авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ЗАОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АГРОИНЖЕНЕРИЯ Москва ...»

-- [ Страница 2 ] --

2. Мамедов Ф.А., Иванов М.Н. Определение коэффициента мощности асинхронного двигателя в динамических режимах. – Электричество, 1979, №9.

3. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин.: Учеб. для вузов по спец. «Электрические машины». – М.: Высш. шк., 1987.

4. Родькин Д.И. Декомпозиция составляющих мощности полигармонических сигналов. – Электротехника, 2003, №3.

5. Мамедов Ф.А., Курилин С.П. Об определении активной и реактивной мощности для асимметричных электрических машин. – Электротехника, 2001, №4.

6. Мельников Н.А. Реактивная мощность в электрических сетях. – М.: Энергия, 1975.

7. Курилин С.П., Денисов В.Н. Энергетические показатели электрических машин при полигармонических и апериодических функциях фазных токов. // Труды МКЭЭЭ 2003. Ч.1. – С.563-566.

УДК 621.313.333 КУРИЛИН С.П.

УНИВЕРСАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Активная и реактивная мощности. Определим эти понятия следующим образом. Активная мощность есть мера интенсивности процесса энергопотребления, а реактивная – мера интенсивности процесса энергообмена по электрическому входу АД. Обе они являются составляющими мгновенной мощности электрического входа машины.

Сохранив обозначения, принятые в предыдущей статье, запишем pq (t ) = p (t ) + q (t ), (1) причем по определению 1T 1T pq(t )dt = T p(t )dt = PT (2) T0 и 1T q(t )dt = 0.

T Обе мощности отображают физически реальные мгновенные энергетические процессы. Вместе с тем разделение pq (t ) на составляющие по (1) возможно только на фиксированном отрезке времени, то есть относительно. В произвольный момент времени t разделение нельзя произвести ни детерминированными математическими операциями, ни физическими экспериментами. Очевидно, процессы энергопотребления и энергообмена в общей ситуации реализуются на стохастических функциях p (t ), q (t ).

КПД электродвигателя. КПД всегда выражает баланс мощности.

Теорема Умова – Пойнтинга дает возможность записать баланс мгновенной мощности АД pq(t ) = p(t ) + p З (t ) + p 2 (t ), (3) p(t ) - сумма всех видов потерь.

где Баланс (3) не может быть положен в основу определения КПД так как мощности pq(t ), p 2 (t ), p З (t ) в общем случае знакопеременны. В какие-то моменты времени они выступают как источники, в другие – как приемники энергии в произвольном сочетании. Искомым является баланс мощности источников и приемников энергии, составленный на основе (3) pqи (t ) = pq п (t ), (4) pq(t ) + pq(t ) p З (t ) - p З (t ) p 2 (t ) - p 2 (t ) pqи (t ) = + + где 2 2 мгновенная мощность всех источников энергии, в том числе – внутреннего, pq(t ) - pq (t ) p З (t ) + p З (t ) p 2 (t ) + p 2 (t ) + p (t ) + pq п (t ) = + 2 2 мгновенная мощность всех приемников энергии.

Все мощности, являющиеся слагаемыми правой и левой частей (4) неотрицательны. В соответствии с балансом (4) потребляемая мощность трактуется как pq п (t ), а полезная – как положительная составляющая мощности механического входа p 2 (t ) + p 2 (t ). Отрицательная часть мощности электрического входа pq(t ) - pq(t ) и положительная часть мощности изменения внутренних p З (t ) + p З (t ) запасов энергии трактуются как потери. Универсальный КПД электродвигателя на отрезке времени [0,T] дается выражением T ( p 2 (t ) + p 2 (t ))dt. (5) hд = T 2 pq п (t )dt Определение (5) выражает баланс мощности (4), поэтому в любом режиме 0 h д 1. Кроме того, в идеальной ситуации, описанной выше, pq (t ) 0, p 2 (t ) 0 и p З (t ) 0. В этих условиях (5) дает классическое определение КПД T p 2 (t )dt P2T hд = T =.

PT ( p(t ) + p 2 (t ))dt Можно констатировать, что определение (5) обладает не только универсальностью, но и преемственностью по отношению к классическому.

Вместе с тем, оно справедливо для напряжений и токов АД любой формы.

УДК 621.313.333 КУРИЛИН С.П.

УНИВЕРСАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Смысл и потенциал понятия «коэффициент мощности», обычно определяемого отношением активной и полной мощностей электрического входа АД P k pS = T, ST задаётся содержанием понятия «полная мощность». Поэтому его можно назвать коэффициентом полной мощности АД. По определению полной мощности T T 1 2 = dt S u i dt, (1) T T 0 где u, i - изображающие векторы напряжения и тока электрического входа. Для выяснения смысла ST необходимо было бы записать тот баланс мощности, в котором она фигурирует. Однако такого баланса не существует, так как полной мощности не соответствует никакой физический поток энергии. Основываясь на данных литературных источников, можно сделать вывод о том, что ST по (1) представляет собой максимальное значение активной мощности, которое возможно при данных функциях u (t ), i ( t ).

Поэтому k pS представляет собой значение активной мощности в долях от её гипотетически возможного максимума. Значительно больший потенциал имеет понятие «установленная мощность». Определим её как 1T S у = S уТ = S у (t )dt, (2) T где (t ) = u i (3) S у - мгновенная установленная мощность. В соответствии с теоремой Умова – Пойнтинга pq(t ) = u i = П dS, (4) S где П - вектор Пойнтинга, S – внешняя поверхность АД. В соответствии с теоремой Остроградского – Гаусса П dS = div П dV, (5) S V где V – внутренний объём АД. На основании (3) – (5) П b П 0 П a S у (t ) = П dS = dV.

+ + (6) a b V 0 S Подынтегральное выражение в правой части (6) есть арифметическая сумма объёмных плотностей мощности внутреннего микрообъёма машины dV, имеющего координаты 0, a, b Здесь П 0, Пa, П b - координаты вектора Пойнтинга по ортогональным осям 0, a, b. На микроуровне, согласно (6), S у (t ) есть абсолютная мощность внутреннего объёма АД, а на макроуровне, согласно (3), - арифметическая сумма мгновенных мощностей фаз. Этим S у (t ) отличается от pq (t ) - алгебраической суммы мгновенных мощностей ( S у (t ) - pq (t ) ) равна мгновенной мощности междуфазового фаз. Разность энергообмена, присущего многофазным машинам. Для однофазных АД S у (t ) = pq(t ). Выражение (7) дает среднее значение S у (t ) на отрезке [0,T].

Коэффициент установленной мощности T u i dt PT = = k (7) pу T S уТ u i dt определяет степень активного использования внутреннего объёма АД.

Такое смысловое наполнение k pу ориентирует его на проектировочные задачи и на оценку энергетического качества существующих машин. Для симметричных режимов многофазных АД с синусоидальными напряжениями, j = u i = const и токами u = const, i = const и определение (7) дает k pу = cos j. В этих режимах S уТ = S T, k pу = k pS, то есть полная мощность выполняет функции установленной. Обладая преемственностью, определение (7) справедливо для АД с напряжениями и токами любой формы.

УДК 621.31 ШИЧКОВ Л.П.

ПОПОВ Е.Г.

ЭЛЕКТРОКАЛОРИФЕРНАЯ УСТАНОВКА С ШИРОТНО ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ МОЩНОСТИ Разрабатываемая электрокалориферная установка с тиристорным широтно-импульсным (ШИ) регулятором мощности предназначена для подачи и подогрева воздуха в автоматизированных системах вентиляции и отопления сельскохозяйственных производственных помещений, а также в автоматизированных системах активного вентилирования.

Отличительными особенностями установки по отношению к типовым типа СФОТ, СФОЦ и СФОА при соизмеримой стоимости являются:

- отсутствие секционирования электронагревателей калорифера на группы;

- исключение контактных силовых аппаратов в канале секционного регулирования тепловой мощности электрокалорифера, что повышает надежность установки;

- замена секционного регулирования тепловой мощности электрокалорифера дискретно-непрерывным ШИ регулированием, что ведет к увеличению срока службы трубчатых электронагревателей (ТЭН) калорифера в 1,3-1,5 раза по причине уменьшения возможности их разгерметизации, связанной с режимом их частого включения - отключения;

- большие функциональные возможности системы регулирования тепловой мощности установки и снижения её пожароопасности, так как 100% температура ТЭНов будет иметь место только при 100% мощности установки и, как правило, для систем отопления, только в зимний период.

По сравнению с ранее разработанным тиристорным устройством подобного назначения типа "Электротерм ПП-УЗ" отличительными особенностями являются:

- повышение нагрузочной способности более эффективная реализация тиристорного регулятора тепловой мощности установки на основе изобретений: 1591159 – Л.П. Шичков. Цифровой преобразователь напряжения. Б.И. №33, 1990;

1383481 – Л.П. Шичков, В.М. Поляков.

Электронный коммутатор сети переменного тока;

- меньший уровень коммутационных помех, прежде всего за счет замены фазо-импульсного способа регулирования мощности низкочастотным широтно-импульсным с оптимизацией условий коммутации;

- более надежная цифровая система управления тиристорным ШИ регулятором мощности на базе микропроцессора.

- как следствие выше названных отличий, существенно меньшая стоимость установки, которая будет находиться на уровне типовой серийной установки типа СФОЦ.

силовых тиристорных ключей ШИ-коммутатора примерно в 2 раза и упрощение их подключения достигнуто путем размещения блока ШИ коммутатора во всасывающем патрубке вентилятора и установкой ТЭНов калорифера на выходном патрубке, рис.1. Это повышает и тепловой КПД установки.

