Внедрение в электроэнергетические системы (ЭЭС) фазоповоротного трансформатора обеспечивает более эффективное управление режимами ЭЭС путем регулирования напряжения и активной мощности. При этом квазиустановившиеся и переходные процессы в ЭЭС становятся более сложными, что является причиной применения в используемых инструментах моделирования: декомпозиции процессов ЭЭС, упрощения математических моделей элементов ЭЭС, ограничения времени моделирования. Указанные упрощения и ограничения в итоге приводят
к неопределенной потере полноты и достоверности моделирования ЭЭС в целом. Представленная в статье концепция программно-технических средств моделирования фазоповоротного трансформатора в составе ЭЭС позволяет решить данную проблему. Программно-технические средства моделирования фазоповоротного трансформатора представляют собой гибридное моделирование, которое включает аналоговый, цифровой и физический виды моделирования. Аналоговый подход моделирования заключается в решении систем дифференциальных уравнений, описывающих процессы, протекающие в фазоповоротном трансформаторе с помощью метода непрерывного неявного интегрирования. Цифровой подход обеспечивает управление параметрами (такими как индуктивность рассеяния, активное сопротивление и т.д) и коммутациями
в модели фазоповоротного трансформатора. Физический подход представляет собой подключение и переключения в элементах ЭЭС, как в реальной ЭЭС. В статье представлена всережимная модель фазоповоротного трансформатора с тиристорной системой управления, основанная на гибридном подходе моделирования и адаптированная для использования во всережимном моделирующем комплексе реального времени ЭЭС, разработанного в Томском политехническом университете. С помощью всережимного моделирующего комплекса реального времени ЭЭС,
в котором реализована Томская ЭЭС, и разработанной модели фазоповоротного трансформатора проведены экспериментальные исследования по подключению двух несинхронно работающих частей Томской энергосистемы.

Ключевые слова: электроэнергетическая система, фазоповоротный трансформатор, гибридное моделирование, реальное время.

Ставицкий Сергей Александрович (Томск, Россия) – аспирант отделения электроэнергетики и электротехники Национального исследовательского Томского политехнического университета (634050, Томск, ул. Ленина, 30, e-mail: sas4@tpu.ru).

Суворов Алексей Александрович (Томск, Россия) – кандидат технических наук отделения электроэнергетики и электротехники Национального исследовательского Томского политехнического университета (634050, Томск, ул. Ленина, 30, e-mail: suvorovaa@tpu.ru).

Уфа Руслан Александрович (Томск, Россия) – кандидат технических наук отделения электроэнергетики и электротехники Национального исследовательского Томского политехнического университета (634050, Томск, ул. Ленина, 30, e-mail: hecn@tpu.ru).

Андреев Михаил Владимирович (Томск, Россия) – кандидат технических наук отделения электроэнергетики и электротехники Национального исследовательского Томского политехнического университета (634050, Томск, ул. Ленина, 30, e-mail: andreevmv@tpu.ru).

Гусев Александр Сергеевич (Томск, Россия) – доктор технических наук, профессор отделения электроэнергетики и электротехники Национального исследовательского Томского политехнического университета (634050, Томск, ул. Ленина, 30, e-mail: gusev_as@tpu.ru).

1. Analytical Approach to Grid Operation with Phase Shifting Transformers / J. Verboomen, D. Van Hertem, P.H. Schavemaker, W. Kling, R. Belmans // IEEE Transactions on Power Systems. – 2008. – Vol. 23. – № 1. – P. 41–46.
2. Enhancing the utilization of the matlala and glencowie 22 kV radial feeders by interconnecting them using a phase shifting transformer / M. Duduzile, M. Nhlanhla, S. Silence, J-H.C. Pretorius // 11th International Conference on Environment and Electrical Engineering. – 2012. – P. 1–5.
3. Fangang M., Zhongcheng M., Lie G. A 12-pulse Rectifier Based on Power Electronic Phase-shifting Transformer // IEEE International Power Electronics and Application Conference and Exposition (PEAC). – 2018. – P. 1–4.
4. Prechanon K. Improvement of transient stability of power system by thyristor controlled phase shifter transformer // American Journal of Applied Sciences. – 2010. – Vol. 7. – № 11. – P. 1495–1499.
5. Badran I., Mahmood A.L., Lazim M.T. Harmonics phase shifter for a three-phase system with voltage control by integral-cycle triggering mode of thyristors // Applied Sci. – 2008. – Vol. 5. – P. 1580–1587.
6. Patel B., Smith H. Application of phase shifting transformers for Daniel-McKnight 500 kV interconnection // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1986. – Vol. PWRD-1. – № 3. – P. 167–173.
7. C57.135 – IEEE Power Engineering Society. IEEE Guide for the Application, Specification, and Testing of Phase-Shifting Transformer. – May, 2002.
8. Kling W. Phase shifting transformers installed in the Netherlands in order to increase available international transmission capacity // CIGRE Session. – 2004. – Р. 2–207.
9. Добрусин Л. Тенденции применения фазоповоротных трансформаторов // Силовая электроника. – 2012. – № 5. – С. 60–66.
10. Modeling and control of thyristor controlled phase shifting transformer / X. Yang, H. Chen, X. Zhao, Zh. Wang, X. Wu, Yu. Song, J. Ding // IEEE Innovative Smart Grid Technologies – Asia, 2015. – P. 1–6.
11. Babuska I, Prager M, Vitasek E. Numerical processes in differential equations. – Praha: Interscience Publishers, 1967. – P. 1–70.
12. Hairer E., Wanner G. Solving Ordinary Differential Equations II: Stiff and Differential Algebraic Problems. – Germany, Berlin: Springer, 1996. – P. 36–60.
13. Hamming R. Numerical Methods for Scientists and Engineers. – New York, NY, USA: Dover, 1962. – P. 423–478.
14. Chen Y, Dinavahi V. Multi-FPGA digital hardware design for de-tailed large-scale real-time electromagnetic transient simulation of powersystems // IET Gener. Transmiss. Distrib. – 2013. – Vol. 7. – № 5. – P. 451–463.
15. Shuet D. A novel interfacing technique for distributed hybrid simulations combining EMT and transient stability models // IEEE Trans. Power Del. – 2018. – Vol. 33. – № 1. – P. 130–140.
16. Geographically distributed real–time digital simulationsusing Linear prediction / R. Liu, M. Mohanpurkar, M. Panwar, R. Hovsapian, A. Srivastava, S. Suryanarayanan // Int. J. Elect. Power Energy Syst. – 2017. – Vol. 84. – P. 308–317.
17. Hybrid real-time simulator of large-scale power systems / M.V. Andreev, A.S. Gusev, N.Yu. Ruban, A.A. Suvorov, R.A. Ufa, A.B. Askarov, J. Bemš, T. Králík // IEEE Transactions on Power Systems. – 2019. – Vol. 34. – № 2. – P. 1404–1415.
18. Application of hybrid real-time power system simulator for research and setting a momentary and sustained fast turbine valving control / M. Andreev, Y. Borovikov, A. Gusev [et al.] // IET Generation, Transmission and Distribution. – 2018. – Vol. 12, № 1. – P. 133-141.
19. Концепция и базовая структура всережимного моделирующего комплекса / М.В. Андреев, Ю.С. Боровиков, А.С. Гусев, А.О. Сулайманов, А.А. Суворов, Н.Ю. Рубан, Р.А. Уфа // Газовая промышленность. – 2017. – № 5(752). – С. 18–27.
20. Практическое применение всережимного моделирующего комплекса электроэнергетических систем / М.В. Андреев, Ю.С. Боровиков, А.С. Гусев, А.О. Сулайманов, А.А. Суворов, Н.Ю. Рубан, Р.А. Уфа // Газовая промышленность. – 2017. – № 6(753). – С. 94–104.
21. Маркман Г.З. Энергоэффективность преобразования и транспортировки электрической энергии: учеб. пособие. – Томск: Изд-во Томск. политехн. ун-та, 2008. – 184 с.

Совершенствование технологий сбора и первичной обработки вторичных цветных металлов является необходимым условием для развития вторичной цветной металлургии и создания предприятий по переработке твердых отходов. Одной из таких технологий является электродинамическая сепарация в бегущем магнитном поле. Рассмотрены основные конструкции установок электродинамической сепарации. Широкое распространение получили сепараторы на основе линейных индукторов. Такие сепараторы легко вписываются в технологические линии и применяются при извлечении цветных металлов из различных видов твердых отходов (автомобильный лом, смешанные производственные и коммунальные отходы, кабельный и электронный лом
и др.), а также при обработке сложного лома цветных металлов при подготовке к металлургическим переделам. Указанные задачи сепарации можно условно разделить на две группы. К первой группе относятся задачи отделения цветных металлов от неметаллов, ко второй – более сложные задачи сортировки металлов по их физическим свойствам. В обоих случаях конечные результаты сепарации зависят от совместного действия на металлические частицы электромагнитных и механических сил. В настоящей статье описаны некоторые результаты исследований электродинамических сепараторов на основе линейных индукторов. Показаны перспективы использования линейных индукторов, создающих  встречно бегущие магнитные поля. Применение таких линейных индукторов в электродинамических сепараторах для удаления цветных металлов из твердых отходов позволяет увеличить выход металлов. Использование встречно бегущих магнитных полей при индукционной сортировке металлов и сплавов обеспечивает повышение производительности установок и улучшение качества сортировки. Показано, что распределение магнитного поля и электромагнитных усилий по длине индукторов зависит от схемы трехфазной обмотки. Основное внимание сосредоточено на выборе схемы трехфазной обмотки линейного индуктора, обеспечивающей указанные преимущества. В статье приведены результаты экспериментальных исследований опытных образцов электродинамических сепараторов на основе линейных индукторов, созданных в лаборатории кафедры «Электротехника и электротехнологические системы» Уральского федерального университета.

Ключевые слова: твердые металлосодержащие отходы, электродинамические сепараторы, линейные индукторы, встречно бегущие магнитные поля, извлечение металлов из отходов, сортировка металлов и сплавов, технологические показатели, 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, е-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,
e-mail: zhahongir1@mail.ru).

Багин Дмитрий Николаевич (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, преподаватель кафедры «Электротехника и электротехнологические системы» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, e-mail: bagin19@mail.ru).

