Browsing by Author "Кузнецов, Віталій Вадимович"

Now showing 1 - 5 of 5

Математична модель електромеханічної системи барабанних летучих ножиць на основі рівнянь Лагранжа
(Видавничий дім “Гельветика”, 2026) Ткаленко, Олександр Сергійович; Ципленков, Дмитро Володимирович; Кузнецов, Віталій Вадимович
UKR: Мета роботи: розробка математичної моделі електромеханічної системи барабанних ножиць з використанням рівнянь Лагранжа II роду з урахуванням пружних деформацій, інерційних характеристик та зовнішніх навантажень. Методи. Визначено узагальнені координати, сили та моменти, що діють у системі, з урахуванням технологічних особливостей процесу поперечного різання металу барабанними ножицями. На основі рівнянь Лагранжа отримано диференціальні рівняння руху, що описують динаміку системи. Проведено аналіз впливу параметрів електромеханічних компонентів на точність та стабільність роботи ножиць. При складанні системи диференційних рівнянь електромеханічної системи барабанних ножиць враховано рівняння двигуна постійного струму незалежного збудження. Результати. З використанням MATLAB/Simulink розроблено симуляційну модель електромеханічної системи барабанних ножиць з урахуванням багатомасового характеру механічної частини, впливу пружних деформацій та внутрішнього в'язкого тертя. Проведено аналіз впливу параметрів електромеханічних компонентів на точність та стабільність роботи ножиць. Результати дослідження дозволяють кількісно оцінити вплив пружних зв'язків у механічній структурі летучих ножиць на кінематичні характеристики верхнього та нижнього різальних барабанів, а також визначити амплітудно-частотні параметри динамічних навантажень, що виникають. Новизна дослідження полягає у застосуванні лагранжевого формалізму для моделювання багатомасової системи летучих ножиць з урахуванням реальних експлуатаційних факторів, що дозволяє більш точно прогнозувати динамічні режими роботи обладнання. Цінність. Розроблена математична модель створює можливість підвищення точності технологічних режимів різання, суттєвого підвищення енергоефективності та значного зниження динамічних навантажень. Дане дослідження може бути корисним для фахівців у галузі автоматизації прокатного виробництва та проектування електромеханічних систем.
Методологічні аспекти моделювання роботи асинхронного електродвигуна в умовах неякісної електроенергії
(Видавництво МДПУ ім. Б. Хмельницького, Запоріжжя, 2024) Ніколенко, Анатолій Васильович; Кузнецов, Віталій Вадимович; Стьопкін, Василь Володимирович; Коваленко, В. Л.; Піліпенко, В. О.; Ровенський, О. О.
UKR: У статті розглянуто методологічні підходи до моделювання роботи асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором в умовах неякісної електроенергії. Актуальність дослідження обумовлена високою часткою електродвигунів у глобальному енергоспоживанні, що становить до 46%, а також негативними наслідками зниження якості електропостачання для ефективності, надійності та ресурсу електромеханічних систем. Наведено аналіз сучасного стану математичного моделювання асинхронних двигунів, зокрема, підкреслено, що переважна більшість існуючих моделей базується на припущенні симетричності та синусоїдальності напруги живлення, що не відповідає умовам реального промислового середовища. Досліджено різні класи математичних моделей, які частково враховують окремі показники якості електроенергії, зокрема несиметрію, гармонічні спотворення тощо. Показано, що моделі, орієнтовані на аналіз окремих чинників, не здатні забезпечити комплексну оцінку енергетичної ефективності двигуна. У статті сформульовано вимоги до універсальної імітаційної моделі асинхронного двигуна, здатної враховувати всі основні показники якості електроенергії (ПКЕ) одночасно, як в усталених, так і в перехідних режимах роботи. Запропоновано концепцію побудови моделі, яка базується на поєднанні обчислювальних блоків, запозичених із відомих математичних аналогів, що дозволяє враховувати вплив несиметрії та несинусоїдальності напруги живлення, а також виконувати розрахунок миттєвих значень струмів, втрат у сталі та міді, електромагнітного моменту, ККД та коефіцієнта потужності. У моделі передбачена можливість розширення з урахуванням фільтрації гармонік і змінних частот мережі, з подальшим уточненням параметрів шляхом експериментальної ідентифікації. Зроблено висновок про відсутність єдиної універсальної моделі асинхронного двигуна, яка враховує всі ПКЕ, та обґрунтовано доцільність створення імітаційної моделі нового типу як ефективного інструменту для аналізу режимів роботи електродвигуна в умовах реальної електромережі.
Моделювання нелінійних електричних кіл із застосуванням методу перетворення змінних
(Видавництво МДПУ ім. Б. Хмельницького, Запоріжжя, 2025) Бондар, Олег Ігорович; Кузнецов, Віталій Вадимович; Кокович, Богдан Олександрович; Назаренко, Б. В.; Адам, Б. Б.; Адам В. Я.