4 1 Рис. 1. Технологическая схема электрокалориферной установки с тиристорным ШИ-регулятором мощности:

1 - блок тиристорных ключей (ШИ-коммутатор);

2 - центробежный вентилятор;

3 - блок ТЭНов;

4- электродвигатель привода вентилятора;

5 - щит ввода и управления.

В зависимости от мощности электрокалориферной установки, особенностей её электропитания и конкретных технологических требований период коммутации тиристорных ключей ШИ-коммутатора устанавливается в интервале от 0,1 с до 1 с. При частоте тока источника электропитания 50 Гц и низкочастотном регулировании с дискретностью в один период сетевого напряжения диапазон регулирования выходной мощности электронагрева соответственно составит 1:5 с дискретностью 20% и 1:50 с дискретностью 2%. При этом исключение коммутационных помех достигается коммутацией тиристорных ключей ШИ-коммутатора при нулевом значении тока нагрузки.

Для уменьшения количества используемых тиристорных ключей они включены по схеме кольцевого тиристорного коммутатора (КТК), коммутирующего ТЭНы калорифера по схеме «звезда» (рис.2).

R A VS R B VS ~ VS R C Рис. 2. Электрическая схема соединения нагревательных элементов R1 R калорифера с кольцевым тиристорным коммутатором VS1-VS3.

Так как нагревательные элементы калорифера в виде ТЭНов обладают значительной тепловой инерционностью, то при периоде коммутации тиристоров VS1-VS3 ШИ-коммутатора 0,1…1 с температура ТЭН остаётся постоянной, значение которой определяется относительной продолжительностью e включения tв тиристоров КТК к циклу коммутации tц = tв + tо. То есть, e = tв /( tв+ tо). При этом мощность нагрева равна: Р = РН e.

УДК 62–50 ШАВРОВ А.А.

КОМПЕНСАТОР ТРАНСПОРТНОГО ЗАПАЗДЫВАНИЯ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ Как известно, математические модели теплообменных, массообменных и многих других технологических процессов отражают дробно рациональные передаточные функции Wmin ( s ), дополненные звеном транспортного запаздывания:

bm s m + K + b1s + b - st e - st, Wоб ( s ) = Wmin ( s)e = (1) n an s + K + a1s + a где s = a + iw – комплексная переменная, причём a = Re s, w = Im s, i = - 1 ;

t – постоянная времени транспортного запаздывания;

b0 Kbm, a0 K an – коэффициенты;

Wоб (s) и Wmin ( s) – передаточные функции: объекта и его минимальнофазовой части.

Большие значения величины t в выражении (1) являются причиной низкого качества управления соответствующими технологическими процессами. Поэтому в работах [1, 2] рассматриваются различные вопросы - st компенсации звена транспортного запаздывания e.

Настоящая статья посвящена разработке компенсатора транспортного запаздывания в виде звена Wk (s ), включённого перед регулятором W р (s ) (рис. 1).

l (t ) e (t ) y (t ) z (t ) u (t ) Wk (s) Wоб (s) W р (s ) x (t ) Рис. 1. Структурная схема системы автоматического управления:

y (t ), x (t ), e (t ), z (t ), u (t ), l (t ) – функции времени t :

задание, управляемая величина, рассогласование, выходной сигнал компенсатора, управляющее воздействие, нагрузка Идеальный компенсатор st s 2t 2 s nt n st =1+ + K+ +K e (2) 1! 2! n!

физически нереализуем. Поэтому в настоящей работе предлагается использовать схему физически реализуемого компенсатора, представленную на рис. 2.

e (t ) z (t ) c K K 1 qs qs Рис. 2. Структурная схема компенсатора Согласно этой схеме, передаточная функция компенсатора определяется выражением K Z (s) K c, Wk ( s) =1+ + (3) K E( s ) + 1 K + qs qs - st dt ;

E( s) = e (t )e - st dt ;

K, c – коэффициенты z (t )e где Z ( s ) = 0 передачи соответствующих безынерционных звеньев;

q – постоянная времени интегрирующего звена.

Выражение (3) после некоторых преобразований приводится к следующему виду:

( K - 2 + K -1 + c )q 2 s 2 + (2 K -1 + 1)qs + Wk (s ) =. (4) -1 ( K qs + 1) Знаменатель выражения (4) можно включить в состав передаточной функции W ( s) = W р ( s)Wоб ( s ), (5) а числитель этого выражения представляет три первых члена компенсатора (2) при выполнении следующих равенств:

t 2 = 2( K - 2 + K -1 + c )q 2 ;

(6) t = (2 K -1 + 1)q. (7) Подставляя выражение (7) в равенство (6), приходим к следующему соотношению:

11 c= + + 2, (8) 2KK обеспечивающему одновременное выполнение равенств (6) и (7) при любых значениях величины q.

Величина q определяется ёмкостью конденсаторов, используемых в интегрирующих звеньях компенсатора, и устанавливается дискретно с учётов равенства (7). Величины K и c могут устанавливаться непрерывно изменением сопротивления резисторов, исходя из выполнения равенства (8) и с учётом целесообразности выполнения неравенства K 10. (9) Неравенство (9) позволяет снизить инерционность апериодического звена второго порядка W A ( s ) = ( K -1qs + 1) - 2, включаемого в состав передаточной функции (5).

Таким образом, параметры настройки предлагаемого компенсатора зависят лишь от величины t и не меняются при изменении передаточной функции Wmin ( s ).

Компенсатор можно использовать в уже действующих системах автоматического управления с различными регулирующими приборами.

Практически во всех серийных регулирующих приборах доступен сигнал e (t ) и имеются дополнительные входы для подачи стандартных сигналов z (t ). Однако поскольку сигнал e (t ) уже поступает в регулирующий прибор, то подключаемый компенсатор не должен его дублировать, и схема на рис. превращается в схему на рис. 3. Следует также отметить, что подключение компенсатора, представленного на рис. 3, может потребовать перенастройки регулирующего прибора ввиду некоторого изменения динамических свойств контура управления.

z (t ) e (t ) c K K 1 qs qs Рис. 3. Структурная схема компенсатора, подключаемого к действующему регулирующему прибору Литература 1. Шавров А.В., Клёпикова Н.В. Особенности управления тепло- и массообменными процессами // РГАЗУ – агропромышленному комплексу: Сб. науч. тр. РГАЗУ, ч. 2. – М., 2000. – С. 281-283.

2. Шавров А.В., Болдырев А.И., Клёпикова Н.В. Общие вопросы автоматизации технологических процессов // Инженерный факультет – агропромышленному комплексу: Сб. науч. тр. РГАЗУ. – М., 2001. – С.

169-171.

УДК 62–50 ШАВРОВ А.А.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЕНСАТОРА ТРАНСПОРТНОГО ЗАПАЗДЫВАНИЯ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ Как известно, математические модели теплообменных, массообменных и многих других технологических процессов отражают дробно рациональные передаточные функции Wmin ( s ), дополненные звеном транспортного запаздывания:

bm s m + K + b1s + b - st e - st, Wоб ( s ) = Wmin ( s)e = (1) n an s + K + a1s + a где s = a + iw – комплексная переменная, причём a = Re s, w = Im s, i = - 1 ;

t – постоянная времени транспортного запаздывания;

b0 Kbm, a0 K an – коэффициенты;

Wоб (s) и Wmin ( s) – передаточные функции: объекта и его минимальнофазовой части.

Большие значения величины t в выражении (1) являются причиной низкого качества управления соответствующими технологическими процессами. Поэтому в работе [1] предложен компенсатор транспортного - st запаздывания e в виде звена Wk (s ), включённого перед регулятором W р (s ) (рис. 1).

l (t ) e (t ) y (t ) z (t ) u (t ) Wk (s) Wоб (s) W р (s ) x (t ) Рис. 1. Структурная схема системы автоматического управления:

y (t ), x (t ), e (t ), z (t ), u (t ), l (t ) – функции времени t :

задание, управляемая величина, рассогласование, выходной сигнал компенсатора, управляющее воздействие, нагрузка Идеальный компенсатор st s 2t 2 s nt n st e =1+ + K+ +K (2) 1! 2! n!

физически нереализуем. Поэтому звено Wk (s ) содержит в качестве сомножителя лишь первые три члена разложения (2).

Полагая s = iw и принимая во внимание формулу Эйлера e - iwt = cos(wt ) - i sin(wt ), оценим эффективность такой компенсации шириной интервала wt [0, (wt )* ], где функция A(wt ) = e -iwt Wk (iwt ) достаточно близка к wt единице, а функция j (wt ) = arg[e - i Wk (iwt )] – к оси абсцисс.

Поскольку w 2t [cos(wt ) - i sin(wt )](1 + iwt - ) = R (wt ) + iI (wt ), причём w 2t R (wt ) = (1 - ) cos(wt ) + wt sin(wt ) ;

w 2t I (wt ) = wt cos(wt ) - (1 - ) sin(wt ), то A(wt ) = R 2 (wt ) + I 2 (wt ) ;

(3) I (wt ) j (wt ) = arctg. (4) R(wt ) График функций (3) представлен на рис. 2, а график функции (4) – на рис. 3. Согласно этим графикам величину (wt )* можно принять равной единице, так как в этом случае A = 1,12 ;

j = 0,15 радиан.

Таким образом, компенсатор транспортного запаздывания эффективен по отношению к нагрузке l (t ), если выполняется следующее равенство:

w с t -1, где w с – частота среза спектральной плотности нагрузки Gl (w ) l (t )e - iwt dt (5) такая, что при w w с значениями функции (5) можно пренебречь.

A() Рис. 2. График функции (3) () Рис. 3. График функции (4) Литература 1. Шавров А.А. Компенсатор транспортного запаздывания в системах автоматического управления // Вестник РГАЗУ: Агроинженерия. – М., 2004.

С. 52.