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

1. Комплексная стратегия обращения с твердыми коммунальными отходами в Российской Федерации (утв. Приказом Минприроды России от 14.08.2013 № 298) [Электронный ресурс]. – URL: http://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/70345114.
2. Стратегия развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства и потребления на период до 2030 г. (утв. Распоряжением Правительства РФ от 25.01.2018 № 84-р) [Электронный ресурс]. – URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_289114/.
3. Колычев Н.А. Оптимизация обращения с твердыми бытовыми и близкими к ним по составу промышленными отходами в крупных и средних населенных пунктах России // Биосфера: междисциплинар. науч. и приклад. журнал. – 2013. – Т. 5, № 4. – С. 393–418.
4. Тенденции и перспективы развития рециклинга металлов / А.И. Татаркин, О.А. Романова, В.Г. Дюбанов [и др.] // Экология и промышленность России. – 2013. – № 5. – С. 4–10.
5. Шубов Л.Я., Ставровский М.Е., Олейник А.В. Технология отходов. – М.: Альфа-М; Инфра-М, 2011. – 352 с.
6. Колобов Г.А., Бредихин В.Н., Чернобаев В.М. Сбор и обработка вторичного сырья цветных металлов. – М.: Металлургия, 1993. – 288 с.
7. Сумцов В.Ф. Электромагнитные железоотделители. – М.: Машиностроение, 1981. – 212 с.
8. ГОСТ 10512-93. Сепараторы магнитные и электромагнитные. Общие технические условия. – М.: Изд-во стандартов, 1995. – 27 с.
9. Wilson R.J., Veasey T.J., Squires D.M. Application of mineral processing techniques for the recovery of metal from post-consumer wastes // Minerals Engineering. – 1994. – № 7. – P. 975–984.
10. 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.
11. 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.
12. 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 Урал. федерал. ун-та им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2012. – 104 с.
13. Устройства для электродинамической сепарации лома и отходов цветных металлов / А.А. Патрик, Н.Н. Мурахин, Т.Н. Дерендяева, А.Ю. Коняев, С.Л. Назаров // Промышленная энергетика. – 2001. – № 6. – С. 16–19.
14. Коняев А.Ю., Коняев И.А., Назаров С.Л. Применение электродинамических сепараторов в технологиях вторичной цветной металлургии // Цветные металлы. – 2012. – № 11. – С. 22–26.
15. Электродинамические сепараторы с вращающимся магнитным полем для обработки измельченного электронного лома / А.Ю. Коняев, И.А. Коняев, С.Л. Назаров, Н.С. Якушев // Промышленная энергетика. – 2015. – № 7. – С. 44–47.
16. Особенности электродинамической сепарации мелкой фракции твердых бытовых отходов / А.Ю. Коняев, Ж.О. Абдуллаев, Д.Н. Багин, И.А. Коняев // Экология и промышленность России. – 2017. – Т. 21, № 6. – С. 4–9.
17. Коняев А.Ю., Абдуллаев Ж.О., Коняев И.А. Сепараторы для извлечения цветных металлов из твердых коммунальных отходов // Твердые бытовые отходы. – 2017. – № 3. – С. 36–39.
18. 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.
19. Переработка электронного лома: применение электродинамических сепараторов / А.Ю. Коняев, С.Л. Назаров, Р.О. Казанцев, Н.С. Якушев, В.В. Воскобойников, А.А. Дистанов // Твердые бытовые отходы. – 2014. – № 2. – С. 26–30.

Представлена методика проектирования вентильного двигателя с когтеобразными полюсами, предназначенного для привода пильгерстана по производству бесшовных труб. Двигатели этого класса нашли широкое применение для приводов малых и средних мощностей, но в мировой практике нет примеров производства таких двигателей с габаритами до 10 м и на мощности несколько мегаватт. Показана целесообразность применения таких крупногабаритных и мощных электродвигателей для приводов, работающих в тяжелых условиях. Это  связано с возможностью сборки магнитной системы с высококоэрцитивными постоянными магнитами без дополнительной дорогостоящей оснастки. При этом следует отметить, что расчет индуктора с когтеобразными полюсами достаточно сложен, так как он имеет много путей для потока рассеяния. Существуют большие технические риски разработать неэффективную конструкцию с малым рабочим потоком. Предлагается разбить задачу на два этапа. На первом этапе решается задача определения оптимальной геометрии на основе методов нелинейного программирования. Предлагается разработанная авторами программа синтеза, реализованная на программном языке Delphi. Программа содержит несколько уровней оптимизации и охватывает большое количество проектных ситуаций, с которыми сталкивается разработчик. На втором этапе реализована задача анализа оптимизированной конструкции двигателя. Для этого используется хорошо проверенная на практике программа Ansys Electronics Desktop. На этом этапе авторы столкнулись с необходимостью использования мощных компьютерных ресурсов и большим (в несколько часов) временем расчета одного варианта. Это связано с тем, что конструкция с когтеобразными полюсами не имеет плоской симметрии и заставляет решать трехмерную полевую задачу. Авторами предлагается эффективный метод решения этой проблемы за счет упрощения расчетной модели без существенного снижения точности расчета. Вентильный двигатель с когтеобразными полюсами заменяется вентильным двигателем с тангенциальными магнитами, который имеет плоскую симметрию, и его можно рассчитать, решая двухмерную полевую задачу. Конструкции статора
и магнитные потоки двигателя эталона и двигателя близнеца одинаковые, соответственно потери, токи и напряжения тоже эквивалентны. Эффективность такой замены показана на реальном проекте. Время расчета при приемлемом качестве снижено до нескольких минут. Данный подход рекомендован для создания проектных систем других типов вентильных машин и помогает автоматизировать длительную механическую работу.

Ключевые слова: бесшовные трубы, синтез, анализ, вентильный двигатель, когтеобразные полюса, тангенциальные магниты, двухмерная модель, трехмерная модель, Ansys Electronics Desktop.

Ганджа Сергей Анатольевич (Челябинск, Россия) – доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Теоретические основы электротехники» Южно-Уральского государственного университета (454080, Челябинск, пр. Ленина 76, e-mail: gandja_sa@mail.ru).

Косимов Бахтиёр Исматуллоевич – аспирант кафедры «Теоретические основы электротехники» Южно-Уральского государственного университета (454080, Челябинск, пр. Ленина 76, e-mail: kosimov.energy@mail.ru).

Аминов Дилшод Саидович (Челябинск, Россия) – аспирант кафедры «Теоретические основы электротехники» Южно-Уральского государственного университета (454080, Челябинск, пр. Ленина 76, e-mail: dilshod-aminov-93@mail.ru).

1. Иосифьян А.Г., Каган Б.М. Основы следящего привода. – М.: Госэнергоиздат, 1957.
2. Ганджа С.А., Косимов Б.И., Аминов Д.С. Выбор оптимальной конструкции электродвигателя привода пильгерстана для технологии изготовления бесшовных труб // Вестник ЮУрГУ. Сер. Энергетика. – 2019. – Т. 19, № 1. – С. 5–17. DOI: 10.14529/power190101
3. Сравнительный анализ электродвигателей привода пильгерстана для технологии изготовления бесшовных труб. Выбор оптимальной конструкции / С.А. Ганджа, Б.И. Косимов, Д.С. Аминов, Р.Р. Ниматов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2019. – № 30. – С. 79–101.
4. Голландцев Ю.А. Сравнение механических характеристик асинхронных и вентильных индукторно-реактивных электродвигателей // Информационно-управляющие системы. ‒ 2006. ‒ № 6. ‒ С. 50–53.
5. Мартьянов А.С., Неустроев Н.И. Анализ электромеханических систем с помощью Ansys Maxwell // Альтернативная энергетика и экология: междунар. науч. журнал. – 2014. – № 19(159). – С. 47–52.
6. Разработка инженерной методики расчета магнитных систем с постоянными магнитами на основе метода конечных элементов / С.А. Ганджа, Д.С. Аминов, Б.И. Косимов, Р.Р. Ниматов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2019. – № 29. – С. 58–74.
7. Design of Performance and Parameter Measurement System for Brushless Direct Current (BLDC) Motor / A.F. Desanti, I. Sidharta, H. Erwantono, H. Suryoatmojo, M. Wahyudi // International Seminar on Intelligent Technology and Its Application (ISITIA). – 2018. – P. 175–179.
8. Analytical derivation of a coupled-circuit model of a claw-pole alternator with concentrated stator windings / H. Bai, S.D. Pekarek, J. Tichenor, R.J. Krefta, S.J. Shields // IEEE Transactions on Energy Conversion. – 2002. – Vol. 17, № 1. – P. 32–38.
9. Jurca F., Martis C. Claw-Pole generator parameters and steady-state performances analysis // International Reviewon Modelling and Simulations. – 2013. – Vol. 6, № 1. – P. 41–48.
10. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: учебник для вузов. – М.: Энергия, 1980. – 928 с.
11. Апсит В.В. Синхронные машины с когтеобразными полюсами. – Рига: Изд-во АН ЛатвССР, 1959. – 300 с.
12. Друбецкий А.Е. Особенности конструкции вентильного электродвигателя с когтеобразными полюсами // Вісник Дніпропетровськ. нац. ун-ту залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна. – 2010. – № 32. – С. 166–171.
13. Козаченко В.Ф., Корпусов Д.Е. Электропривод на базе вентильных индукторных машин с электромагнитным возбуждением // Электронные компоненты. – 2005. – № 6. – С. 60–64.
14. Gandzha S., Kosimov B., Aminov D. Selecting optimal design of electric motor of pilgrim mill drive for manufacturing techniques seamless pipe // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM 2019); Sochi, Russia, 25–29 March 2019.
15. Копылов И.П. Электрические машины: учебник. ‒ 5-е изд. ‒ М.: Высшая школа, 2006. – 607 с.
16. Gandzha S.A., Kiessh I.E. Application brushless machines with combine excitation for a small and medium power windmills // Procedia Engineering. – December 2015. – Vol. 129. – P. 191–194.
17. Гуляев И.В., Тутаев Г.М. Системы векторного управления электроприводом на основе асинхронизированного вентильного электродвигателя: монография. ‒ Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2010. – 200 с.
18. Вентильные двигатели и их применение на электроподвижном составе / Б.Н. Тихменев, Н.Н. Горин, В.А. Кучумов [и др.]. – М.: Транспорт, 1976. – 280 с.
19. Проектирование тяговых электрических машин / М.Д. Находкин, Г.В. Василенко, В.И. Бочаров [и др.]. – М.: Транспорт, 1976. – 623 с.
20. Куцевалов В.М. Бесконтактные синхронные двигатели. Ч. 1: Бесконтактные электрические машины. – М., 1966. – С. 42–50.
21. Application of Digital Twins Technology for Analysis of Brushless Electric Machines with Axial Magnetic Flux / S. Gandzha, D. Aminov, I. Kiessh, B. Kosimov // Global Smart Industry Conference, GloSIC. – Chelyabinsk, 2018. – P. 1–6.
22. Gandzha S., Aminov D., Kosimov B. Development of engineering method for calculation of magnetic systems for brushless motors based on finite element method // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM 2019); Sochi, Russia, 25–29 March 2019.
23. Gandzha S., Aminov D., Kosimov B. Design of Brushless Electric Machine with Axial Magnetic Flux Based on the Use of Nomograms // International Ural Conference on Green Energy (UralCon). – Chelyabinsk, 2018. – P. 282–287.
24. The design of the low-speed brushless motor for the winch which operates in see-water / S Gandzha., A. Sogrin, A. Martyanov, I. Kiessh // International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management (SGEM). – Sofia, Bulgaria, 2017. – Vol. 17. – P. 783–790.

