Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления

Асинхронный двигатель с кольцевыми обмотками (АДКО) - машина, предназначенная для переработки ядерных отходов, первый опытный образец которой был создан научной группой специалистов кафедры «Электротехника» УрФУ совместно с заводом «Уралэлектромаш» г. Каменск-Уральский. Преимуществом данного двигателя является устойчивость к высокому уровню радиации и температуры благодаря применению керамической изоляции для обмоток статора, однако испытания опытного образца показали, что максимальный и пусковой моменты двигателя оказались меньше требуемых техническим заданием, в связи с чем возникает необходимость поиска решений по улучшению параметров двигателя. Цель исследования: оценка влияния слоистой структуры сердечника статора АДКО на рабочий поток и поток рассеяния машины. Анализ электромагнитного ядра, проводимый в предыдущих исследованиях, свидетельствует о том, что особенность конструкции магнитной системы асинхронного двигателя с кольцевыми обмотками приводит к появлению двух составляющих магнитного потока - осевой и радиальной, поэтому возникает необходимость рассматривать влияние слоистой структуры сердечника статора на магнитное сопротивление для осевой составляющей магнитного потока АДКО. Наличие оксидной или лаковой пленки, которой покрываются стальные листы сердечника статора, а также технологические зазоры между листами, вызванные опрессовкой сердечника во время изготовления, приводят к увеличению магнитного сопротивления, следовательно, к уменьшению рабочего магнитного потока в воздушном зазоре, пускового и максимального моментов двигателя. Методы: в качестве решения для уменьшения магнитного сопротивления в осевом направлении магнитного потока и улучшения выходных характеристик машины предлагается применение магнитного шунтирования в ярме статора. Результаты: проведено моделирование двигателя с кольцевыми обмотками с помощью специализированного прикладного программного пакета "ANSYS Maxwell", что позволяет оценить не только влияние слоистой структуры сердечника статора на осевую составляющую магнитного потока, но и эффективность применения магнитных шунтов, а также количественно рассчитать значения магнитного потока на каждом участке магнитной цепи и дать рекомендации по дальнейшему усовершенствованию конструкции двигателя. Практическая значимость: полученные результаты могут быть использованы при получении второго опытного образца АДКО с улучшенными механическими характеристиками.

Установки электродинамической сепарации в бегущем магнитном поле находят применение в технологиях переработки твердых отходов производства и потребления. Они применяются для извлечения включений цветных металлов из потока неметаллов, а также для индукционной сортировки лома цветных металлов и сплавов. В статье рассматривается установка, которая состоит из конвейера, перемещающего обрабатываемые материалы, и линейного индуктора, располагаемого под лентой конвейера. Цель исследования: повышение технологической и энергетической эффективности электродинамических сепараторов на основе линейных индукторов. Результаты: показано, что для увеличения степени извлечения металлов из потока отходов без повышения энергопотребления целесообразно использовать линейный индуктор модульной конструкции. При этом модули располагаются со смещением друг относительно друга по ходу движения конвейера и движения извлекаемых частиц. В случае применения трех модулей индуктора возможная перестановка фаз обмотки на отдельных модулях, которая обеспечивает симметрию фазных токов сепаратора. Выравнивание фазных токов позволяет полностью компенсировать реактивную энергию индукторов. При этом снижаются потери энергии в системе электроснабжения. Показана возможность выбора параметров линейных индукторов на стадии проектирования с учетом достижения минимума полной мощности, потребляемой сепаратором из сети. С учетом возможности компенсации реактивной энергии индукторов предложено перейти к выбору параметров линейных индукторов по условию достижения минимума активной мощности сепаратора. Приведенные примеры расчетов опытно-промышленного образца электродинамического сепаратора показывают, что при таком подходе возможна корректировка параметров индуктора, которая обеспечивает улучшение технологических и энергетических характеристик сепаратора.