УДК 62–50 СОЛДАТОВ В.В., ШАВРОВ А.А.

РОБАСТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБОГРЕВОМ ТЕПЛИЦ С ПРИМЕНЕНИЕМ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ Поскольку каналы управления температурой внутренней воздушной среды в сооружениях защищенного грунта (СЗГ) весьма инерционны, то актуальной научной проблемой является разработка новых законов управления, позволяющих повысить качество управления теплообменными процессами в СЗГ.

Чтобы наметить правильный подход к решению поставленной проблемы проанализируем эффективность типовых законов управления.

Поскольку управлять обогревом СЗГ приходится в условиях информационной неопределенности относительно статистических характеристик возмущающих воздействий, то необходимо использовать методы робастного управления, обеспечивающие в таких условиях высокое качество управления.

Для систем с И-регуляторами, имеющими передаточную функцию (1) где Кр - коэффициент передачи регулятора;

Ти - постоянная времени интегрирования, условие робастности управления сводится к достижению следующего расположения доминирующих полюсов передаточных функций замкнутой системы:

(2) Отметим, что доминирующими принято называть полюсы, наименее удаленные от мнимой оси.

Величина в (2) называется показателем абсолютного демпфирования свободного движения замкнутой системы, т.к. характеризует скорость затухания наиболее медленно затухающих гармонических составляющих переходных процессов.

Величина mП в (2) характеризует частоту колебаний наиболее медленно затухающих гармоник переходных процессов, и ее значение устанавливается априорно, причем обычно оно выбирается из интервала 0,221... 0,366.

Таким образом, качество переходных процессов в системе можно повысить, увеличивая значение Г].

Этого можно добиться, заменив И-регулятор на ПИ-регулятор, переда точная функция которого имеет вид (3) Робастность систем с ПИ-регулятором обеспечивается при следующем расположении доминирующих полюсов:

(4) Сопоставив равенства (2) и (4) установим, что для систем с ПИ регулятором на расстоянии от мнимой оси находятся три полюса, а не два, как в случае систем с И-регулятором. В результате выполнения условий робастности для большего числа полюсов удается увеличить значение.

Возможность перехода от условий (2) к условиям (4) объясняется тем, что И-регулятор имеет по существу единственный параметр настройки Кр /ТИ, в то время как у ПИ-регулятора имеется уже два параметра Кр и ТИ.

Дальнейшее повышение качества управления достигается при использовании ПИД-регулятора с передаточной функцией (5) где Тд - постоянная времени дифференцирования.

Поскольку ПИД-регулятор согласно (5) имеет три параметра настройки Кр, ТИ и Тд, то для систем с этим регулятором условие робастности управ ления принимает вид (6) Как видно из (1), (3), (5) и (2), (4), (6), повышение качества управления достигается с ростом числа параметров настройки регулятора. Однако даль нейшему возрастанию их числа, например, в случае использования в законе управления второй производной по времени препятствует наличие шумовой составляющей в сигналах датчиков температуры. Поэтому чтобы добиться более высокой эффективности управления теплообменными процессами СЗГ, чем при использовании систем с ПИД-регуляторами, необходимо в выражение (5) включить дополнительные члены следующего вида:

(7) Сопоставив выражения (5) и (7), установим, что многопараметрический регулятор (7) сравнительно с ПИД-регулятором имеет два дополнительных параметра настройки Tg и Тq. Это позволяет условие робастности систем с многопараметрическим регулятором (7) представить в виде (8) Проведенные расчеты показали, что выполнение условий (8) способствует возрастанию величины на 28 % по сравнению со случаем, когда используется ПИД-регулятор.

Таким образом, применение многопараметрических регуляторов позво ляет значительно повысить качество управления теплообменными процессами СЗГ практически без дополнительных финансовых затрат, т.к.

для изменения алгоритма управления в современных микроконтроллерах достаточно модифицировать реализующую этот алгоритм компьютерную программу.

Литература 1. Солдатов В.В., Шаховской А.В., Жиров М.В. Многопараметрические цифровые регуляторы и методы их настройки. // Контроль. Диагностика. 2002.- №6.-С. 26-32.

УДК 62–50 СОЛДАТОВ В.В., ШАВРОВ А.А.

УПРАВЛЕНИЕ ОБОГРЕВОМ ТЕПЛИЦ С КОРРЕКЦИЕЙ ВОЗМУЩАЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Одна из основных проблем, которые приходится решать разработчикам систем управления обогревом сооружений защищенного грунта (СЗГ), заключается в повышении их быстродействия, т.к. эти системы довольно инерционны, а действующие на них возмущения нередко быстро изменяются со временем.

Например, интенсивность солнечной радиации в период переменной облачности может в течение нескольких секунд измениться в десятки раз.

В то же время, при обогреве СЗГ крупных тепличных комбинатов часто используются системы водяного обогрева, в которых на 1 га тепличной площади приходится до 40 км труб. Поэтому временные затраты, необходимые для заметного изменения температуры теплоносителя в водяной системе обогрева СЗГ комбината, оказываются весьма значительными.

Одно из наиболее эффективных направлений в области разработки быстродействующих систем управления обогревом СЗГ заключается в использовании комбинированных систем, сочетающих принципы управления по возмущению и по отклонению. При этом контролируемые высокочастотные возмущения парируются быстродействующей системой управления по возмущению, а парирование низкочастотных неконтролируемых возмущений осуществляется системой управления по отклонению.

В результате комбинированная система управления обогревом СЗГ обеспечивает высокую точность управления температурой внутренней воздушной среды этих сооружений, что способствует экономному расходованию топливно-энергетических ресурсов, затрачиваемых на их обогрев.

Одна из проблем, с которыми приходится сталкиваться при синтезе систем управления обогревом СЗГ по возмущению, заключается в том, что канал управления температурой внутренней воздушной среды СЗГ является более инерционным, чем канал, по которому действует возмущение. Поэтому традиционные методы управления по возмущению для СЗГ оказываются неприемлемыми.

Действительно, при решении данной задачи стараются выбрать переда точную функцию корректирующего устройства Wkp(s) так, чтобы выполня лось тождество (1) где Wy (s) - передаточная функция системы по каналу действия контролируемого возмущения A(t) на выходную величину y(t) (температуру внутренней воздушной среды СЗГ), причем t - переменная времени, a s комплексная переменная.

Передаточная функция Wy(s) определяется следующим выражением:

(2) где u(t) - сигнал управления, поступающий на вход объекта с выхода регулятора;

v(t) и (t) - сигналы на выходе объекта, обусловленные воздействиями (t) и u (t) соответственно;

и - передаточные функции объекта по каналам передачи и ;

- передаточная функция регулятора.

Согласно (2) тождество (1) выполняется, если (3) Однако, как было указано выше, для некоторых возмущений канал передачи управляющего воздействия более инерционен, чем канал Поэтому корректирующее устройство с передаточной функцией (3) оказывается технически нереализуемым.

В таких случаях, а именно они наиболее важны для практики, необходимо получить выражение для передаточной функции Wkp (s) на основе других подходов, не используя требование (1).

Примем во внимание, что экономические потери, возникающие при от клонении величины y(t) от заданного технологическими требованиями значения уЗД (t), определяются ошибкой управления Поэтому, с экономической точки зрения, важно выполнить тождество (4) где - передаточная функция, отвечающая каналу Поскольку то тождество (4) выполняется, если (5) Необходимо отметить, что при выборе передаточной функции Wkp(s) в соответствии с условием (5) соответствующее корректирующее устройство всегда технически реализуемо, т.к. передаточная функция, а значит и Wkp(s), отвечают реально существующему каналу передачи.

Однако СЗГ имеют весьма сложное математическое описание и поэтому передаточная функция далеко не всегда известна. В таких случаях при конструировании корректирующих устройств можно потребовать выполнения условия (5) лишь для нескольких значений s, получив предварительно соответствующие оценки функции Чтобы правильно выбрать такие значения S, необходимо стремиться к исправлению недостатков, органически присущих методу управления по отклонению. Инерционность канала управления приводит к тому, что доминирующие полюсы передаточной функции расположены слишком близко к мнимой оси, что резко снижает быстродействие канала передачи, оцениваемое с помощью величины где Sk - полюс передаточной функции ;

n - число полюсов передаточной функции Чтобы увеличить, необходимо взаимно сократить нули числителя и доминирующие (ближайшие к мнимой оси) полюсы знаменателя передаточной функции, т.е. обеспечить выполнение равенств (6) где nд - число доминирующих полюсов передаточной функции Таким образом, при отсутствии аналитического выражения для передаточной функции выбор передаточной функции осуществляется исходя из условий (6), т.к. полюсы передаточной функции, оставшиеся после сокращения ее доминирующих полюсов, обычно весьма удалены от мнимой оси.

Рассмотрим теперь вопросы выбора передаточной функции W kp(s), исходя из условий (6). Поскольку сигнал датчика, измеряющего величину содержит шумовые составляющие, то его дифференцирование по времени больше одного раза обычно нежелательно. Поэтому передаточную функцию технически реализуемого корректирующего устройства представим в виде следующей комплексной дробно-рациональной функции:

(7) где - коэффициент передачи и постоянная времени дифференцирования корректирующего устройства;

- постоянная времени знаменателя корректирующего устройства;

- целое положительное число.

Выполним условия (5) для пары комплексно - сопряженных полюсов где mП - предельно допустимая величина относительного демпфирования свободного движения замкнутой системы.

Для этого потребуем выполнения следующего равенства:

(8) При заданных значениях величин и mП равенство (8) можно выполнить, выбрав подходящие значения величин. Но при этом остаются не заданными параметры. С целью повышения качества управления по возмущению значение при заданном значении выбирается исходя из условия Значение показателя степени выбирается так, чтобы обеспечить наилучшее качество переходных процессов в системе при скачкообразном изменении Таким образом, можно выбрать передаточную функцию (7) при коррек ции быстропеременных возмущений, влияющих на температурные режимы СЗГ.