Исследуются возможности построения систем автоматического управления газотурбинными электростанциями. Изучается использование для этого принципов адаптивного управления с эталонной моделью и сигнальным воздействием. В качестве метода адаптации используется метод, основанный на функции Ляпунова, из соображений сокращения времени поиска экстремума. 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 изменяющейся электрической нагрузки и изменения режимов работы электростанции, что увеличивает требования к САУ. В статье представлена и подробно описана модель ГТУ для исследования адаптивного управления. С помощью этой модели получены экспериментальные данные, выявившие проблему управления ГТУ одновременно по двум координатам. Предложено объяснение возникшей ситуации. Показано, что улучшение одной координаты, возможно получить за счет некоторого ухудшения другой координаты. Для дальнейшего изучения выявленной проблемы построена упрощенная динамическая модель второго порядка. С помощью такой модели проведены комплексные исследования различных аспектов адаптивного управления одновременно двумя координатами модели. В результате экспериментов подтвердилось предположение о том, что за счет выбора матрицы Q возможно улучшить одну регулируемую переменную за счет другой. Получены результаты при варьировании параметров адаптивного управления и параметров моделирования. Публикуемые результаты исследований предназначены для поиска оптимальных соотношений параметров адаптивных систем автоматического управления динамическими объектами второго порядка. В дальнейшем эти результаты планируется проверить на четырехмерной модели САУ ГТУ с целью предварительной апробации  перспективных решений в создании новых САУ ГТУ в интересах отечественного авиадвигателестроительного комплекса предприятий.

Ключевые слова: газотурбинная установка, моделирование, адаптивная система автоматического управления, эталонная модель.

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).

Басаргин Шамиль Давыдович (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Электротехника и электромеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: izajtinov@gmail.com).

1. Lalit Chandra Saikia, Shashi Kant Sahu. Automatic generation control of a combined cycle gas turbine plant with classical controllers using Firefly Algorithm // Electrical Power and Energy Systems. – 2013. – Vol. 53. – P. 27–33.

2. Кавалеров Б.В., Бахирев Г.А., Килин Г.А. Адаптивное управление частотой вращения газотурбинной установки с настраиваемой моделью // Электротехника. – 2017. – № 11. – С. 43–46.

3. Кавалеров Б.В., Бахирев И.В., Басаргин Ш.Д. Исследование параметрической адаптации регулятора газотурбинной установки электростанции мощностью 6 МВт // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 11–2. – С. 281–285.

4. Кавалеров Б.В., Зиятдинов И.Р., Бахирев И.В. Исследование адаптивного управления газотурбинной электроэнергетической установкой при пуске соизмеримого по мощности асинхронного двигателя // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 12–1. – С. 49–57.

5. Кавалеров Б.В., Бахирев И.В., Килин Г.А. Исследование адаптивного управления частотой вращения электроэнергетических газотурбинных установок // Электротехника. – 2016. – № 11. – С. 21–27.

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

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

8. Тюкин И.Ю., Терехов В.А. Адаптация в нелинейных динамических системах // Сер. Синергетика: от прошлого к будущему. – СПб.: ЛКИ, 2008. – 384 с.

9. Ricketts B.E. Modelling of a gas turbine: A precursor to adaptive control // IEE Colloquium on Adaptive Controllers in Practice '97. Digest. – 1997. – № 176.

10. On line Tuning Premise and Consequence FIS: Design Fuzzy Adaptive Fuzzy Sliding Mode Controller Based on Lyaponuv Theory /
F. Piltan, N. Sulaiman, A. Gavahian, S. Roosta, S. Soltani // International Journal of Robotics and Automation. – 2011. – Vol. 2. – № 5. – P. 381–400.

11. Гусев Ю.М. Система автоматического управления ТВВД
с оптимизацией удельного расхода топлив // Вестник Уфим. гос. авиац. техн. ун-та. – 2011. – Т. 15. – № 5(45).

12. Скороспешкин В.Н. Адаптивная система автоматического регулирования // Науковедение: интернет-журнал. – 2014. – № 2(21).

13. Кухарчук В.Г. Современные принципы построения комплексных систем управления авиационных газотурбинных двигателей. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 1995. – 164 с.

14. Гуревич О.С. Управление авиационными газотурбинными двигателями: учеб. пособие. – М.: Изд-во МАИ, 2001. – 100 с.

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

16. Борцов Ю.А., Поляхов Н.Д., Путов В.В. Электромеханические системы с адаптивным и модельным управлением. – Л.: Энергоатомиздат; Ленингр. отд-ние, 1984. – 216 с.

17. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовкий Г.Г. Управление электроприводами: учеб. пособие для вузов. – Л.: Энергоиздат; Ленингр. отд-ние, 1982. – 392 с.

18. Automating controller tuning for gas-turbine mini power stations in computer testing / A.I. Polulyakh, I.G. Lisovin, B.V. Kavalerov, A.A. Shigapov // Automation and Remote Control. – 2014. – Vol. 75. – Iss. 7. – P. 1330–1336.

19. Бахирев И.В., Кавалеров Б.В. Адаптивное управление газотурбинной установкой с эталонной моделью и сигмоидальной функцией // Системы управления и информационные технологии. – 2015. – № 3.1(61). – С. 118–123.

20. Cybenco G. Approximation by superpositions of a sigmoidal function // Mathematics of Control, Signals and System. – 1989. – № 2(4). – P. 303–314.

На основе анализа динамики процесса предлагается метод цифрового автоматического управления шлифованием путем использования экспертных систем контроля и диагностирования параметров технологического процесса абразивной обработки с последующим принятием решения по изменению предварительных настроек в реальном времени с учетом результатов диагностирования. Для получения требуемых качественных показателей эффективной обработки необходимо осуществлять правку шлифовального круга в тот момент, когда его режущие свойства снижаются до критических. Использование нечёткой логики в алгоритме управления абразивной обработкой позволяет получить стратегию цифрового управления, подобную процессу ассоциативного мышления человека. Такая искусственно-интеллектуальная система позволяет в процессе цифрового управления использовать знания, хранящиеся в памяти, для реализации принятия решения с учетом исходных условий (логическое заключение). Использование контроллеров нечеткой логики для описания системы позволяет достаточно эффективно использовать знания экспертов вместо дифференциальных уравнений. При этом указанные приложения теории нечетких множеств выражаются с помощью лингвистических переменных естественным образом. В процессе управления шлифованием удобно использовать экспертные системы на основе нечётких регуляторов, которые подстраивают параметры регулятора прямого контура в зависимости от изменяющихся условий
и используются в дополнительном контуре управления. В прямом контуре комбинированных систем цифрового оптимального управления используются обычные регуляторы. Эффективность системы цифрового управления и качество принимаемых решений можно существенно повысить применением экспертных систем. На основании анализа параметров качества технологического процесса удалось снизить расход инструмента при сохранении высокого качества изготавливаемой продукции и повысить производительность за счет обоснованного увеличения количества валов между правками. В ходе эксперимента количество обработанных валов между правками круга был увеличен более чем в два раза, что обеспечивало значительную экономию дорогостоящего инструмента при сохранении высокого качества обработки.

Ключевые слова: автоматизация, шлифование, правка шлифовального круга, контроль, диагностирование, экспертная система, нечеткая логика, цифровое управление.

Виноградов Михаил Владимирович (Саратов, Россия) – доктор технических наук, доцент кафедры «Автоматизация, управление, мехатроника» Саратовского государственного технического университета им. Гагарина Ю.А. (410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, e-mail: michail1948@mail.ru).

Самойлова Елена Михайловна (Саратов, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология и системы управления в машиностроении» Саратовского государственного технического университета им. Гагарина Ю.А. (410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, e-mail: Helen_elenka@mail.ru).

1. Динамический мониторинг станочного оборудования / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, И.Н. Янкин, М.Б. Бровкова. – Саратов: Изд-во СГТУ, 2008. – 264 с.
2. Игнатьев С.А., Горбунов В.В., Игнатьев А.А. Мониторинг технологического процесса как элемент системы управления качеством продукции. – Саратов: Изд-во СГТУ, 2009. – 160 с.
3. Самойлова Е.М., Игнатьев С.А. Интеллектуальный мониторинг качества механической обработки // Контроль. Диагностика. – 2013. – № 4. – С. 68–72.
4. Кудинов В.А. Динамика станков. – М.: Машиностроение, 1967. – 360 с.
5. Selection of the Cutting Conditions on the Basis of Dynamic Stability for an Automated Lathe / A.A. Ignat’ev, M.V. Vinogradov, S.A. Ignat’ev, E.M. Samoilova, T.G. Nasad, A.A. Kazinskii., V.A. Karakozova, N.A., Kazinskii, M.Yu. Zakharchenko, V.A. Dobryakov // Russian Engineering Research. – 2018. – Vol. 38, № 12. – P. 1034–1037.
6. Управление периодичностью правки круга при шлифовании с применением интеллектуальных технологий / А.А. Игнатьев, Е.М. Самойлова, Д.В. Козлов, В.В. Коновалов. – Саратов: Изд-во СГТУ, 2016. – 103 с.
7. Самойлова Е.М., Игнатьев А.А., Игнатьев С.А. Интеллектуализация мониторинга технологического процесса производства деталей точного машиностроения. – Саратов: Изд-во СГТУ, 2013. – 119 с.
8. Козлов Д.В., Игнатьев А.А. Оценка устойчивости динамической системы шлифовального станка // Наука: XXI век. – Энгельс, 2012. – № 2. – С. 47–52.
9. Самойлова Е.М., Игнатьев С.А. Интеллектуальный мониторинг качества механической обработки // Контроль. Диагностика. – 2013. – № 4. – С. 68–72.
10. Козлов Д.В., Игнатьев А.А. Динамическая модель процесса врезного шлифования с учетом износа шлифовального круга // Вестник Саратов. гос. техн. ун-та. – 2011. – № 3(58). – С. 62–65.
11. Козлов Д.В., Виноградов М.В., Добряков В.А. Экспериментальное исследование процесса шлифования валов для идентификации динамической системы станка по виброакустическим колебаниям // Вестник СГТУ. – 2013. – № 1(69). – С. 160–165.
12. Козлов Д.В., Игнатьев А.А. Экспериментальное исследование частоты правки шлифовального круга // Вестник СГТУ. – 2011. – № 2(56). – С. 80–84.
13. Самойлова Е.М., Игнатьев А.А. Технология формирования продукционной компоненты базы знаний экспертной системы контроля и диагностирования шлифовального станка // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2018. – № 25. – С. 163–176.
14. Самойлова Е.М., Колоколова С.С., Виноградов М.В. Системный подход к анализу методов  управления точностью прецизионной обработки с учетом доминирующей роли формообразующих перемещений // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2016. – № 1(18). – С. 21–42.
15. Козлов Д.В., Игнатьев А.А. Математическая модель процесса врезного шлифования // Технологическое обеспечение качества машин и приборов: сб. науч. тр. по материалам 6-й Междунар. науч.-практ. конф. – Пенза: Приволжский дом знаний, 2011. – С. 34–36.
16. Самойлова Е.М., Игнатьев А.А. Методы и алгоритмы интеллектуализации мониторинга технологических систем на основе автоматизированных станочных модулей интегрированного производства: в 3 ч. Ч. 2: Динамическая экспертная система поддержки принятия решения. – Саратов: Изд-во Саратов. гос. техн. ун-та, 2018. – 100 с.
17. Самойлова Е.М. Программная реализация информационно-измерительного канала вихретокового контроля гибридной интеллектуальной системы мониторинга // Вестник Брянск. гос. техн. ун-та. – 2018. – № 1(62). – С. 45–51.
18. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. – СПб.: Питер, 2000. – 384 с.
19. Васильев В.И., Ильясов Б.Г. Интеллектуальные системы управления. Теория и практика. – М.: Радиотехника, 2009. – 392 с.
20. Risbood K.A., Dixit U.S., Sahasrabudhe A.D. Prediction of surface roughness and dimensional deviation by measuring cutting forces and vibrations in turning process // Journal of Material Processing Technology. – 2003. – Vol. 132. – Р. 203–214.
21. Tate A. Planning and Conduction Monitoring in a FMS // Conference on development of FMS. – London, July 1984. – P. 62–69.