UKR: У статті розглянуто аналітичний підхід до моделювання нелінійних електричних кіл, заснований на методі перетворення змінних. Особливу увагу приділено задачі розряду конденсатора через нелінійне навантаження, яке моделює електролізер з вольт-амперною характеристикою, що включає активаційні та концентраційні компоненти. У результаті отримано узагальнене диференціальне рівняння другого порядку, яке описує динаміку напруги на ємності з урахуванням нелінійного струмозалежного опору. Запропоновано метод перетворення цього рівняння до лінійного з постійними коефіцієнтами шляхом введення нової змінної, що дозволило здійснити повний аналітичний розв’язок системи. У процесі дослідження показано, що така заміна не лише спрощує аналіз, але й забезпечує збереження геометричної структури фазового простору, що особливо важливо для моделювання автоколивальних і нестійких режимів. Запропонований метод також дозволяє контролювати похибку та зберігати фізичну інтерпретованість параметрів при чисельному розв’язанні. Практична значущість підходу продемонстрована на прикладі електричного кола з ємнісним джерелом і нелінійним електролітичним навантаженням, що дозволило відтворити основні характеристики перехідного процесу: фазовий портрет, енергетичні втрати, гістерезисні ефекти. Крім того, обґрунтовано можливість застосування методу перетворення змінних для моделювання електрохімічних процесів, зокрема осадження металів у гальванічних ваннах, де кінетика реакцій і концентраційні залежності формують складну нелінійну динаміку. У такому контексті введення нових змінних дозволяє звести рівняння до лінійного вигляду та здійснювати аналіз як стаціонарних, так і перехідних режимів із підвищеною точністю. Представлені результати можуть бути застосовані у моделюванні електронних пристроїв із нелінійною ВАХ, у енергетиці, автоматизованих системах керування, а також у фізико-хімічних технологіях з електрохімічними перетвореннями.
Оцінювання адекватності математичної моделі асинхронного двигуна в умовах неякісного електроживлення
(Видавництво МДПУ ім. Б. Хмельницького, Запоріжжя, 2025) Кузнецов, Віталій Вадимович; Спірінцев, Д. В.; Шликов, С. Ю.; Кривда, В. В.; Кривда, О. В.
UKR: У статті розглянуто підхід до математичного моделювання асинхронного електродвигуна, який працює в умовах неякісного або нестабільного електроживлення. Запропонована модель є універсальною і побудована на основі аналізу миттєвих значень напруги та струму за допомогою просторово-часових векторних комплексів (ПВК), що дозволяє уникнути необхідності перетворення сигналів у гармонічні складові чи симетричні компоненти. Такий підхід забезпечує більш гнучке та точне моделювання електромагнітних і енергетичних процесів у двигуні навіть у складних умовах роботи. Метою дослідження є експериментальна перевірка адекватності розробленої моделі шляхом порівняння розрахованих та фактичних значень основних техніко-економічних показників двигуна — таких як коефіцієнт корисної дії (ККД), коефіцієнт потужності (cos φ), а також сумарні втрати потужності. Для цього було проведено натурний експеримент у цеху, де умови живлення характеризувалися спотворенням синусоїдальності, асиметрією фаз і значними коливаннями навантаження. Дослідження проводилося на асинхронному двигуні потужністю 11 кВт із короткозамкненим ротором, при навантаженнях у діапазоні від 2,3 до 12,8 кВт. Експериментальні дані збиралися за допомогою спеціалізованого вимірювального комплексу із високоточними датчиками струму та напруги (на основі ефекту Холла), а також тахогенератора. Верифікація моделі здійснювалася з використанням регресійного аналізу та оцінки середньоквадратичної похибки. Отримані результати свідчать про високу точність прогнозування моделювальних параметрів: середньоквадратична відносна похибка склала 2,72 % для ККД, 3,0 % для коефіцієнта потужності та 3,99 % для сумарних втрат. Коефіцієнт кореляції між змодельованими та експериментальними даними становив 0,99, що підтверджує адекватність обраного математичного підходу. Модель є не лише теоретично обґрунтованою, а й практично придатною до впровадження у цифрові системи моніторингу та керування електроприводами в промислових умовах. Її застосування дозволяє підвищити ефективність експлуатації обладнання, виявляти аномалії у роботі двигуна та оптимізувати енергоспоживання в умовах спотвореного або несиметричного живлення.
Системи акумуляції електроенергії
(Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна, 2022) Ярошенко, Я. В.; Бобров, О. В.; Ципленков, Д.; Кузнецов, Віталій Вадимович; Саввін, Олександр Віталійович
UKR: Мета. Аналіз стану систем накопичення енергії у світі, визначення перспектив їх розвитку та порівняння методів акумуляції електроенергії. Методика. Теоретичне обґрунтування і порівняння систем накопичення електроенергії з урахуванням реальних показників енергосистеми України станом на кінець 2021 року. Результати. Показують, що існує потреба в теоретичному і практичному підході до впровадження акумуляційних потужностей задля підтримання балансу електроенергетичної системи. В результаті проведеного огляду найбільш поширених накопичувачів електроенергії, було виділено особливості їх в цілому. Всі вони володіють як перевагами так і недоліками. Проте, в комплексному підході до їх просування, можна отримати найбільший результат з очікуваних. Найперспективнішим, з точки зору ланцюга: екологічність – вартість – актуальність – необхідність, є – водень. Наукова новизна. Полягає у тому, що розглядається можливість комбінованого використання різнотипових акумуляторних систем з різними характеристиками. Практичне значення. Можливість впроваджувати на промисловому рівні акумуляторні потужності задля більш ефективної децентралізації енергетичного сектору держави. На сьогодні, без необхідної інфраструктури, переоснащень існуючих енергоприймаючих і розподіляючих станцій, широкомасштабних інвестицій, водень не може стати ефективним, настільки, наскільки здатен, адже, енергія має рухатися від дроту до газу, а потім знову до дроту. Тобто існує певний вектор енергії який постійно перебуває в «перехідному» положенні. Саме тому зараз, енергоефективність на кожному з рівнів перетворення водню в електроенергію падає. Ефективність, за звичайних, нормальних умов «вчорашнього» дня в даному випадку складе близько 80%. Для транспортування водню, необхідно його стиснути і охолодити. На цей процес йде до 10-15% енергії. Для подальшого перетворення в електричну енергію, витрачається теплова енергія, і, в результаті з ККД в ~65-70% можна отримати електроенергію.