Литература 1. Солдатов В.В. Комбинированное управление обогревом теплиц / Энергосберегающие технологии в сельском хозяйстве: Науч. тр. / ВИЭСХ. Т.

81.- М., 1994.-С. 121-135.

УДК 62-50 ЛИПА О.А., ШАВРОВ А.В., СОЛДАТОВ В.В.

АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ ТЕПЛИЦ Адаптивное управление тепло- и массообменными процессами теплиц и других энергоёмких объектов позволяет экономить топливно-энергетические ресурсы и увеличивать выход продукции.

В ходе наладки и эксплуатации систем автоматического управления очень удобны методы идентификации-оптимизации, использующие оценки отдельных точек частотных характеристик объекта или системы управления в целом, получаемые с помощью корреляционного метода.

Суть этого метода заключается в том, что на вход замкнутой системы с комплексной частотной характеристикой (КЧХ) M (iw ) ( i = - 1 ;

w – частота) с помощью генератора G1 (рис.) подают пробный гармонический сигнал ~ (t ) = A sin(wt ) r G и получают на выходе соответствующий сигнал y (t ) = AG M (iw ) sin[wt + arg M (iw )], где AG – амплитуда пробного сигнала.

y (t ) AG sin(wt ) y (t ) AG cos(wt ) сначала Произведения и ~ * (T ) = 2 /( A2T ) r G интегрируют по времени, а затем умножают на сигнал, поступающий от генератора G 2.

Рис. Структурная схема вычислительного устройства для определения КЧХ системы управления Это позволяет получить сигналы, определяемые следующими выражениями:

T y(t ) sin(wt )dt = M (iw ) cos[arg M (iw )] = Re M (iw );

AGT (1) T AGT y (t ) cos(wt )dt = M (iw ) sin[arg M (iw )] = Im M (iw ), 0 (2) если T = 2p NT / w, а NT - целое число.

Поскольку Wоб (iw )Wр (iw ) M (iw ) = 1 + Wоб (iw )Wр (iw ), (3) то M (iw ) W (iw ) = W (iw )[1 - M (i)], (4) W (iw ) где Wоб (iw ) и р – КЧХ объекта и регулятора соответственно.

Следовательно, с учётом равенства (4) можно использовать выражения (1) и (2) для экспериментального определения КЧХ Wоб (iw ), т.е.

для идентификации объекта в одномерной замкнутой системе. Такая идентификация является помехозащищённой ввиду отсутствия корреляции ~ между пробным сигналом r (t ) и другими воздействиями на систему.

~ Однако выбор пробных сигналов r (t ) зачастую недостаточно обоснован в плане достижения желаемой точности идентификации при минимальных затратах времени на её проведение. Поэтому актуальна задача выбора оптимальных пробных сигналов, обеспечивающих выполнение данного требования.

~ Чтобы пробный сигнал r (t ) не оказывал существенного влияния на качество управления при идентификации объекта без размыкания системы, потребуем выполнения условия max ~(t ) q ;

0 t Tнаб, r (5) ~ где q – предельно допустимое значение сигнала r (t ) ;

Tнаб - время наблюдения.

Выполнение условия M [ ~ (t ) ] = r (6) позволяет устранить постоянную составляющую пробного сигнала.

~ Условие оптимальности сигнала r (t ) имеет следующий вид:

t T 1 ~(t ) e (t -x ) s ~ (x ) dx dt = max r r T 0, (7) ~ т.е. среди всего множества сигналов r (t ), удовлетворяющих условиям (5), (6), выбираем такой сигнал, для которого выполняется критерий оптимальности (7).

В результате проведённого анализа установлено, что оптимальный пробный сигнал r (t ) на интервале (0, 2p w ) задается выражением ~ ~ (t ) = q, если 0 t p / w ;

r - q, если p / w t 2p / w. (8) ~ (t ) r Кроме того, оптимальный пробный сигнал является периодическим, т.е. прямоугольными колебаниями с периодом Tr :

~ (t ) = ~ (t + T ) r r r, (9) где Tr = 2p / w. (10) Оптимальный пробный сигнал, заданный выражениями (8) – (10), удовлетворяет требованиям (5) – (7) и весьма просто реализуется на практике.

AG Он содержит лишь нечётные гармоники, причём уже амплитуда AG3 sin(w3t ) втрое меньше амплитуды AG1 первой третьей гармоники AG1 sin(w1t ). С учётом сильных фильтрующих свойств гармоники технологических объектов по отношению к высокочастотным гармоникам можно сделать вывод о целесообразности использования для выполнения A sin(w t ) расчётов по формулам (1), (2) лишь AG1 sin(w1t ) и G3 3.

Таким образом, в целях идентификации объекта в замкнутой системе в качестве пробного сигнала можно использовать как прямоугольные колебания (8) – (10), так и соответствующую сумму первой и третьей гармонических составляющих прямоугольных колебаний. Значения Tr w3 ) выбираются из условия нахождения соответствующих (или w1 и значений КЧХ, заданной выражением (3), в пределах второго и третьего квадрантов комплексной плоскости.

w Найденные оценки величин (1), (2) для значений частоты w1 и позволяют сначала определить четыре неизвестных коэффициента аналитической КЧХ объекта, а затем – вычислить соответствующие этой КЧХ оптимальные параметры настройки и установить их в используемом микроконтроллере. Указанная процедура идентификации-оптимизации системы повторяется до достижения необходимой близости установленных и вновь вычисленных параметров настройки микроконтроллера.

Рассмотренное построение алгоритма адаптации позволяет сочетать достоинства различных классов систем адаптивного управления: высокую скорость и точность автоматической настройки с общностью результатов, стремлением к минимизации необходимой априорной информации.

Алгоритм реализуем как с помощью центральной микроЭВМ, так и на базе автономных микроконтроллеров.

УДК 62–50 СОЛДАТОВ В. В., ШАВРОВ А. А.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ ФУНКЦИИ Как известно, многокритериальная оптимизация управления достигается установкой параметров настройки регулятора, обеспечивающих максимум свободного члена a 0 в характеристическом уравнении системы:

a 0 k о k рTи-1 = max (1) при ограничении её показателя колебательности M m M, (2) где k – коэффициент передачи объекта;

k, T – параметры настройки регулятора: коэффициент передачи и постоянная времени интегрирования соответственно;

M m – показатель колебательности, а M – его заданное предельно допустимое значение.

Выполнение условий (1), (2) обеспечивает как минимум дисперсии управляемой величины – экономически обоснованного критерия управления, так и благоприятную реакцию системы на детерминированное (ступенчатое) воздействие. Однако расчёт даже одной точки поверхности M m = const в пространстве параметров настройки регулятора достаточно трудоёмок и для его выполнения требуется совокупность точек комплексной частотной характеристики (КЧХ) объекта W (iw ) в окрестности соответствующей резонансной частоты системы w = w.

Указанное затруднение можно исключить, воспользовавшись методом вспомогательной функции, разработанным А.В. Шавровым.

Суть этого метода заключается в том, что вспомогательная функция f, максимум которой совпадает с максимумом величины kрTи-1 на линии равного значения M m, а при M m = M и в области (2), может быть определена непосредственно по короткому участку КЧХ объекта с помощью формул:

( ) k Mm w M m cos g + T wM m sin g - 1 + T2w 2 ;

f = (3) T M m -1 A ( ), M m sin g 1 - T w M sin g 1 + T 2w 2 - (4) kр = д m д M m -1 A где T – постоянная времени дифференцирования регулятора;

i = - 1 ;

A A(w ) Wо (iw ) ;

g g (w ) = - argWо (iw ) - p / 2.

Для фиксированного значения постоянной времени дифференцирования T оптимальные параметры k, T могут быть вычислены путём поиска такого значения частоты w, при котором функция (3) принимает максимальное значение. По найденному значению частоты с помощью формул (3), (4) сначала определяют искомые значения f и k, а T = k f -1.

затем – искомое значение величины Изменением фиксированных значений величины T осуществляется поиск оптимального * параметра T = T, причём для обеспечения процедуры поиска очень важно ~ * определить стартовое значение T T.

~ Для определения Tд воспользуемся условием F = 0, (5) a ~ поскольку при Tд Tд выполняется неравенство F 0, a где M mw kр F = Tи ( M m - 1)( A + a sin g ) A + a sin g a sin g cos g sin g · cos g + wTд sin g + - a sin g ;

- 2 M sin g A A m F = 0, причём a – параметр, который можно определить, решив уравнение a подстановка найденного параметра a в выражение для функции F приводит к выражению (3) для вспомогательной функции f.

В результате решения уравнения (5) с помощью пакета Maple 6 для ~ определения параметра T = T было получено следующее аналитическое выражение:

{ ~ Re - 6 [-216M m sin 4 (g ) + 684M m sin 2 (g ) - 125 + 4 T = 6w + 24 3M m sin(g )( M m sin 2 (g ) - 1) 27 M m sin 2 (g ) - 125 ] 1 2 24M m sin 2 (g ) + -6 M m sin 2 (g ) - M m sin 2 (g ) - [ -216 M m sin 4 (g ) + 684 M m sin 2 (g ) - 125 + 4 ] -1 + 24 3M m sin(g )( M m sin 2 (g ) - 1) 27 M m sin 2 (g ) - 2 3M m sin 2 (g ) - - i 18 3 (-216M m sin 4 (g ) + 684M m sin 2 (g ) 4 - 12 2 M m sin (g ) - 1 ) - 125 + 24 3M m sin(g )( M m sin 2 (g ) - 1) 27 M m sin 2 (g ) - 2 1 24M m sin 2 (g ) + 1 (-216M m sin 4 (g ) + 2 M m sin 2 (g ) - 1) 3 M m sin 2 (g ) - + 684 M m sin 2 (g ) - 125 + 24 3M m sin(g )( M m sin 2 (g ) - 1) 2 ) -1 27 M m sin 2 (g ) -.