Сегодня отдельным направлением волоконной оптики являются разработка и исследование датчиков на основе оптических световодов. Актуальным направление – создание датчиков в сердцевине волокна с помощью эффекта плавления сердцевины, а также комбинирование датчика температуры с волоконным рассеивателем. Существующие медицинские волоконно-оптические зонды для терапии не имеют встроенных температурных датчиков. Для этих целей используются отдельные зонды-датчики. Поэтому актуальным является создание устройств, которые сочетают в себе свойства датчика и терапевтического зонда. Целью исследования является исследование температурной чувствительности терапевтического зонда с цилиндрическим рассеивателем. Для создания рассеивателей на основе fuse-эффекта был изготовлен волоконный лазер, легированный оксидами иттербия. Зонд был создан на многомодовом волокне 62,5/125 мкм. Формирование рассеивающей структуры и датчика происходит под действием эффекта плавления сердцевины. В ходе эксперимента рассеиватель света помещался в термокамеру, в которой температура каждые 10 мин скачкообразно повышалась на 1 град в диапазоне от 30 до 42 °C. Сдвиг спектральной характеристики датчика под воздействием температуры определяет его чувствительность. Для упрощения анализирующей схемы в опорное плечо интеррогатора была внедрена решетка Брэгга. В результате исследования характеристик одномодового рассеивателя получен калибровочный график зависимости амплитуды мощности обратного излучения от температуры. Это доказывает, что разработанный и изготовленный рассеиватель может применяться как датчик температуры. Точность определения температуры составила 1,25 °С. Чтобы использовать такой датчик в медицинских целях, рекомендуется увеличить точность до 0,1 °С

Ключевые слова: датчик, оптическое волокно, эффект плавления, лазер.

Конин Юрий Александрович (Пермь, Россия) – аспирант Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: yuri-konin@yandex.ru).

Щербакова Виктория Александровна (Пермь, Россия) – магистрант Пермского государственного национального исследовательского университета (614990, Пермь, ул. Букирева, 15, e-mail: scherbackova.vict@mail.ru).

Стариков Сергей Сергеевич (Пермь, Россия) – магистрант Пермского государственного национального исследовательского университета (614990, Пермь, ул. Букирева, 15, e-mail: seregastar46@bk.ru).

Гаранин Андрей Иванович (Пермь, Россия) – аспирант Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: kigaranin@yandex.ru).

Токарева Янина Дмитриевна (Пермь, Россия) – студентка Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: Yanoti@yandex.ru).

1. Буфетов И.А., Дианов Е.М. Оптический разряд в волоконных световодах // Успехи физических наук. – 2005. – Т. 175, № 1. –
С. 100–103.

2. Кашиап Р. Самодвижущееся самофокусирующееся повреждение в оптических волокнах // Электроника. – 1988. – Т. 24, № 1. –
С. 47–49.

3. Жидкостный оптический датчик гидростатического давления на основе микрополости, создаваемой катастрофическим эффектом плавления / М.Ф. Домингуес, Е.Ф. Теиxеира, Н. Алберто, А.Р. Фряс,
Р.А. Ферреира, H. Варум // IEEE Sensors Journal. – Октябрь 2015. –
Т. 15. – Вып. 10. – С. 5654–5658.

4. Хэнд Д.П., Рассел П.С. Одиночные тепловые ударные волны
и оптические повреждения в оптических волокнах: эффект плавления // Оптика Письма. – 1988. – Т. 13, № 9. – С. 767–769.

5. Высокочувствительный высокотемпературный оптоволоконный датчик Фабри-Перо, созданный на эффекте плавления / М.Ф. Домингуес, Е.Ф. Теиxеира, Н. Алберто, А.Р. Фряс, Р.А. Ферреира, H. Варум // Труды SPIE. – 2015. – Т. 9634 96345M-4.

6. Датчик гидростатического давления на основе микрополостей, созданный в результате эффекта плавления / М.Ф. Домингуес,
Е.Ф. Теиxеира, Н. Алберто, А.Р. Фряс, Р.А. Ферреира, H. Варум // Труды SPIE. – 2015. – Т. 9634 96345M-4.

7. Микрополость с кончиком волокна для измерения температуры и поперечной нагрузки // Opt. Express. – 2011. – Т. 19, № 13. –
С. 12418–12426.

8. Пинет Е. Волоконно-оптические датчики Фабри-Перо для измерения физических параметров в сложных условиях // Журнал сенсоров. – 2009. – № 2. – С. 1–9.

9. Данилейко Ю.К. Тепловой взрыв – механизм лазерного разрушения оптических материалов с поглощающими включениями // Советский журнал квантовой электроники. – 1989. – Т. 8, № 1. – С. 503–506.

10. Вуд Р.М. Лазерные пороги повреждения и уровни лазерной безопасности. У единиц измерения имеют значение // Оптические
и лазерные технологии. – 1998. – Т. 29, № 8. – С. 517–522.

11. Полость Перо на основе диафрагменной кварцевой трубки
с полой сердцевиной / М.С. Феррейра, Л. Коэльо, К. Шустер, Дж. Кобельке, Дж.Л. Сантос, О. Фразан // Оптика Письма. – 2011. – Т. 36,
№ 20. – С. 4029–4031.

12. Ляо С.Р., Ху Т.Ю., Ван Д.Н. Полость оптического волокна интерферометра Фабри–Перо, изготовленная с помощью фемтосекундной лазерной микрообработки и сварочного плавления для определения
показателя преломления // Opt. Express. – 2012. – Т. 20, № 20. –
С. 22813–22818.

13. Внутренний оптоволоконный датчик температуры Фабри–Перо, изготовленный фемтосекундным лазером, изготовленный с помощью фемтосекундного лазера / W.Y. Wang, F.F. Pang, X.B. Zhang, T.Y. Wang // Атмосферная химия и физика. – 2010. – Т. А247. – С. 529–551.

14. Конин Ю.А., Гаранин А.И, Щербакова В.А. Оптическое разрушение волокна в оптоволоконных линиях связи // Автоматизированные системы управления и информационные технологии: материалы конф. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2018. –
С. 239–245.

15. Конин Ю.А., Гаранин А.И., Нурмухаметов Д.И. Исследование температурной чувствительности волоконных рассеивателей // VIII Всерос. конф. по фотонике и информационной оптике: сб. науч. тр. – М.: Изд-во НИЯУ МИФИ, 2019. – C. 135–136.

16. Исследование термочувствительности волоконно-оптического датчика, созданного в результате эффекта плавления / Ю.А. Конин, А.И. Гаранин, Д.И. Нурмухаметов, С.Ф. Тюрин, В.А. Щербакова // Материалы конф. молод. ученых-исследователей в обл. электротехники и электроники (ElConRus). – 2019. – С. 902–905.

17. Исследование эффекта плавления сердцевины оптического волокна для создания сенсорной структуры / Ю.А., Конин, А.И. Гаранин, Д.И. Нурмухаметов, С.Ф. Тюрин, В.А. Щербакова // Материалы конф. молодых ученых-исследователей в области электротехники и электроники (ElConRus). – 2019. – С. 906–907.

18. ДеНеф П., Лашинский Х. Модель Ван-дер-Поля для неустойчивых волн в системе пучок-плазма // Physical Review Letters. – 1973. – Т. 31, № 17. – С. 1039–1041.

19. Накамура Ю. Подавление и возбуждение колебаний электронов в системе пучок-плазма // Журнал Физического общества Японии. – 1971. – Вып. 31, № 1. – С. 273–279.

20. Дэвис Д.Д., Меттлер С.С., Ди Д.Дж. Джованни. Сравнительная оценка модели эффекта плавления // Труды Общества инженеров фотооптического приборостроения. – 1966. – Вып. 2966. – С. 592–606.

Рассматриваются вопросы обеспечения эффективности лазерной связи между узлами распределенных измерительных сетей. Одним из основных воздействующих факторов, приводящих к ослаблению сигнала диодных лазеров, является дивергенция (расхождение) луча, которая может достичь 3–8 mrad. Также важным фактором является турбулентность атмосферы, которая возникает из-за разности температур поверхности Земли и атмосферы. В атмосферных лазерных линиях связи основными  воздействующими внешними факторами являются туман, снег, дождь. С учетом воздействия указанных факторов предложена новая модель ослабления лазерного сигнала в открытой коммуникационной сети между центральным узлом и распределенными приемными узлами. В предложенной модели в качестве основных рассматриваются такие показатели, как расстояние между центром и распределенными узлами; видимость на дистанции и показатель распределения рассеивающих частиц. Предложен новый показатель эффективности коммуникации в распределенных лазерных сетях. Составлена и решена задача нахождения экстремума предложенного показателя. На основе полученного решения оптимизационной задачи даны рекомендации по выбору взаимосвязи длины дистанции и видимости на этой дистанции. Заключено, что в лазерной сети коммуникации между центральным узлом и распределенными узлами связи наихудший по выбранному обобщенному показателю эффективности результат может быть получен при возрастающем характере функциональной связи между расстоянием и видимостью, т.е. с ростом видимости при увеличении расстояния до выбранного приемного узла. Эвристической альтернативой в данном случае является организация обратной зависимости между расстоянием и видимостью, т.е. такой вариант, когда уменьшение  сопровождалось бы увеличением видимости.