Рассмотрены и сравнены различные магнитные структуры роторов, применяемых в синхронных двигателях с постоянными магнитами. Во многих областях промышленности производимые на оборудовании операции требуют точного механического движения, будь то сборочные, точильные, сварочные операции, различные системы позиционирования, например, системы наведения солнечных батарей. Классическая реализация таких движений сводится к применению редукторного электропривода на отдельных узлах оборудования либо к установке одного привода для нескольких операций (концепция «главного» привода). Однако в редукторах и преобразователях вращательного движения в линейное всегда присутствуют люфты и зазоры. Кроме того, наличие дополнительных гибких связей вносит нелинейные возмущения в движение механизмов. Развитие современного электропривода и систем управления им позволяет отказаться от применения кинематических преобразователей и объединить двигатель с нагрузкой напрямую. Электропривод без применения кинематических преобразователей называется прямым (безредукторным) электроприводом. В таком приводе усилие передается без потерь скорости и точности, отсутствуют дополнительные нелинейности и упругости. Кроме того, ввиду отсутствия износа механических частей прямой привод становится более надежным по сравнению с редукторным. Наибольшее распространение в прямом электроприводе получили синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДПМ) ввиду их лучших по сравнению с другими типами двигателей характеристик. Цель исследования: рассмотреть принципиальные отличия структур роторов СДПМ. Методы: графическое исследование магнитных структур, использование схем замещения СДПМ. Результаты: рассмотрено влияние расположения магнитов на характеристики двигателя. Возникающий в случае явнополюсности ротора реактивный момент описан с точки зрения влияния его на управление двигателем. Введен коэффициент, характеризующий анизотропию магнитных свойств двигателя. Показаны угловые характеристики для разных типов роторов двигателей и влияние их на угол тока статора при управлении двигателем.

Современным проектам, использующим нейронные сети, было бы полезно разгрузить вычислительные центры, распределив вычислительные мощности для нейросетевого распознавания в распределенной сети. Целью исследования является разработка метода синтеза устройств реализации искусственных нейронных сетей на ПЛИС и микроконтроллерах, ориентированных на туманные вычисления. Основой для создания рассматриваемых устройств будет являться искусственная нейронная сеть, которую потребуется разделить на несколько блоков. Каждый из этих вычислительных блоков будет исполняться на отдельном физическом устройстве, связь между ними будет осуществляться с помощью стандартных каналов и протоколов. Методика исследования базируется на анализе информации о существующих нейронных сетях и математическом моделировании нейронной сети, которая будет пригодной для работы в режиме туманных вычислений. В результате исследования планируется получить математическую модель нейронной сети и метод деления нейронной сети на блоки, которые будут работать на оконечных устройствах, также будет проведено испытание данного метода на тестовом каскаде вычислительных устройств. В статье рассмотрены существующие классы искусственных нейронных сетей, исходя из полученного обзора выбраны параметры сетей, с которыми будет проводиться работа в рамках данного исследования. Разработана математическая модель, которая позволяет из обычной нейронной сети, которая монопольно выполняется на одном вычислительном устройстве, получить набор блоков, последовательное исполнение которых на каскаде устройств приведет к результатам, аналогичным результатам работы оригинальной сети. Выбраны входные параметры для метода разделения, которые позволят осуществить дальнейшие эксперименты с устройствами.

В настоящий время наиболее часто встречаются три основных типа электрических машин - переменного (синхронные и асинхронные) и постоянного тока. Каждая из них в силу особенностей своей конструкции обладает определенными способами пуска при работе в режиме двигателя. Объектом исследований в данной статье является синхронная машина, представляющая особый интерес по сравнению с другими типами электромеханических преобразователей по причине интенсивного использования ее в силовых электроэнергетических установках не только в качестве источника электрической, но и механической энергии, для получения которой возникает необходимость ее запуска. Существует несколько способов пуска синхронного двигателя, каждый из которых обладает своими преимуществами и недостатками, для выявления которых была исследована разработанная модель синхронной машины и различных типов источников электрической энергии. Исследования показали, что наибольший интерес представляют частотные методы пуска синхронной машины, поскольку невмешательство в конструкцию машины позволит продолжить ее эксплуатацию. Цель исследования: разработка модели синхронного двигателя и различных типов источников электрической энергии; исследование пусковых характеристик машины, подключенной к различным источникам питания. Методы: исследования пусковых характеристик синхронного двигателя от различных источников питания выполнялись в среде Matlab (Simulink), для чего были разработаны математические модели синхронного двигателя и трех источников электропитания. Результаты: исследования подтвердили, что из четырех способов пуска синхронного двигателя частотный действительно обладает рядом преимуществ по сравнению с остальными. Время переходного процесса при таком пуске синхронного двигателя значительно снижается, поэтому коэффициент полезного действия машины наибольший, поскольку она быстрее выходит на номинальный режим и начинает выполнять свои функции. Наименьший тепловой импульс, наблюдаемый при этом, свидетельствует о малых тепловых потерях, что также благотворно влияет на работу синхронного двигателя и источника электропитания. Однако частотный пуск синхронного двигателя обладает существенным недостатком - пусковой ток имеет большое значение, соизмеримое с величиной тока статора при прямом пуске. Практическая значимость: анализ данных, полученных при исследованиях, а именно время пуска, величина теплового импульса и критического момента, позволит в дальнейшем оптимально настраивать электроэнергетические системы, содержащие синхронные двигатели, с целью повышения их коэффициента полезного действия, а также упростит процесс идентификации параметров синхронной машины, спектральный и вейвлет-анализ их переходных процессов.