(6) Таким образом, при поиске максимума функции f наряду с выражением (3) следует использовать также и выражение (6).

УДК 62–50 СОЛДАТОВ В.В.

АГАНБЕКЯН Н.Г.

РОБАСТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБОГРЕВОМ СООРУЖЕНИЙ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА Эксплуатацию систем управления обогревом сооружений защищенного грунта (СЗГ) нередко приходится осуществлять в сложных условиях, характеризующихся влиянием на качество управления возмущающих воздействий различной физической природы. Поскольку статистические характеристики этих воздействий обычно неизвестны, то для эффективного управления системами обогрева СЗГ целесообразно использовать робастные методы.

Отметим, что название «робастный» происходит от английского слова robust, означающего: крепкий, сильный, грубый.

Для осуществления робастного управления различными технологическими процессами были установлены определенные требования к расположению доминирующих полюсов передаточных функций замкнутых автоматических систем.

Однако исследования показали, что применение этих требований в системах с ПИД регулятором приводит к значительному перерегулированию и повышенной колебательности переходных процессов, возникающих в системе при подаче на ее вход ступенчатых воздействий.

Поэтому необходимо решить задачу по модификации полученных требований таким образом, чтобы обеспечить высокое качество управления в системах с ПИД регуляторами, подвергающихся действию ступенчатых возмущений.

Решение этой задачи для систем управления обогревом СЗГ весьма актуально, т.к. переключение режима обогрева в ночное и дневное время обычно осуществляется скачкообразно, а применение ПИД регуляторов в принципе позволяет существенно повысить точность управления температурой внутренней воздушной среды СЗГ.

Для замкнутых систем с ПИД регулятором условия робастности управления ранее были получены в следующем виде:

s1, 2 = -h (1 ± i / m) s3, 4 = -h (1 ± i / m) ;

, (1) где k, k = 1,4 – доминирующие полюсы;

h и m – соответственно s показатели абсолютного и относительного демпфирования свободного движения замкнутой системы, причем значение m обычно выбирается из интервала 0,221 … 0,366.

Но, как было отмечено выше, такой выбор приводит к нежелательному возрастанию колебательности переходных процессов. Поэтому необходимо определить значение m, обеспечивающее достижение компромисса между частотой колебаний и временем затухания переходных процессов.

Для этого воспользуемся эвристическим принципом, согласно которому для нормального функционирования любой системы необходимо распределить веса упорядоченной и хаотической составляющих, протекающих в ней процессов по золотой пропорции.

Применительно к переходным процессам веса хаотической и упорядоченной составляющих определяются соответственно их колебательностью и временем затухания.

Чтобы приблизить распределение весов указанных составляющих к золотой пропорции, потребуем выполнения следующих равенств:

(TИ + T Д ) / TИ = TИ / TД = F = (1 + 5 ) / 2 = 1,618...

, (2) T где TИ и Д – соответственно постоянные времени интегрирования и дифференцирования ПИД регулятора;

F – золотое число.

Смысл требований (2) заключается в том, что операции интегрирования и дифференцирования сигналов в системах с ПИД регулятором влияют на распределение весов упорядоченной и хаотической составляющих переходных процессов, причем операция интегрирования повышает вес упорядоченной составляющей, а операция дифференцирования увеличивает вес хаотической составляющей.

В таком случае для достижения оптимального соотношения между частотой колебаний и временем затухания переходных процессов необходимо выбрать значение величины m в выражениях (1) так, чтобы обеспечить выполнение равенств (2).

Кроме того, чтобы оптимизировать величину перерегулирования переходных процессов равенства (1) представим в виде s1, 2 = -h (1 + b )(1 ± i / m) s3, 4 = -h (1 - b )(1 ± i / m) ;

, (3) где 0 b 1.

Значение величины b в выражениях (3) выберем так, чтобы выполнялось требование M = F, (4) где M – показатель колебательности замкнутой системы.

Поскольку величина перерегулирования определяет амплитуду колебаний переходных процессов, то она также характеризует вес хаотической составляющей этих процессов в системе управления и смысл требования (4) состоит в том, чтобы еще более приблизить распределение весов хаотической и упорядоченной составляющих к золотой пропорции.

Действительно, поскольку при M = 1 переходные процессы в системе управления затухают без колебаний, то разность M - 1 характеризует вес их колебательной (хаотической) составляющей. В таком случае выполнение равенства 1 + ( M - 1) = M -1, 1 (5) дополнительно способствует гармонизации переходных процессов в системе управления.

Исходя из равенства (5) для показателя колебательности M получим следующее уравнение:

M 2 - M -1 = 0, решив которое, приходим к равенству (4).

Расчеты переходных процессов в системах с ПИД регуляторами, параметры настройки которых выбирались согласно требованиям (2), (3) и (4), подтвердили высказанные выше соображения по поводу априорного выбора показателей качества m и M систем управления в соответствии с методом золотой пропорции.

Важное преимущество разработанного метода расчета параметров настройки ПИД регуляторов заключается в резком сокращении объема информации, необходимой для оптимизации систем управления, а также трудоемкости выполняемых при этом вычислений.

УДК 62–50 СОЛДАТОВ В.В.

АГАНБЕКЯН Н.Г.

ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА В ТЕПЛИЦАХ В сооружениях защищенного грунта (СЗГ), к которым относятся теплицы и парники, важно поддерживать оптимальный микроклимат, чтобы избежать снижения качества продукции и сократить затраты топливно– энергетических ресурсов на их обогрев.

Для оценки эффективности систем, поддерживающих оптимальный микроклимат, целесообразно использовать имитационные модели теплообменных процессов в СЗГ, которые строятся на основе компьютерных программ, позволяющих осуществлять расчет динамических характеристик данных процессов.

При разработке указанных имитационных моделей предварительно необходимо построить математические модели процессов теплообмена в СЗГ в виде аналитических выражений для передаточных функций, описывающих каналы управления температурой их внутренней воздушной среды.

Примем, что температура внутренней воздушной среды СЗГ описывается функцией T ( x, t ), где x – расстояние от одного из торцов СЗГ, а t – переменная времени.

Функция T ( x, t ) удовлетворяет уравнению температуропроводности T ( x, t ) 2 T ( x, t ) =a + f T ( x, t ) t x, (1) где a – коэффициент температуропроводности воздуха с учетом конвекции;

fT ( x, t ) – плотность температурных источников в точке с координатой x в момент времени t.

Уравнение (1) решим при следующих граничных условиях:

T (0, t ) = q (t ) ;

(2) T ( h, t ) = g (t ), (3) где q (t ) и g (t ) – заданные функции времени, а h – длина СЗГ.

Граничные условия (2), (3) имеют место, когда в торцах СЗГ находятся нагревательные установки, например, электрокалориферы, поддерживающие при x = 0 и x = h соответственно температуры q (t ) и g (t ).

Рассмотрим случай, когда электрокалориферы работают согласованно и выполняется равенство q (t ) = g (t ). (4) С учетом (4) граничные условия (2) и (3) принимают вид T (0, t ) = T ( h, t ) = q (t ). (5) Применив к уравнению (1) одностороннее преобразование Лапласа по времени, получим 2~ 2 d T ( x, s ) ~ ~ sT ( x, s) = a + f T ( x, s ) dx 2, (6) ~ ~ где T ( x, s ) и fT ( x, s ) – изображения по Лапласу функций T ( x, t ) и fT ( x, t ) соответственно, а s – комплексная переменная.

После применения к граничным условиям (5) указанного преобразования они принимают вид ~ ~ ~ T (0, s ) = T ( h, s ) = q ( s ). (7) ~ где q ( s ) – изображение по Лапласу функции q (t ).

Примем во внимание, что передаточная функция системы управления температурой внутренней воздушной среды СЗГ определяется выражением ~ T ( x, s ) WqT ( x, s ) = ~ q ( s ). (8) WqT ( x, s) где – передаточная функция, отвечающая каналу передачи q (t ) ® T ( x, t ).

Продифференцировав с учетом выражения (8) уравнение (6) и ~ граничные условия (7) по q ( s ), получим уравнение d 2WqT ( x, s) sWqT ( x, s) = a dx 2, (9) которому отвечают следующие граничные условия:

WqT (0, s) = WqT (h, s ) =. (10) Решение уравнения (9) имеет вид WqT ( x, s) = Ae x s / a + Be - x s / a, (11) где A и B – неизвестные постоянные.

Неизвестные постоянные A и B в выражении (11) можно определить, воспользовавшись граничными условиями (10). В результате получим линейную систему из двух уравнений Ae h s / a + Be - h s / a = 1;

A + B = 1.

(12) Решив систему (12) и подставив полученные значения A и B в выражение (11), имеем e x s / a + e( h - x ) s / a - e - x s / a - e - ( h - x ) s / a WqT ( x, s ) = eh s / a - e - h s / a. (13) Таким образом, получено выражение (13) для передаточных функций, описывающих динамику теплообмена в СЗГ.

Литература 1. Солдатов В. В. Энергосберегающее управление обогревом теплиц / Математические модели, средства вычислительной техники в электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства: Тр.

ВСХИЗО. – М.: ВСХИЗО, 1990. – С. 88 – 103.

УДК 631.22.628.8 ШТАНЬКО Р.И.

СУДНИК Ю.А.

КСЕНЗ Ю.Н.