Ключевые слова: лазерная связь, эффективность, оптимизация, измерительные сети, видимость.

Казымлы Рейхана Вагиф гызы (Баку, Азербайджанская Республика) – докторант (аспирант) Национального аэрокосмического агентства (AZ1115, Баку, ул. С.С. Ахундова, 1, e-mail: reyhana.kazi­mli@gmail.com).

Гусейнова Рена Омар гызы (Баку, Азербайджанская Республика) – доктор философии в области техники, доцент Азербайджанского архитектурно-строительного университета (AZ 1073, Баку, ул. Айны Султановой, 5, e-mail: renahuseynova55@gmail.com).

1. Naseem Z., Nausheen I., Mirza Z. Propagation models for wireless communication system // International Research Journal of Engineering and Technology. – January 2018. – Vol. 05, iss. 01. – P. 237–242.
2. Kim Isaac I., McArthur Bruce, Korevaar Eric. Comparison of laser beam propagation at 785 nm and 1550 nm in fog and haze for optical wireless communications ERDG/CERL, TR-06-04. – URL: https://spie.org/Publications/Proceedings/Paper/10.1117/12.417512?origin_id=x4325&start_volume_number=04200
3. Dordova Lucie, Wilfelt Otakar. Laserbeam attenuation determined by the method of available optical power in turbulent atmosphere // Journal of telecommunications and information technology. – 2009. – 2. – P. 53–58.
4. Naseem Zhera, Nausheen Iram, Mirza Zahwa. Propagation models for wireless communication system // International Research Journal of Energineering and Technology. – 01.01.2018. – Vol. 05. – P. 237–341.
5. Localization, tracking, and imaging of targets in wireless sensor networks / F. Viani, P. Rocca, G. Oliveri, D. Trinchero, A. Massa // An invited review. – URL: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.473.8534&rep=rep1&type=pdf
6. Perez-Vega Costantino, Garcia G. Jose Luis. Frequency behavior of a power-law path loss model. – URL: https://www.researchgate.net/publication/239924028_Frequency_behavior_of_a_power-law_path_loss_model
7. Atmospheric influences on satellite communications / Zubair Muhammad, Haider Zaffar, Akhan Shahid, Nasir Jamob / Comsats Institute of Information Technology, Islamabad (1,2,3); Comsats Institute of Information Technology Abbott Abad (4) // Przeglad elektrotechniczny (Electrical Review). – 2011. – Vol. 87. – № 5.
8. Calla O.P.N., Purohit J.S. Study of effect of rain and dust on propagation of radio waves at millimeter wavelength. – URL: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.491.9393&rep=rep1&type=pdf
9. Dordova L., Wilfert O. Optimal laser diode operating mode with unstable operating temperature in turbulent atmosphere // Proc. Semicond. Laser Dynam. SPIE Eur. Photon. Eur. 2008. – Strasbourg, France, 2008. – P. 1–11.
10. Tosovsky O., Dordova L. Free space optical channel parameters estimation for high altitude platform system // Proc. 18th Int. Conf. Radioelektr. – Prague, Czech Republic. – 2008. – P. 1–5.
11. Koreevar E., Kim I., MacArthur B. Atmospheric propagation characteristic of highest importace to commercial free space optics // Proc. SPIE (Atmospheric propagation). – 2003. – Vol. 4976. – P. 1–12.
12. Naboulsi A., Sizun M., Fornel F.De. Propagation of optical and infrared waves in the atmosphere // Proc. 28th URSI Gener. Assem. – New Dehli, India, 2005. – P. 1–4.
13. Dordova L., Wilfert O. Laser beam attenuation determined the method of available optical power in turbulent atmosphere // Journal of Telecommunications and Information technology. – 2009. – № 2. – P. 53–57.
14. Kim I.I., MacArthur B., Koreevar E. Comparison of laser beam propagation at 785 and 1550 nm in fog and haze for optical wireless communication//ERDC/CERL. – TR-06-4. – P. 21.
15. Measurement of scintillation and link margin for the TerraLink laser communication system / I.I. Kim, J. Koontz, H. Hakakha, P. Adhikari, R. Stieger, C. Moursund, M. Barclay, A. Stanford, R. Ruigrok, J. Schuster, E. Koreevar // Wireless Technology System: Mimmimeter Wave and Optical. Proc. SPIE. – 1997. – Vol. 3232. – P. 100–118.
16. Wireless optical transmission of Fast Ethernet, FDDI, ATM and Escon protocol data using the TerraLink laser communication system / I.I. Kim, R. Stieger, J. Koontz, C. Moursund, M. Barclay, P. Adhikari, J. Schuster, E. Koreevar // Opt. Eng. – 1998. –Vol. 37. – P. 3143–3155.
17. 2.4rv free-space optical communication 1550nm transmission link operating at 2.5 Gb/s – experimental results / P.F. Szajowski, G. Nykolak, J.J. Auborn, H.M. Presby, J.A. Abate, G.E. Tourgee, E. Koreevar, J. Schuster, I.I. Kim // Optical Wireless Communication. Proc. SPIE. – 1998. – Vol. 3532. – P. 29–40.
18. 4´2.5 Gb/s 4.4 km WDM free-space optical link at 1550 nm / G. Nykolak, P.F. Szajowski, J. Jacques, H.M. Presby, J.A. Abate, G.E. Tourgee, J.J. Auborn // Post Deadline Paper Optical Fiber Conference. – 1999.
19. High power optical amplifier enable 1550 nm terrestrial free-space optical dala-link operating @WDM 2.5 Gb/s data rates / P.F. Szajowski, J.J. Auborn, G. Nykolak, H.M. Presby, G.E. Tourgee // Optical Wireless Communication II Proc. SPIE. – 1999. – Vol. 3850. – P. 2–10.
20. Update on 4´2.5 Gb/s 4.4 km free-space optical communication link availability and scintillation performance / G. Nykolak, J.J. Auborn, H.M. Presby, P.F. Szajowski, G.E. Tourgee // Optical Wireless Communication II Proc. SPIE. – 1999. – Vol. 3850. – P. 11–19.

Одним из способов обогрева трубопроводов в нефтегазовой отрасли является система резистивного нагрева, основным элементом которой является нагревательный (греющий) кабель. В данной работе рассматривается плоский трехжильный кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена, поливинилхлоридной внутренней оболочкой, металлического экрана в виде оплетки и с внешней поливинилхлоридной оболочкой. Трубопровод покрыт слоем тепловой изоляции для снижения тепловых потерь в окружающее пространство. Входными параметрами для расчета систем резистивного нагрева трубопроводов являются геометрические размеры теплоизолированного трубопровода, теплофизические параметры тепловой изоляции, конструкция греющего кабеля, поддерживаемая температура трубопровода и условия теплообмена с окружающей средой. На первом этапе вычисляются тепловые потери теплоизолированного трубопровода
в окружающее пространство, с учетом которых на втором этапе определяются температурные режимы работы греющего кабеля. Тепловые потери системы резистивного нагрева трубопроводов находятся с использованием тепловой схемы замещения и теории подобия тепловых процессов. Для определения температурных режимов работы греющего кабеля предлагается математическая модель стационарной теплопроводности, численная реализация которой осуществляется методом конечных объемов в среде инженерных расчетов Ansys Fluent. Проводится
исследование влияния температуры окружающей среды, скорости ветра, толщины тепловой изоляции трубопровода на величину тепловых потерь в окружающее пространство. Для рассматриваемых условий теплообмена с окружающей средой строятся температурные поля системы резистивного нагрева трубопроводов с нагревательным кабелем. По результатам численных исследований производится оценка возможности использования рассматриваемого кабеля для обогрева трубопровода для заданных условий теплообмена с окружающей средой.

Ключевые слова: трубопровод, нагревательный кабель, система резистивного нагрева, математическая модель, тепловая схема замещения.

Харин Станислав Валерьевич (Пермь, Россия) – студент Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр-т, 29, e-mail:stas.xar@yandex.ru).

Щербинин Алексей Григорьевич – доктор технических наук, профессор кафедры «Конструирование и технологии в электротехнике» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр-т, 29 e-mail: agshch@mail.ru).

1. Струпинский М.Л., Хренков Н.Н., Кувалдин А.Б. Проектирование и эксплуатация систем электрического обогрева в нефтегазовой отрасли. – М.: Инфра-Инженерия, 2015. – 272 с.
2. Транспорт и хранение высоковязких нефтей и нефтепродуктов. Применение электроподогрева / Р.Н Бахтизин., А.К. Галлямов, Б.Н. Мастобаев [и др.]. – М.: Химия. 2004. – 196 с.
3. Струпинский М.Л., Кувалдин А.Б. Индукционно-резистивная система обогрева трубопровода // Электрика. – 2008. – № 11. – С. 21–24.
4. Mende J., Pohl G. Induktive Beheizung von Rohrleitungen // Lebensmittel-Ind. – 1968. – 15, № 1. – P. 11–13.
5. Расчет и внедрение индукционно-резистивной системы обогрева трубопроводов / А.Б. Кувалдин, М.Л. Струпинский, Н.Н. Хренков, М.А. Федин // Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий АПЭЭТ-2011. – Екатеринбург, 2011. – С. 55–60.
6. Электротепловая модель коаксиальной индукционно-резистивной системы нагрева / А.Б. Кувалдин., М.Л. Струпинский, Н.Н. Хренков, В.А. Шатов // Электротехника. – 2005. – № 1. – С. 48–53.
7. Хренков Н.Н., Дегтярева Е.О. Расчет режимов остывания и разогрева трубопроводов // Промышленный электрообогрев и электроотопление. – 2011. – № 2. – С. 20–23.
8. Струпинский М.Л. Саморегулирующиеся кабели отечественного производства – ключевой элемент систем электрообогрева в нефтегазовом комплексе // Кабели и провода. – 2017. – 3(364). – С. 3–9.
9. Макиенко Г.П. Кабели и провода, применяемые в нефтегазовой индустрии. – Пермь: Стиль-МГ, 2004. – 560 с.
10. Нагревательные кабели и электроподогрев скважин // Бурение и нефть / Л.А. Ковригин, Г.П. Макиенко, И.М. Акмалов, С.М. Пешин. – 2004. – № 3. – С. 22–25.
11. Основы кабельной техники / под ред. В.А. Привезенцева. – М.: Энергия, 1975. – 472 с.
12. Основы кабельной техники / под ред. И.Б. Пешкова. – М.: Академия, 2006. – 427 с.
13. Ковригин Л.А. Основы кабельной техники. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2006. – 94 с.
14. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 2010. – 343 с.
15. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергоиздат, 1981. – 416 с.
16. Бате К.-Ю. Методы конечных элементов. – М.: Физматлит, 2010. – 1022 с.
17. Соловейчик Ю.Г., Рояк М.Э., Персова М.Г. Метод конечных элементов для решения скалярных и векторных задач: учеб. пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. – 895 с.
18. Зенкевич О.С. Метод конечных элементов в технике. – М.: Мир, 1979. – 541 с.
19. Зенкевич О.С., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. – М.: Мир, 1986. – 318 с.
20. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. – М.: Мир, 1979. – 392 с.
21. Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: справоч. пособие. – М.: Машиностроение, 2004. – 512 с.

