastigation of heating of 150 kV underground cable line for various conditions of laying // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 327. – URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/327/2/022041/pdf. DOI: 10.1088/1757-899X/327/2/022041
16. Nahman J., Tanaskovic M. Determination of the current carrying capacity of cables using the finite element method // Electric Power Systems Research. – 2002. – Vol. 61. – Iss. 2. – P. 109–117. – URL: https://doi.org/10.1016/S0378-7796(02)00003-2
17. Nahman J., Tanaskovic M. Calculation of the ampacity of high voltage cables by accounting for radiation and solar heating effects using FEM // International Transactions on Electrical Energy Systems. – 2013. – Vol. 23. – Iss. 3. – P. 301–314. DOI: 10.1002/etep.660
18. Tsui Y.T. On heat transfer between cable and its surrounding pipe or duct wall // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. – 1983. – Vol. PAS-102. – Iss. 5. – P. 1249–1252. DOI: 10.1109/TPAS.1983.318070
19. Mock-up study of the effect of wall distance on the thermal rating of power cables in ventilated tunnels / F. Boukrouche, C. Moreau, J. Pelle, F. Beaubert, S. Harmand, O. Moreau // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2017. – Vol. 32. – Iss. 6. – P. 2453–2461. DOI: 10.1109/TPWRD.2016.2629285
20. ТУ 16.К71–335–2004. Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10, 20, 35 кВ // Доступ из справ.- правовой системы КонсультантПлюс.
21. Навалихина Е.Ю., Труфанова Н.М. Управление токовой нагрузкой линии в кабельном канале с учетом сложного теплообмена // Известия Самар. науч. центра Рос. акад. наук. – 2012. – Т. 14. – № 4(5). – С. 1318–1321.
22. Халитов В. Кабели со СПЭ-изоляцией. Расчет блочной канализации // Новости Электротехники. – 2017. – № 5(107)–6(108). – С. 72–78.