ПРИМЕНЕНИЕ ОЗОНА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ Для очистки и обеззараживания воздушной среды в с.-х. производстве в последнее время получило распространение использование озона. Озон, обладая высоким окислительным и бактерицидным действием, прекрасно устраняет неприятные запахи и патогенные микроорганизмы воздушной среды.

Озонирование воздушной среды с концентрацией озона 30 - 50 мкг/м (при ПДК в рабочей зоне - 100 мкг/м3) улучшает условия труда, снижает общую микробную загрязненность в 3-4 раза, приводит к повышению работоспособности и комфортности труда обслуживающего персонала, к снижению заболеваемости животных [1].

К стерилизующим достоинствам озона относят широкий спектр его биоцидного действия при низкой концентрации, возможность использования для обеззараживания труднодоступных поверхностей, более короткий период полураспада в сравнении с другими газами, а также наличие дезодорирующего эффекта.

Механизм инактивации воздушной микрофлоры озоном следующий [2].

Сначала озон воздействует на оболочку микроорганизмов путем реакции с двойными связями липоидов. Затем, благодаря способности разрушать дегидрогеназы клетки, воздействует на ее дыхание. В результате нарушения проницаемости оболочки и изменения растворимости белков клетка лизируется. Обнаружено проникновение озона внутрь микробной клетки, вступление его в реакцию с веществами цитоплазмы и превращение замкнутого плазмида ДНК в открытую ДНК, что снижает пролиферацию бактерий.

Наблюдается известное различие между разными видами микроорганизмов по их сопротивляемости действию озона. Довольно быстро погибают различные плесени. Как правило, наиболее устойчивы микробы, покрытые оболочкой, как, например, микробные споры.

Эффективность стерилизующего действия озона зависит от его концентрации, экспозиции, температуры, влажности, вида микроорганизма, pH и исходной обсемененности обеззараживаемого воздуха.


Озон в низких концентрациях (около 0,2 мг/м3) не очень эффективен для уничтожения бактерий, т.к. они восстанавливаются спустя некоторое время после обработки. В этих случаях озон оказывает лишь поверхностное действие (контактируя с внешней оболочкой клетки) и незначительно проникает вглубь. Для полной инактивации микрофлоры помещения необходима высокая концентрация озона и длительное время для контакта с микроорганизмами.

Оксиды азота (N2О, N2O5, NO и др.) усиливают бактерицидные свойства озона, которые в значительной степени зависят от влажности воздуха. При относительной влажности воздуха ниже 45 % озон почти не оказывает бактерицидного действия, а оптимум его активности лежит между 60-80 % влажности.

В присутствии озона резко снижается адсорбционная способность различных материалов, токсические вещества десорбируются и удаляются из помещения с воздухом [3].

Под действием озона происходит образование более низко- или высокомолекулярных веществ, соединений с иной адсорбционной способностью по сравнению с исходными. Более низкомолекулярные соединения и вещества с пониженной адсорбционной способностью быстрее удаляются из жилого помещения непосредственно при озонировании.

Более высокомолекулярные соединения и вещества с повышенной адсорбционной способностью не так интенсивно выделяются из материалов и соответственно меньше загрязняют воздушную среду.

Определенный эффект оказывает и общее снижение содержания в помещении токсических веществ за счет образования из них двуокиси углерода, паров воды и других легкоудаляемых веществ.

Озонирование воздуха во многих случаях является частью технологии воздухоподготовки и не должно нарушать принятые режимы температуры, влажности, скорости вентиляции. Это условие требуется соблюдать, применяя озон для дезодорирования и бактерицидной очистки воздушной среды хранилищ, птицефабрик, животноводческих и других помещений.

В помещениях с повышенной влажностью и сильным запахом (птичниках, животноводческих фермах и т.п.) образованию озона в электрическом разряде непосредственно в воздухе помещений мешает высокая роль плазмохимических реакций, происходящих в среде с высокой влажностью и особенно с высокой концентрацией содержащихся в ней органических соединений. В таких случаях эффективность применения озонирования достигается только путем подачи в эту среду предварительно образованного озона. Для этого необходимо или устанавливать озонатор в помещении с чистым воздухом и низкой влажностью и по воздуховоду вводить весь озоносодержащий поток в рабочую зону или, установив озонатор в оптимальном месте озонируемого помещения, подводить чистый воздух только в зону разряда. Второй путь решения этой задачи является более эффективным. Он позволяет применить охлаждение разрядной зоны основным потоком вентилируемого воздуха и при этом требует значительно (в десятки раз) меньшего сечения трубопровода, подводящего чистый воздух в зону разряда.

Таким образом, объективна показана эффективность обеззараживания воздуха и нейтрализации различных вредных примесей озоном.

Литература 1. Ксенз Н.В. Электроозонирование воздушной среды животноводческих помещений. – Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 1991. – 171 с.

2. Давидчик Л.Я., Кнтехцян А.А. Озон и его влияние на споры плесневых грибов в комбикормах : Тр. ин-та / ВНИИ комбикормовой пром-ти. – 1980. – Вып. 17. – С. 9-10.

3. Лунин В.В., Попович М.П., Ткаченко С.Н. Физическая химия озона.

М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. – 474 с.

УДК 631.22.628.8 ШТАНЬКО Р.И.

СУДНИК Ю.А.

КСЕНЗ Ю.Н.

ПАРАМЕТРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЦЕССЫ В КОРОННОМ РАЗРЯДЕ Эффективность протекания коронного разряда в аппаратах электронно ионной технологии (и в частности выход озона) зависит от ряда параметров, которые условно можно разделить на три группы: параметры внешней среды, конструктивные и режимные параметры.

Так как большинство технологических процессов с.-х. производства протекают при фиксированных параметрах внешней среды (оптимальные значения температуры, влажности и т.д.), их влияние на образования озона в коронном разряде подробным образом рассматривать не будем. Отметим лишь, что из параметров внешней среды наибольшее влияние на образование озона оказывают температура и влажность. При этом увеличение температуры и влажности приводит к уменьшению выхода озона в коронном разряде.

К конструктивным параметрам относятся: величина разрядного промежутка, форма, размеры и материал электродов. Величина разрядного промежутка и материал некоронирующего электрода не оказывают существенного влияния на процессы в чехле короны, а значит и на образование озона в коронном разряде.

Наибольшее влияние на характер коронного разряда из конструктивных параметров оказывают размер и форма коронирующего электрода. При непрерывной униполярной короне средняя напряженность электрического поля в чехле короны приблизительно равна начальной напряженности коронного разряда [1]. При этом она не так сильно зависит от величины питающего напряжения и тока короны, а в основном определяется радиусом кривизны коронирующего электрода. С увеличением радиуса кривизны коронирующего электрода напряженность электрического поля в чехле короны уменьшается, а с уменьшением радиуса кривизны снижается напряжение зажигания короны [2].

Коронирующие электроды по форме можно разделить на две группы. К первой группе относятся электроды, которые не имеют фиксированных коронирующих точек, - проволочные электроды. Ко второй группе электроды с фиксированными точками разряда по их длине - игольчатые электроды.

Малые радиусы кривизны поверхности на концах игл позволяют получить низкие начальные напряжения короны. Однако в чехле короны значение напряженности электрического поля будет выше по сравнению с проволочными электродами, что обуславливает большее выделение озона на единицу тока короны.

Исследование влияния материала коронирующего электрода на образование озона в коронном разряде показало, что при влажном воздухе это влияние несущественно [3].

Расстояние между коронирующими электродами также оказывает влияние на образование озона в коронном разряде, так как при определенных значениях этого расстояния появляется эффект взаимного экранирования.

Данный эффект приводит к увеличению напряжения начала коронирования, что, в свою очередь, изменяет напряженность в чехле короны и, соответственно, изменяет интенсивность образования озона.

К режимным параметрам относятся величина тока короны, полярность, вид и величина питающего напряжения.

Ток короны характеризует интенсивность образования свободных электронов в чехле короны. Чем больше величина тока короны, тем больше количество свободных электронов и, следовательно, больше образуется озона.

В работах [4, 5] были проведены исследования по изучению влияния полярности короны на образование озона при коронном разряде. Результаты исследований показали, что в случае использования электродов первой группы (проволочные электроды = 0,2 10 – 3... 0,63 10 – 3 м) при отрицательной короне озона выделялось в несколько раз больше, чем при положительной короне. При исследовании электродов второй группы (проволочные электроды с зазубринками и игольчатые электроды) озона выделялось уже больше при положительной короне.

При непрерывной униполярной короне разница между начальными напряженностями положительной и отрицательной короны незначительна, так же, как между температурой газа в чехле в одном и другом случае и температурой газа во всем промежутке. Следовательно, различие в образовании озона при положительной и отрицательной короне вызывается неодинаковыми условиями распространения электронных лавин. При отрицательной короне электронные лавины начинаются у поверхности коронирующего электрода и распространяются в область более низкой напряженности поля. При положительной короне электронные лавины начинаются в области, где a имеет большее значение, и распространяются в область более высокой напряженности поля (a - ионизационный коэффициент Таунсенда).

Таким образом, при положительной короне большинство неупругих столкновений электронов происходит в области более сильных полей, где вероятность диссоциации молекулы кислорода имеет низкие значения. А при отрицательной короне - наоборот. При этом необходимо учитывать, что характер протекающих в чехле короны процессов при радиусах r rКР.

коронирующего электрода значительно меняется - существенную роль в процессах ионизации начинает играть автоэлектронная эмиссия [6].

По виду и величине питающего напряжения в настоящее время используется униполярное постоянное напряжение с малыми пульсациями и импульсное питание. В последнее время наметилась тенденция использования импульсного питания коронного разряда с целью получения максимального выхода озона. Это объясняется тем, что при импульсном питании процессы в чехле короны имеют дискретный характер во времени и в пространстве. Чехол короны состоит из отдельных шнуровых разрядов, имеющих высокие плотности тока и не создающих значительного нагрева газа.