Проанализирована проблема информационной безопасности в информационных системах. Перечислены аргументы, обусловливающие возрастающее количество инцидентов информационной безопасности, статистику роста угроз безопасности информации и связанные с активным внедрением информационных технологий. Перечислены наиболее востребованные сферы, требующие обеспечения безопасности. Сформулирована задача защиты объектов критической информационной инфраструктуры. Обеспечение безопасности значимых объектов является составной частью работ по созданию (модернизации), эксплуатации и выводу из эксплуатации значимых объектов. Требования к обеспечению безопасности объектов критической информационной инфраструктуры в ходе разработки, ввода и вывода из эксплуатации подобных объектов являются исходными задачами по защите информации. Перечислены направления для обоснования требований по защите информации, определенные нормативными правовыми документами. Сделан вывод об источниках требований, включаемых в техническое задание на создание системы защиты информации критически важного объекта. Продемонстрирована взаимосвязь моделей, отражающих требования по защите информации, к которым относятся модель угроз безопасности информации и модель системы защиты. Показана целесообразность разработки множества вариантов реализации требований к системам безопасности. Проанализирован процесс формирования требований по защите информации, отражаемых в техническом задании на систему. Определен порядок задания требований, исходя из классификационных признаков объекта критической информационной инфраструктуры. Представлено формальное описание предметной области объекта критической информационной инфраструктуры, основанное на проанализированных данных о нем. Сформулированы решающие правила вывода. Разработана модель представления объекта критической инфраструктуры на основе модели перечисления его уязвимостей и заданных требований. Осуществлена формальная постановка задачи синтеза системы безопасности в соответствии с выбранными критериями.

Ключевые слова: критическая информационная инфраструктура, уровень защищенности, техническое задание, требование по безопасности информации.

Шабуров Андрей Сергеевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: shans@at.pstu.ru).

Зонова Виктория Эдуардовна (Пермь, Россия) – студентка Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: us277@mail.ru).

1. Федеральный закон от 26.07.2017 № 187 «О безопасности критической информационной инфраструктуры Российской Федерации» // Доступ из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.
2. Приказ ФСТЭК России от 21 декабря 2017 г. № 235 «Об утверждении требований к созданию систем безопасности значимых объектов критической информационной инфраструктуры Российской Федерации и обеспечению их функционирования» // Доступ из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.
3. Постановление Правительства Российской Федерации от 8 февраля 2019 г. № 127 «Об утверждении Правил категорирования объектов критической информационной инфраструктуры Российской Федерации, а также перечня показателей критериев значимости объектов критической информационной инфраструктуры Российской Федерации и их значений» // Доступ из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.
4. Приказ ФСТЭК России от 25 декабря 2017 г. № 239 «Об утверждении требований по обеспечению безопасности значимых объектов критической информационной инфраструктуры Российской Федерации» // Доступ из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.
5. Шабуров А.С., Зонова В.Э., Рыжук Н.С. Защита критической информационной инфраструктуры в соответствии с требованиями по обеспечению безопасности информации // Инновационные технологии: теория, инструменты, практика: материалы X Междунар. интернет-конф. молод. ученых, аспир., студ., 20.11–31.12.2018. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исследов. политехн. ун-та, 2019. – С. 397–403.
6. Шабуров А.С., Миронова А.А. О повышении эффективности защиты персональных данных в информационных системах открытого типа // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2015. – № 16. – С. 106–117.
7. Муравник В.Б., Захаренков А.И., Добродеев А.Ю. Некоторые предложения по подходу и порядку реализации политики и стратегии импортозамещения в интересах национальной безопасности и укрепления обороноспособности Российской Федерации // Вопросы кибербезопасности. – 2016. – № 1(14). – С. 2–8.
8. Петренко С.А., Ступин Д.Д. Национальная система раннего предупреждения о компьютерном нападении / под общ. ред. С.Ф. Боева; ввод. слово А.И. Смирнова, А.Г. Тормасова; ввод. статья И.А. Каляева. – Иннополис: Изд. дом «Афина», 2017. – 440 с.
9. Чобанян В.А., Шахалов И.Ю. Анализ и синтез требований к системам безопасности объектов критической информационной инфраструктуры // Вопросы кибербезопасности. – 2013. – № 1(1). – С. 17–27.
10. Бибашов С.А. Модель формирования требований по защите информации к создаваемым автоматизированным системам в защищенном исполнении // Вопросы кибербезопасности. – 2017. – № 5(23). – С. 83–90.
11. Барабанов А.В., Марков А.С., Цирлов В.Л. Оценка соответствия средств защиты информации «Общим критериям» // Информационные технологии. – 2015. – Т. 21. – № 4. – С. 264–270.
12. Марков А.С., Цирлов В.Л., Барабанов А.В. Методы оценки несоответствия средств защиты информации. – М.: Радио и связь, 2012. – 192 с.
13. Исаев Г.Н. Проектирование информационных систем: учеб. пособие. – М.: Омега-Л, 2013. – 424 с.
14. Микони С.В. Теория принятия управленческих решений: учеб. пособие. – СПб.: Лань, 2015. – 448 с.
15. Шабуров А.С. О разработке модели обнаружения компьютерных атак на объекты критической информационной инфраструктуры // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2018. – № 26. – С. 199–213.
16. Хуснулин Р.Г. Использование технического задания на защиту информации при разработке интегрированной автоматизированной системы управления в защищенном исполнении // Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире: материалы междунар. науч.-практ. конф. – СПб.: Информац. издат. учеб.-науч. центр «Стратегия будущего», 2013. – № 2. – С. 71–78.
17. Орлова Ю.А. Алгоритмическое обеспечение анализа текста технического задания и построения моделей программного обеспечения // Известия Волгоград. гос. техн. ун-та. Сер. Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах: межвуз. сб. науч. ст. – Волгоград, 2010. – Вып. 8, № 6(66). – С. 68–72.
18. Цыгичко В.Н., Черешкин Д.С., Смолян Г.Л. Безопасность критических инфраструктур. – М.: ЛЕНАНД, 2019. – 200 с.
19. Farah T., Trajkovic L. Anonym: A tool for anonymization of the Internet traffic // IEEE 2013 International Conference on Cybernetics (CYBCONF). – 2013. – P. 261–266.
20. Orebaugh Angela, Gilbert Ramirez, Jay Beale. Wireshark & Ethereal network protocol analyzer toolkit. – Elsevier, 2006.

Суммарное реактивное сопротивление рассеяния трансформатора с концентрическими цилиндрическими обмотками зависит от толщин катушек и величины зазора между ними. Существующие методы не позволяют измерять реактивные сопротивления рассеяния для каждой обмотки трансформатора в отдельности, поэтому часто для простоты полагают их равными друг другу.
В действительности применительно к рассматриваемому случаю они существенно не равны.
В самом деле, расчет потокосцепления внешней обмотки показывает, что ее реактивное сопротивление рассеяния больше суммарного сопротивления рассеяния обеих обмоток. Из этого вытекают два обстоятельства. Первое – внутренняя обмотка трансформатора поглощает магнитный поток
в большей степени, чем рассеивает (рассеивает свой магнитный поток, поглощает от внешней обмотки). Второе – ее (эквивалентное) реактивное сопротивление рассеяния является емкостным. Цель исследования состоит в обосновании возможности экспериментального определения реактивных сопротивлений рассеяния для каждой обмотки трансформатора в отдельности. Актуальность работы обусловлена повсеместным распространением трансформаторов. Реактивное сопротивление рассеяния каждой обмотки трансформатора в отдельности может быть определено, по крайней мере, тремя экспериментальными методами, дающими удовлетворительное совпадение результатов. Почти парадоксальный результат – емкостный характер сопротивления рассеяния внутренней обмотки трансформатора получен лишь для концентрических цилиндрических обмоток. Обобщать его на другие типы обмоток не следует. Представленные экспериментальные методы не привязаны к характеру реактивности сопротивлений рассеяния. Они являются универсальными – их можно использовать при любых типах обмоток. Полученные результаты рекомендуется использовать при проектировании и исследовании трансформаторов.

Ключевые слова: трансформатор, обмотка, рассеяние, индуктивный, емкостной, потокосцепление, магнитный поток.

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. Четыре теоремы для синхронных машин с реактивной нагрузкой // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2018. – № 28. – С. 169–178.
2. Попов И.П. Комбинированные векторы и магнитный заряд // Прикладная физика и математика. – 2018. – № 6. – С. 12–20. DOI: 10.25791/pfim.06.2018.329
3. Попов И.П. Об одной теореме для синхронной электрической машины // Приложение математики в экономических и технических исследованиях: сб. науч. тр. междунар. науч.-практ. конф. / под общ. ред. В.С. Мхитаряна. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогор. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2019. – С. 118–121.
4. Линейная электрическая машина: пат. 2478252 RU, МПК6 H 02 K 33/16, H 02 K 41/02, H 02 K 1/06. / И.П. Попов, Ф.Н. Сарапулов, С.Ф. Сарапулов, В.И. Мошкин (Россия). – № 2011126563/07; заявл. 28.06.2011; опубл. 27.03.2013. Бюл. № 9.
5. Попов И.П. Емкостно-инертное устройство // Известия Санкт-Петербург. гос. электротехн. ун-та «ЛЭТИ». – 2015. – Т. 2. – С. 43–45.
6. Попов И.П. Вращательные инертно-емкостные устройства // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Технические науки. – 2011. – № 3(31). – С. 191–196.
7. Электрическое емкостное устройство: пат. 2086065 (RU) / И.П. Попов. – 1997. – № 21.
8. Попов И.П., Сарапулов Ф.Н., Сарапулов С.Ф. Упруго-емкостные колебания в электромеханических системах // Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий АПЭЭТ-2014: сб. науч. тр. – Екатеринбург: Изд-во УРФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2014. – С. 217, 218.
9. Попов И.П. Спонтанные упруго-емкостные колебания в системах автоматики // Вестник Морского гос. ун-та им. адм. Г.И. Невельского. Сер. Автоматическое управление, математическое моделирование и информационные технологии. – 2017. – Вып. 78. – С. 93–96.
10. Попов И.П. Электромагнитный маховик для ориентирования орбитальных объектов // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. – 2019. – № 2. – С. 15–17.
11. An approach to power transformer asset management using health index / A.N. Jahromi, R. Piercy, S. Cress, W. Fan // IEEE Electr Insul Mag. – 2009. – Vol. 25. – P. 20–34.
12. Usage of nanotechnology based gas sensor for health assessment and maintenance of transformers by DGA method / C. Anjali, B. Partha, N.K. Roy, P. Kumbhakar // Int. Jour. Electr. Power and Energy Syst. – 2013. – Vol. 45. – P. 137–141.
13. Elanien A., Salama M. M. M. Calculation of a health index for oil-immersed transformers rated under 69kV using fuzzy logic // IEEE Trans Dielectr Electr Insul. – 2012. – Vol. 27. – P. 2029–2036.
14. Diwyacitta K., Prasojo R.A., Suwarno. Study on Correlation Among Oil Dielectric Characteristics, Dissolved Gases, and Operating Life of 150 kV Power Transformer // Int. Jour. on Electrical Engineering and Informatics. – 2017. – Vol. 9, No. 3. – P. 585–602.
15. Husain Z. Fuzzy Logic Expert System for Incipient Fault Diagnosis of Power Transformers // Int. Jour. on Electrical Engineering and Informatics. – 2018. – Vol. 10, No. 2. – P. 300–317.
16. Ranga C., Chandel A.K. Expert System for Health Index Assessment of Power Transformers // Int. Jour. on Electrical Engineering and Informatics. – 2017. – Vol. 9, No. 4. – P. 850–865.
17. Ranga C., Chandel A.K., Chandel R. Performance Analysis of Cellulose and Nomex-910 Impregnated Oil Filled Power Transformers // Int. Jour. on Electrical Engineering and Informatics. – 2017. – Vol. 9, № 2. – P. 394–406.
18. Rahmati A., Sanaye P.M. Protection of power transformer using multi criteria decision-making // Int. Jour. Electr Power and Energy Syst. – 2015. – Vol. 68. – P. 294–303.
19. Ghoneim S.S.M., M. Tahab I.B. A new approach of DGA interpretation technique for transformer fault diagnosis // Int. Jour. Electr Power and Energy Syst. – 2016. – Vol. 81. – P. 265–274.
20. Ranga C., Chandel A.K. Condition assessment of power transformers based on multi attributes using fuzzy logic // IET Sci. Measurement Tech. – 2017. – Vol. 11. – P. 983–990.

Приведены результаты анализа режимов работы и условий их существования в системе, состоящей из магнитоэлектрического генератора (МЭГ) и управляемого (тиристорного) мостового выпрямителя с дополнительным дросселем, подключенным к нейтрали генератора и средней точке двуполярного постоянного напряжения. Несложная модификация известной схемы Ларионова предназначена для применения в электротехнических комплексах электропитания переменного напряжения с промежуточным звеном постоянного напряжения, в которых первичным источником электрической энергии  является МЭГ с переменной частотой вращения вала,
а в качестве стабилизатора параметров энергии нагрузки – автономный транзисторный инвертор напряжения (ИН), нагрузка которого имеет нейтраль, подключенную к средней точке двуполярного выходного напряжения выпрямителя. Необходимость введения дополнительного дросселя состоит в формировании контура протекания постоянной составляющей тока нагрузки, минуя конденсаторы звена постоянного тока системы. Введение дросселя изменяет режимы работы схемы, которые характеризуются различным количеством и длительностью интервалов проводимости тиристоров выпрямителя на периоде частоты напряжения генератора. В статье приведены результаты первого, необходимого для систем с МЭГ и выпрямителем, этапа анализа электромагнитных процессов при нулевой величине постоянной составляющей тока нагрузки. При анализе режимов работы принята LE-схема замещения фазы генератора с учетом наличия взаимной индуктивности фаз и опирающаяся на теорему постоянства потокосцепления и допущении, что магнитная система не насыщена и линейна. Система дифференциальных уравнений трехфазного МЭГ дополнена уравнением для напряжения и тока нейтрали, появление которого обусловлено введением дополнительного дросселя. Полученные в относительных величинах выражения позволяют определять условия существования режимов в модифицированной схеме в широком диапазоне изменения частоты вращения вала генератора, углов управления, индуктивности фаз генератора и входной индуктивности выпрямителя (индуктивность фидера генератора), Результаты этого этапа анализа являются основой для следующего шага – учета влияния наличия постоянной составляющей тока нагрузки ИН.

Ключевые слова: магнитоэлектрический генератор, управляемый выпрямитель с дополнительным дросселем в нейтрали генератора, анализ режимов работы и условий их существования в системе с генератором и выпрямителем, постоянство потокосцепления, ненасыщенная линейная магнитная система.

Коробков Дмитрий Владиславович (Новосибирск, Россия) – старший преподаватель кафедры «Электроника и электротехника» Новосибирского государственного технического университета, ведущий инженер-конструктор Института силовой электроники Новосибирского государственного технического университета, м.н.с. (630073, Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, e-mail: korobkov@corp.nstu.ru).

1. Галтеев Ф.Ф. Современные системы электроснабжения самолетов / науч. ред. проф. Н.Т. Коробан; Гос. ком. Совета Министров СССР по науке и технике; АН СССР; ВИНИТИ. – М., 1977. – 95 с. (Итоги науки и техники. Электрооборудование транспорта. Т. 4).

2. Усачев А.П., Гордейчик А.В., Рохлин А.М. IGBT – инвертор для ветроэлектрической станции // Труды IV МНТК АПЭП-98. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998. – Т. 7. – С. 69–71.

3. Харитонов С.А., Коробков Д.В. Параллельная работа инвертора на IGBT модулях с промышленной сетью // Труды IV МНТК АПЭП-98. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998. – Т. 7. – С. 72–73.

4. Mechanotronic system «semiconductor frequency converter – synchronous generator» in wind power installations with variable speed of the wind turbine shaft rotation / S.A. Kharitonov, G.S. Zinoviev,
G.V. Grabovectsky, N.I. Borodin, E.B. Preobrazhensky, M.V. Martinovich,
S.V. Brovanov, D.V. Korobkov, A.A. Stennikov, A.V. Popov // Proceeding of the 1 Russian – Korean international symposium on applied mechanics. RUSKO-AM-2001, Novosibirsk, 2001. – Novosibirsk, 2001. – P. 168–172.

5. Система генерирования электрической энергии «переменная скорость – постоянная частота» на базе синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов и инверторов напряжения /
Н.И. Бородин, М.А. Маслов, А.В. Левин, Д.В. Коробков, М.М. Юхнин, С.А. Харитонов, Э.Я. Лившиц // Электротехника 2030. Перспективные технологии электроэнергетики: сб. тез. IX симпоз.; Московская обл.
29–31 мая 2007. – М., 2007. – С. 301–302.

6. Система генерирования электрической энергии типа «переменная скорость – постоянная частота» на базе синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов и инверторов напряжения / С.А. Харитонов, Д.В. Коробков, М.А. Маслов, Н.И. Бородин,
А.В., Левин, М.М. Юхнин, Э.Я. Лившиц // Электротехника. – 2008. – № 6. – С. 27–32.

7. Стенников А.А., Коробков Д.В., Харитонов С.А. Режим генерирования ветроэнергетической установки на базе инверторов напряжения // Десятая Междунар. конф.-сем. по микро/нанотехнологиям
и электронным приборам. EDM 2009: сб. тр. Новосиб. гос. ун-т; ЗСОК Эрлагол, Алтай, 1–6 июля, 2009. – Новосибирск, 2009. – С. 424–427.

8. Некоторые особенности конструктивного исполнения полупроводникового преобразователя частоты для авиационной системы генерирования / В.В. Машинский, Д.В. Коробков, С.А. Харитонов, М.М. Юхнин, Э.Я. Лившиц // Технiчна електродинамiка. Тематичний випуск. Силова електронiка та енергоефективнiсть. Ч. 3. – Киïв,
2012. – С. 61–63.

9. Грабовецкий Г.В., Коробков Д.В., Харитонов С.А. Особенности работы инвертора напряжения в системе генерирования электрической энергии летательного аппарата // Доклады АН ВШ РФ. – 2012. –
№ 1(18). – С. 69–79.

10. Кульманов В.Г. Разработка и исследование микропроцессорной инверторной системы питания с генератором переменной частоты для воздушных судов: автореф… дис. канд. техн. наук. – М., 2017. – 20 с.

11. Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвертором напряжения: пат. № 2513113, МПК H02J3/26. / С.А. Харитонов, Д.В. Коробков, В.В. Машинский, С.Н. Завертан, П.А. Бачурин, А.В. Гейст, Д.В. Макаров, С.В. Воробьева // Изобретения. – 2013. – Бюл. №36.

12. Коробков Д.В. Система «Трехфазный МЭГ – мостовой выпрямитель» с дополнительным дросселем в нейтрали: определение режимов работы и условий их существования // Доклады АН ВШ РФ. – 2019. – № 1(42). – C. 44–61. DOI: 10.17212/1727-2769-2019-1-44-61.

13. Харитонов С.А. Электромагнитные процессы в системах генерирования электрической энергии для автономных объектов: монография. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. – 536 с.