Таким образом, процесс образования озона в воздушной смеси и влияние на него различных факторов (конструктивные параметры индуктора озона, температуры и т.д.), вносящих значительное изменение в реакции образования и распада озона, носят достаточно противоречивый характер.

Исходя из этого, для более полного осмысления процесса требуются дальнейшие исследования в данной области.

Литература 1. Попков В.И., Богданова И.Б., Певчев Б.Г. Напряженность электрического поля на поверхности электрода положительной полярности в условиях встречного потока отрицательных ионов. – Изв. АН СССР, Энергетика и транспорт, 1978, № 1, с. 96-102.

2. Ксенз Н.В. Электроозонирование воздушной среды животноводческих помещений. – Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 1991. – 171 с.

3. Goldman M., e. a. Influence of the nature of electrode material production of corrosive spicies corona discharge. - Gaseous Dulec., Vol. 3. - Proc. 3. - Int.


Symp., Knoxville, March 7-11, 1982. - New-York. - P. 327-331.

4. Awad M.B., Castle G.S.P. Some parameters affecting the generation of ozone in positive and negative corona // JEEE Industry Applications Society. – New-York, 1973. – P. 373 - 380.

5. Возмилов А.Г. Выделение озона двухзонным электрофильтром // Сб.

науч. тр. / Челяб. ин-т механ. и электр. сел. хоз-ва. – 1978. – Вып. 134. – С.

134 – 139.

6. Попков В.И. Особенности коронного разряда при высоких напряжениях поля // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. – 1965. – № 4. – С. 57-62.

УДК 631.22.628.8 ШТАНЬКО Р.И.

СУДНИК Ю.А.

КСЕНЗ Ю.Н.

ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ ГЕНЕРАТОРОВ ОЗОНА В настоящее время существует несколько способов получения озона, среди которых наиболее распространенными являются: электролитический, фотохимический и электросинтез в плазме газового разряда.

Электросинтез озона в плазме газового разряда получил наибольшее распространение. Этот метод сочетает в себе возможность получения озона как высоких, так и низких концентраций, большой производительностью и относительно невысокими энергозатратами.

Необходимо отметить, что производство озона отличается от производства других веществ тем, что его практически невозможно и небезопасно хранить, а также перевозить на большие расстояния. Это обусловлено тем, что реакции распада озона сопровождаются выделением тепла и при концентрации озона 15 – 20 % могут протекать со взрывом.

Поэтому озон обычно вырабатывается там, где он должен применяться и в том количестве, которое требуется в настоящий момент. Это вызывает необходимость разработки и создания установок, значительно отличающихся друг от друга по производительности концентрации озона на выходе генератора и другим техническим показателям.

По производительности генераторы озона условно подразделяются на малые (до 1 кг озона в час), средние (до 10 кг озона в час) и крупные (свыше 10 кг озона в час).

По конструктивному исполнению разрядной камеры генераторы озона подразделяются на трубчатые и плоские.

По виду используемого для работы напряжения – постоянное, переменное, импульсное и др.

По значению частоты питающего напряжения – промышленной и повышенной.

В результате исследований [1, 2] по использованию различных видов газового разряда для электросинтеза озона распространение получили аппараты, использующие две формы разряда: барьерный и коронный.

По современным представлениям барьерный разряд – наиболее распространенный и экономически целесообразный способ промышленного получения озона. Все другие, известные сейчас методы, не нашли столь широкого распространения, однако имеют отдельные преимущества перед барьерным разрядом.

Барьерным разрядом называют разряд в узком газовом зазоре между плоскими или коаксиальными электродами, один из которых (или оба) покрыт слоем твердого диэлектрика. Из-за того, что электрическая цепь разорвана диэлектриком, питание осуществляется только переменным током (промышленной или повышенной частоты). Если к электродам приложено переменное напряжение с амплитудой, превышающей пробивное напряжение газового промежутка, то в нем возникает разряд, состоящий из большого числа отдельных искр, дискретных в пространстве и во времени.

Разряд продолжается до тех пор, пока мгновенное значение напряжения на электродной системе не достигнет UMAX. Особенностью барьерного разряда является локальное накопление заряда на поверхности диэлектрического барьера в процессе развития в промежутке каждой отдельной искры.

В последние годы проводятся исследования по совершенствованию озонаторного оборудования. Одним из путей повышения надежности работы устройства и снижения его габаритов является применение новых материалов в конструкции озонаторных установок. Одна из таких конструкций представлена в работе [3]. Генератор озона содержит пакет чередующихся электродных пластин с высоким и нулевым электрическим потенциалом и диэлектрические прокладки, причем, электродные пластины расположены внутри диэлектрических прокладок (выполненных из стеклоармирующей пластмассы) в плоскости их симметрии.

Данный генератор отличается простотой, компактностью и отсутствием системы охлаждения электродов. Недостатком его является малая производительность по озону.

По мнению В.Г. Самойловича, В.И. Гибалова и К.В. Козлова, большое значение для повышения производительности генератора озона имеет частота тока, так как с повышением ее увеличивается мощность разряда и, кроме того, возможно увеличение числа микроразрядов за полупериод [4].

Однако для малых и средних генераторов озона источники тока повышенной частоты применяются довольно редко, что связано с повышением стоимости озонирующей установки.

Для успешной работы барьерных озонаторов необходимо соблюдение некоторых условий:

- зазор, в котором происходит разряд, должен быть равномерным по всей длине озонатора, иначе рабочей будет только часть озонатора, что скажется на эффективности выхода озона. При повышении напряжения возможны также пробои отдельных участков;

- нагрев озонатора недопустим;

с увеличением температуры резко увеличивается скорость разложения озона, что приводит к падению концентрации озона на выходе. Кроме того, при нагреве возрастает вероятность пробоя диэлектрических барьеров;

- при работе с кислородом очень желательна, а при работе с воздухом необходима осушка газа. Осушителями служат силикагель, алюмосиликаты, цеолиты.

Основными параметрами, определяющими эффективность работы барьерных озонаторов, являются: напряжение на электродах U;

газовый зазор l (эта величина определяет характер разряда и его интенсивность);

диэлектрическая проницаемость материала барьера Б;

частота f воздействующего напряжения;

расход газа vГ, определяющий концентрацию озона в выходящей из озонатора газовой смеси;

наличие или отсутствие системы охлаждения электродов и диэлектриков зоны тихого разряда для предотвращения преждевременного разрушения под действием теплоты образовавшегося озона.

В последнее время большое внимание уделяется разработке и применению генераторов озона на основе коронного разряда. Коронный разряд возникает в газовом промежутке (при высоких значениях напряженности электрического поля) между электродами, один (или оба) из которых имеют малый радиус кривизны (острие – плоскость, острие – острие и т.п.).

Целесообразность применения коронного разряда для синтеза озона обусловлена рядом преимуществ последнего перед барьерным разрядом:

- простота, надежность и дешевизна коронных озонаторов;

- возможность электропитания любым видом напряжения (постоянным, переменным или импульсным);

- возможность электропитания напряжением промышленной частоты;

- отсутствие системы воздухоподготовки и охлаждения электродов.

К недостаткам коронных озонаторов следует отнести их относительно невысокую производительность по озону.

Техническая реализация коронного разряда в воздушной среде осуществляется двумя видами коронирующих электродов: электродами, не имеющими фиксированных точек коронирования, - проволочными, и электродами с фиксированными точками коронирования – игольчатыми.

В настоящее время предпочтение отдается конструкциям, в которых поле разрядного промежутка локализовано в небольшом объеме. Эта система обладает достаточными ионизационными свойствами и характеризуется минимумом электрических полей в зоне нахождения биологических объектов.

Простейший коронный озонатор состоит из двух электродов коронирующего и приемного. Коронирующий электрод выполняется в виде тонкой металлической пластины или решетки, в узлы которой впаяны коронирующие иглы;

приемный электрод представляет собой тонкую пластину (решетку). Схема обладает малыми габаритами, что позволяет использовать ее не только в различных сельскохозяйственных помещениях (свинарниках, птичниках и т.д.), но и непосредственно в системах вентиляции (воздуховодах).

Установлено [5], что наибольшая концентрация озона вырабатывается при подаче положительного потенциала напряжения на коронирующий электрод.

В последние годы разрабатывается множество новых конструкций озонаторов, связанных с вращающимися либо вибрирующими электродами и диэлектриками [6], что, по утверждению авторов изобретений, значительно до 35 % - увеличивает производительность озонаторных установок. В работе [7] представлено одно из подобных технических решений. Сущность его заключается в том, что в озонаторе вращающийся с регулируемой скоростью диэлектрик, установленный на валу, и электроды, установленные под углом к поверхности диэлектрика, создают зону разряда коронного типа. Крыльчатка установлена на одной оси с диэлектриком, при этом озонатор может быть выполнен многофазным. Вращение крыльчатки с диэлектриком происходит за счет электрогазодинамического течения воздушной среды (“электрического ветра”), что способствует лучшему выносу озоно воздушной смеси из разрядного промежутка.

Исходя из вышесказанного следует, что выбор генератора озона должен, прежде всего, определяться особенностями технологического процесса, производительностью озонатора, а также простотой и компактностью оборудования.

Литература 1. Бородин И.Ф., Першин А.Ф., Федоров А.В., Евдосеева А.Ю.

Перспективы использования коронного разряда в сельскохозяйственных электроозонирующих установках // Электрификация технологических процессов сельскохозяйственного производства: Сб. науч. трудов МИИСП. – М., 1989. С.3-9.

2. Вербицкая С.В. Предпосевная обработка семян фасоли озоном и магнитным полем: Автореф. дис. к-та техн. наук. – Зерноград: АЧГАА, 2001.

3. А. с. № 1673503 СССР, МКИ5 С 01 В 13/11 Озонатор / В.В. Силантьев.

- № 4687566/26;

Заявлено 10.05.89;

Опубл. 30.08.91 // Открытия.

Изобретения. - 1991. - № 32. - С. 84.

4. Самойлович В.Г., Гибалов В.И., Козлов К.В. Физическая химия барьерного разряда. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1989. – 176 с.

5. Ксенз Н.В. Электроозонирование воздушной среды животноводческих помещений. – Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 1991. – 171 с.

6. Пат. 2135407 Россия, МКИ 6 А61L/015. Генератор озона Пичугина / Пичугин Ю.П. - № 98115710/25;

Заяв. 21.05.92;

Опубл. 20.01.95, Бюл. №12. – 3 с.

А.с. № 2040461 Россия, С 01 В 13/11. Озонатор / Хайруллин И.Х., Фаттахов Р.К., Исмагилов Ф.Р., Лысенко В.И. - № 5028651/26;

Заявлено 25.02.92;

Опубл. 27.07.95.

621.313.333 ЗАВОДЯНСКАЯ Е.А.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ДЛЯ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН Сельскохозяйственные машины с асинхронными электродвигателями характеризуются различными условиями работы, которые сказываются на эксплуатационной надежности электродвигателей.

Из-за неблагоприятных условий аварийность электродвигателей в сельском хозяйстве достаточно высока. Практика производства и эксплуатации асинхронных машин показывает, что одной из наиболее часто встречающихся и трудно поддающихся контролю неисправностей является асимметрия обмотки ротора, вызванная обрывом стержня беличьей клетки короткозамкнутого ротора. Разработка эффективных способов диагностического контроля технического состояния электрических машин позволит своевременно определить неисправности, предотвратить внезапные отказы в работе и преждевременный выход машины из строя. Существующие способы и средства диагностического контроля не нашли широкого применения из-за сложности реализации и низкой чувствительности.

Одной из главных трудностей в решении этой задачи является определение специальных диагностических параметров, особенно из числа высших гармонических составляющих, на основе которых можно было бы разработать эффективные способы и средства контроля, позволяющие получать диагностирующую информацию для оценки технического состояния и предупреждения о возникновении неисправностей в процессе функционирования машины.

В настоящее время в сочетании с такими методами, как комплексный, метод симметричных составляющих, метод преобразования координат создан ряд моделей, пригодных для анализа динамических электромагнитных процессов вращающихся электрических машин самого различного исполнения, как в симметричных, так и несимметричных режимах.

Рассмотрим некоторые характерные особенности существующих методов. Метод наложения предполагает потребность в прямом использовании метода вращающихся волн сразу, как только становится необходимым сделать модель полной. При использовании метода унифицированных элементарных переменных необходим предварительный гармонический анализ МДС или токов обмотки. В основе метода суммарных комплексных ампер-витков лежит теория рядов Фурье - магнитные поля статора и ротора, соответствующие им индуктивные параметры определяются бесконечными рядами. Кроме того, методы лишены физической наглядности, которую способен дать метод вращающихся волн.

Развитием этих методов является метод моделирования, названный «методом эллиптичных составляющих».

Метод органично включает в себя методы гармонического анализа и симметричных составляющих, что придает ему большую физическую наглядность. В методе симметричных составляющих реализована идея использования дискретных функций, имеющих конечный спектр, что позволяет радикально уменьшить количество переменных модели и облегчает теоретическое исследование объекта в установившихся и переходных состояниях.

В отличие от вышеперечисленных методов, метод эллиптичных составляющих естественно разделяет математические переменные по физическому принципу и ставит им в соответствие наглядные физические образы – эллиптичные волны. Он позволяет связать внутреннюю асимметрию обмотки с её внешними проявлениями: асимметрией фазных напряжений и токов, генерацией ЭДС дополнительных частот и прочими. В этом отношении метод перспективен для создания теоретических моделей асимметричных электрических машин и разработки эффективных способов и средств диагностического контроля технического состояния.

УДК 621.313. ЗАВОДЯНСКАЯ Е.А.

ГАРМОНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ТОКОВ АСИММЕТРИЧНЫХ КЛЕТОК КОРОТКОЗАМКНУТЫХ РОТОРОВ При синусоидальном распределении ЭДС функции токов колец и стержней будут синусоидальны. Они являются первыми, точнее – главными, гармониками токов клетки. При асимметрии фаз клетки функции токов несинусоидальны, но могут быть разложены в конечный спектр дискретных пространственных гармоник.

Покажем это на примере клетки, имеющей Z = 12 пазов и 2 p = полюсов. Рассмотрим симметричную беличью клетку. В данном случае мы имеем дело с одной эллиптичной составляющей, имеющей номер n=1. Это будет первая пространственная гармоника тока в обмотке. Этой эллиптичной составляющей соответствует пара сопряженных изображающих векторов (рис.1), траектория которых представлена на рис.2.

Рис.1. Спектральная функция Рис.2. Траектории ИВ Из рисунка видно, что изображающий вектор описывает на комплексной плоскости окружность, а множество комплексных векторов функций i k представляет собой систему прямой последовательности.

Обрыв стержня клетки можно рассматривать как максимальную степень ее асимметрии, связанную с одним из стержней. В данном случае обрывался стержень с условным номером 1, а параметры остальных стержней сохраняли свои симметричные значения.

В отличие от предыдущего примера, в асимметричной беличьей клетке мы имеем дело с целым спектром эллиптичных составляющих (рис.3).

Рис.3. Спектральная функция Рис.4. Траектории ИВ На рис.4. ЭС токов представлены в виде траекторий изображающих векторов. Пять из них I 1 - I 5 можно назвать прямовращающимися, понимая под этим то, что в ЭС преобладает прямовращающаяся составляющая.

Шестая – I 6 пульсирует по действительной оси. ЭС имеют различную степень эллиптичности. Например, у I 1 обратная составляющая около 20%, у I 3 – около 50%, а у I 6 – 100%.

Итак, в общем случае функции токов колец и стержней несинусоидальны и разложимы в конечный спектр пространственных гармоник. Всего таких гармоник не более z 2, так как на множестве из z значений аргумента гармоника не может иметь более z 2 периодов. Сами гармоники могут быть пульсирующими, эллиптическими, вращающимися в положительном или отрицательном направлении.

Таким образом, можно сделать вывод, что при различных параметрических асимметриях клетки, а в пределе – при обрывах стержней, состав ЭС токов резко изменяется. Изменения касаются и состава эллиптических составляющих, и поведения их векторов на комплексной плоскости: от кругового вращения до пульсаций.

УДК 621.313.333 ЗАВОДЯНСКАЯ Е.А.

МЕЛЬНИКОВА И.А.

ГАРМОНИЧЕСКИЙ СОСТАВ МДС АСИММЕТРИЧНЫХ КЛЕТОК РОТОРОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН Дискретная гармоника токов клетки, имеющая n пар полюсов на множестве k = 0, 1, 2, K, z - называется n-ной эллиптической составляющей тока.

Каждой эллиптической составляющей (ЭС) тока соответствует бесконечный спектр МДС гармоник зубцового порядка. Так функции тока симметричной обмотки соответствует известный спектр МДС симметричной клетки с номерами гармоник n = pm = cz ± p, c = 0, 1, 2, K.

Эллиптической составляющей с номером n p соответствует аналогичный спектр МДС с номерами гармоник n = cz ± n, c = 0, 1, 2, K.

Это относится и к ЭС тока асимметричной клетки. Очевидно, спектр этой функции состоит из нескольких ЭС, а спектр ее МДС из такого же количества элементарных спектров отдельных ЭС (рис.).

Приведенные выше положения свидетельствуют о том, что спектр МД С аси мме три чно й кле тки явл яет ся сло жн ым и раз ноо бра Рис.. Спектр МДС асимметричной клетки зны м. Вместе с тем вся информация о нем имеется в z 2 ЭС токов. В конкретных случаях число ЭС может быть меньше z 2, если некоторые из них равны нулю. Так, бесконечному спектру МДС токов симметричной клетки соответствует всего одна ЭС тока. Введение понятия "эллиптическая составляющая" позволяет оперировать информацией о спектре МДС обмотки в наиболее компактной форме.

Каждой ЭС можно поставить в соответствие компактный математический объект – изображающий вектор. Его поведение на комплексной плоскости дает информацию о степени эллиптичности гармоник изображаемого им спектра МДС.

Таким образом, МЭС позволяет заменить без потери информации анализ бесконечного спектра МДС обмотки на анализ ограниченного спектра ЭС ее токов.

Произведенные на базе МЭС расчеты свидетельствуют о том, что при различных параметрических асимметриях клетки, а в пределе – при обрывах стержней, состав ЭС токов резко изменяется. Изменения касаются и состава эллиптических составляющих, и поведения их векторов на комплексной плоскости: от кругового вращения до пульсаций. Результатом этого является и изменение спектра ее МДС. Данные изменения, их интенсивность могут служить диагностическими параметрами, на основе которых можно разработать эффективные способы и средства контроля технического состояния сельскохозяйственных машин, позволяющие своевременно определить неисправности, предотвратить внезапные отказы в работе и преждевременный выход машины из строя.

УДК 62-83-52 ЛЬГОТЧИКОВ В.В.

ОВИНОВА С.А.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ Разработка электроприводов для сельского хозяйства остается важной и актуальной задачей. При этом учитывается маломощность сетей, подводящих электрическую энергию к установкам, наличие энергоемких технологий, нерегулярность профилактического обслуживания установок высококвалифицированным персоналом. Ремонтопригодность новых образцов техники должна позволять в полевых условиях устранять их неисправности и отказы. В тоже время, электропривод обязан отвечать всем требованиям по реализации технологического цикла работы установки.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.