14. Li Jianlin, Hu Shuju, Xu Honghua. A kind of direct-driven WECS using single-switch three-phase Boost rectifier // 2008 IEEE International Conference on Industrial Technology; 21–24 April 2008. – Chengdu, China. – P. 1–6. DOI: 10.1109/ICIT.2008.4608557

15. Dewei Xu, Zhenhan Luo. A novel AC-DC converter for PMSG variable speed wind energy conversion systems // 2009 IEEE 6th International Power Electronics and Motion Control Conference; 17–20 May 2009. – Wuhan, China. – P. 1117–1122. DOI: 10.1109/IPEMC.2009.5157551

16. Venkata Yaramasu, Bin Wu. Three-level boost converter based medium voltage megawatt PMSG wind energy conversion systems // 2011 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition; 17–22 Sept. 2011. – Phoenix, AZ, USA. – P. 561–567. DOI: 10.1109/ECCE.2011.6063819

17. AmirHossein Rajaei, Mustafa Mohamadian, Ali Yazdian. A new high frequency grid interface system for PMSG-based wind turbine generators in low power applications // IECON 2012 – 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society; 25–28 Oct. 2012. – Montreal, QC, Canada. – P. 3510–3515. DOI: 10.1109/IECON.2012.6389335

18. Abdeldjalil Dahbi, Nasreddine Nait-Said, Messaoud Hamouda, Fatima Zohra Arama. Analysis of different converters used in wind energy conversion system // 2014 International Renewable and Sustainable Energy Conference (IRSEC); 17–19 Oct. 2014. – Ouarzazate, Morocco. – P. 8. DOI: 10.1109/IRSEC.2014.7059815

19. Solid-state transformer interfaced PMSG wind energy conversion system / Rui Gao, Iqbal Husain, Fei Wang, Alex Q. Huang // 2015 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC);
15–19 March 2015. – Charlotte, NC, USA. – P. 1310–1317. DOI: 10.1109/APEC.2015.7104517

20. Hussien A., Taha M., Mahgoub Ossama A. Design and control of a quasi-Z-source inverter based for wind power generation using PMSG // 2015 IEEE 15th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC); 10–13 June 2015. – Rome, Italy. – P. 6. DOI: 10.1109/EEEIC.2015.7165491

21. R. Jegatheeswaran, R. Rajesh. Variable speed wind energy conversion system using PMSG & z-source inverter // 2015 International Conference on Innovations in Information, Embedded and Communication Systems (ICIIECS); 19–20 March 2015. – Coimbatore, India. – P. 7. DOI: 10.1109/ICIIECS.2015.7193004

22. Zinat Tasneem, Shafiul Hasan Rafi, M.R.I. Sheikh. Optimization of a direct-drive wind power generation system by using PMSG // 2015 International Conference on Electrical Engineering and Information Communication Technology (ICEEICT); 21–23 May 2015. – Dhaka, Bangladesh. – P. 5. DOI: 10.1109/ICEEICT.2015.7307413

23. Yuzhi Zhang, Haoyan Liu, H. Alan Mantooth. Control strategy of high power converters with synchronous generator characteristics for PMSG-based wind power application // 2016 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC); 20–24 March 2016. – Long Beach, CA, USA. – P. 3180–3184. DOI: 10.1109/APEC.2016.7468319

24. Analysis of a PMSG and its power electronic converter in isolated operation / J. González, C. Hernández, E. Melgoza, C. Espinoza, J.L. Hernández, M.A. Arjona, F.J. Martínez // 2016 XXII International Conference on Electrical Machines (ICEM); 4–7 Sept. 2016. – Lausanne, Switzerland. – P. 126–131. DOI: 10.1109/ICELMACH.2016.7732516

25. Elmorshedy M.F., Allam S.M., Rashad Essam M. Performance analysis and control of a stand-alone wind-driven PMSG including unbalanced conditions // 2016 XXII International Conference on Electrical Machines (ICEM); 4–7 Sept. 2016. – Lausanne, Switzerland. – P. 1145–1157. DOI: 10.1109/ICELMACH.2016.7732669

26. Md. Akmam Ul Haque, D. Datta, M. R. I. Sheikh. A comparative study on power converters for PMSG based wind turbine generation system // 2016 2nd International Conference on Electrical, Computer & Telecommunication Engineering (ICECTE); 8–10 Dec. 2016. – Rajshahi, Bangladesh. –
P. 4. DOI: 10.1109/ICECTE.2016.7879631

27. Julio Cesar Ferreira Soltoski, Carlos Henrique Illa Font. On the application of a three-phase two-switch DCM boost rectifier in small-scale wind energy conversion system // 2017 IEEE 8th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG). – Florianopolis, Brazil. – P. 7. DOI: 10.1109/PEDG.2017.7972561

28. A Look at DC/DC boost converter topology and balancing of DC-voltage capacitors of 3-level NPC inverter in 7MW PMSG Hydraulic Energy Conversion Chain / Chirine Benzazah, Loubna Lazrak, Soukaina El Daoudi, Mustapha Ait Lafkih // 2019 International Conference on Wireless Technologies, Embedded and Intelligent Systems (WITS). – P. 7. DOI: 10.1109/WITS.2019.8723809

В настоящее время цилиндрические линейные вентильные двигатели используются повсеместно. Их применяют в электроприводах возвратно-поступательного движения различных общепромышленных механизмов, в том числе в глубинных плунжерных насосах. Применение штанговых глубинных насосов менее рентабельно по сравнению с другими способами добычи нефти. Эксплуатация таких агрегатов сопровождается большими финансовыми затратами. Применение же насосов подобной конструкции на низкодебитных скважинах становится совсем невыгодным с экономической точки зрения.Такие скважины перестают использовать. В настоящее время в Российской Федерации огромное количество низкодебитных скважин не эксплуатируется. Применение штанговых глубинных насосов также обладает дополнительным недостатком – в них возникает износ насосно-компрессорных труб и штанг. Большие масса и габариты станков–качалок затрудняют их транспортировку. Именно по этой причине возникает необходимость проведения исследований с целью получения новых технических решений. Исследования подтвердили рентабельность применения глубинных насосов плунжерного типа. Приводом таких насосных агрегатов может быть цилиндрический линейный асинхронный двигатель или цилиндрический линейный вентильный двигатель. Использование данного двигателя возможно при известном тяговом усилии. Оно рассчитывается в настоящей статье. Расчет производится по упрощённой модели цилиндрического линейного вентильного двигателя в декартовой системе координат. Эта модель получена с помощью введения некоторых допущений. Исследованы устройство и принцип действия цилиндрического линейного вентильного двигателя. По полученным расчётным данным были построены зависимости тягового усилияи полезной мощности от действующего значения тока обмотки индуктора. Полезная мощность определялась в диапазоне сверхнизких частот от 1 до 7 Гц. Полученные результаты исследований были проанализированы и даны рекомендации по использованию цилиндрического линейного вентильного двигателя.

Ключевые слова: цилиндрический линейный вентильный двигатель, тяговое усилие, сверхнизкая частота, постоянные магниты, полюсное деление, вторичный элемент.

Шапошников Владислав Валерьевич (Пермь, Россия) – магистрант Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр. 29, e-mail: vladislav96gg@gmail.com).

Токарев Роман Олегович (Пермь, Россия) – магистрант Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр. 29, e-mail: ju11071996@yandex.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: ceapb@mail.ru).

Чабанов Евгений Александрович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Электротехника и электромеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр. 29), доцент кафедры «Технические дисциплины» Волжского государственного университета водного транспорта (Пермский филиал) (614060, Пермь, Гагарина бульвар, 33), e-mail: ceapb@mail.ru).

1. Модернизация оборудования станкoв-качалок низкoдебетных нефтяных скважин / Е.М. Огарков, А.Д. Коротаев, П.Н. Цылёв,
А.М. Бурмакин // Научные исследования и инновации: науч.-техн. журнал. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. – № 4. – С. 59–65.

2. Окунеева Н.А. Разработка и исследование электропривода для нефтедобывающих насосов с погружным магнитоэлектрическим двигателем: дис. … канд. техн. наук: 05.09.03 / Моск. энергет. ин-т. – М., 2008. – 204 с.

3. Кабиров М.М., Гафаров Ш.А. Скважинная добыча нефти. – СПб.: Недра, 2010. – 416 с.

4. Скважинные насосныеустановки для добычи нефти / В.Н. Ивановский, В.И. Дарищев, А.А. Сабиров, В.С. Каштанов, С.С. Пeкин. – М.: Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина,
2002. – 768 с.

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

6. Любимов Э.В., Шулаков Н.В., Шутемов С.В. Обоснование применения цилиндрического линейного вентильного двигателя в нефтедобычных агрегатах // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 3. – С. 94–100.

7. Вольдек А.И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. – Л.: Энергия, 1970. – 272 с.

8. Вольдек А.И. Электрические машины: учеб. для студ. втузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1974. – 840 с.

9. Ключников А.Т., Коротаев А.Д., С.В. Шутемов. Моделирование цилиндрического линейного вентильного двигателя // Электротехника. – 2013. – № 11. – С. 14–16.

10. Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти. – М.: Недра, 1986.

11. Ледовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

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

13. 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. – 2015. – Т. 1. – С. 158–162.

14. Shulakov N.V., Shutemov S.V. A methоd for calculating the electrоmagnetic processes in a cylindrical linear electronic motor // Russian Electrical Engineering. – 2014. – Vol. 85, № 11. – P. 663–667. (Scopus).

15. Shulakov N.V., Ogarkov E.M., Burmakin A.M. Equivalent circuit оf linear induction mоtor // Russian Electrical Engineering. – 2010. – Vol. 81. – № 6. – P. 282–286. (Scopus).

16. Klyuchnikov A.T., Korotaev A.D., Shutemov S.V. Modeling of a Cylindrical Linear AC Electrоnic Mоtor // Russian Electrical Engineering. – 2013. – Vol. 84, № 11. – P. 606–609. (Scopus).

17. Мирзин А.М., Коротаев А.Д., Шутемов С.В. Усилие тяжения цилиндрического линейноговентильногодвигателя с постоянными магнитами между статором и вторичным элементом // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6.

18. Огарков Е.М., Тиунов В.В. Продольный краевой эффект линейных индукционных двигателей с учётом характера распределения пoля в концевых зонах // Специальные системы электропривода: сб. науч. тр. / Перм. политехн. ин-т. – Пермь, 1973. – № 133. – С. 29–36.

19. Метод расчета электромагнитных процессов в цилиндрическом линейном вентильном двигателе / А.Т. Ключников, А.Д. Коротаев,
Н.В. Шулаков, С.В. Шутемов // Автоматизация в электроэнергетике
и электротехнике. – 2015. – Т. 1. – С. 163–169.

20. Бинс К., Лауренсон П. Анализ и расчёт электрических и магнитных полей. – М.: Энергия, 1970. – 376 с.

21. Чирков Д.А., Коротаев А.Д., Ключников А.Т. Расчёт основных параметров цилиндрического линейного вентильного двигателя по схеме замещения // Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике. – 2016. – Т. 1. – С. 144–149.

22. Исследование эффекта тяжения цилиндрического линейного вентильного электродвигателя / А.Д. Петрушин, А.В. Шевкунова, Н.В. Шулаков, С.В. Шутемов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2018. –
№ 28. – С. 62–75.

23. Любимов Э.В., Шулаков Н.В., Шутемов С.В. Обоснование применения ЦЛВД в составе ПБНА // Актуальные проблемы электромеханики и электротехнологий: сб. науч. тр. – 2017. – С. 95–98.

24. Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти: учeб. пособие. – М.: Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. – 2003. – 816 с.

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