CC BY
65
УДК 621.373.121
Дубровин Виктор Степанович,
канд. техн. наук, доц. кафедра инфокоммуникационных технологий и систем связи
Кемайкин Дмитрий Михайлович,
магистрант Володин Сергей Сергеевич, магистрант
ФГБОУ ВПО «Мордовский национальный исследовательский
университет им. Н.П. Огарёва», г. Саранск E-mail: vsdubrovin13@mail.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ГЕНЕРАТОРА КВАДРАТУРНЫХ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНЙ
Аннотация
Разработаны методика определения нелинейных искажений выходных колебаний управляемого генератора, а также способ вычисления длительности запуска генератора. Даны рекомендации по выбору коэффициентов передачи колебательной системы, обеспечивающих наилучшее сочетание между длительностью переходных процессов и нелинейными искажениями формируемых колебаний.
Ключевые слова
Управляемый генератор, блок-схема, квадратурные сигналы, нелинейные искажения, время установления.
Управляемые генераторы квадратурных гармонических колебаний применяются в радиоэлектронике, системах связи [1, 2]; измерительной технике [3]; в силовой преобразовательной технике [4-6]. Использование квадратурных гармонических сигналов в умножителях частоты [7] позволяет получить сигнал с незначительным содержанием высших гармоник. На базе управляемых генераторов квадратурных сигналов строятся функциональные генераторы [8, 9].
Целью является построение достаточно простого управляемого генератора квадратурных гармонических колебаний, имеющего хорошие динамические характеристики и невысокий коэффициент нелинейных искажений формируемых сигналов.
Задача заключается в создании модели двухканального генератора управляемого напряжением и нахождении коэффициентов передачи колебательной системы, обеспечивающих наилучшее сочетание между длительностью переходных процессов и нелинейными искажениями формируемых колебаний.
Блок схема компьютерной модели для исследования управляемого генератора квадратурных гармонических колебаний представлена на рис. 1.
В основе предлагаемого решения используется генератор [10], который достаточно подробно рассмотрен в работах [11-17].
Модель содержит (рис. 1) основной блок 1 (генератор управляемый напряжением), блок измерения 2, блок индикации и два модуля (THD-1, THD-2) для вычисления коэффициента нелинейных искажений.
Рисунок 1 - Блок схема модели
Основа первого блока - колебательная система (КС), содержащая [12-14] два управляемых интегратора, и стабилизатор (Ст) [11] амплитудных значений формируемых сигналов N (?) и Ы2 (). Частота выходных колебаний генератора определяется величиной управляющего напряжения Еу, а амплитудные значения сигналов - величиной опорного напряжения Е0.
В установившемся (стационарном) режиме частота формируемых сигналов и управляющее
напряжение Еуо связаны [10] между собой соотношением = тЕуо /(2п • т), где Т - постоянная
времени интеграторов колебательной системы; т - масштабный коэффициент регулировочных элементов, входящих в состав КС.
Фазовый сдвиг между квадратурными выходными колебаниями Ы2 (?) и N () при любых
изменениях частоты будет неизменным, и составлять 90 электрических градусов [13, 15].
Вычисление времени окончания переходных процессов в модели осуществлялось с помощью блока 2 (рис. 1). При включении генератора питающее напряжение Е подается на формирователь одиночного импульса, выходной импульс которого устанавливает ДО-триггеры в исходное состояние.
Вычислители модулей ВМ-1 и ВМ-2 необходимы для повышения точности при оценке длительности переходных процессов, поскольку в этом случае учитываются и отрицательные, и положительные
полуволны сигналов N (?) и Ы2 () . Напряжение смещения Есм определяет уровень срабатывания компараторов. Длительности сигналов Т
и Т на выходах соответствующих Л^-триггеров соответствуют
длительности переходных процессов Тп (рис. 2).
Время установления Т[ (рис. 2) выходных колебаний N () и Ы2() зависит от значения коэффициента передачи а колебательной системы. В установившемся режиме период колебаний Т = 1 / = 2п • Т / тЕу^ является величиной постоянной, поэтому длительность переходных процессов
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №1/2016 ISSN 2410-700Х_
удобно вычислять в относительных единицах у = Тп /T0 (рис. 3). При уменьшении значения этого
коэффициента происходит резкое увеличение длительности переходного процесса, но при этом улучшается спектральная чистота формируемых сигналов.
К достоинствам рассматриваемого генератора следует отнести [10-12]: линейность регулировочной характеристики, широкий диапазон управления по частоте, небольшие нелинейные искажения, а также высокое быстродействие в динамических режимах (при запуске генератора и при быстрых переключениях с одной частоты на другую).
у
_™___^__о,о------------—► а
* П г * 0,05 0,10 0,15 0.20 0,25 0,30 0,35 0,40 0.45 0,50
Рисунок 2 - Выходные сигналы генератора Рисунок 3 - Пусковые режимы генератора
В ранее опубликованных работах этому вопросу не уделялось должного внимания, поэтому представляет определенный интерес нахождение коэффициента передачи а, обеспечивающего наилучшее сочетание между длительностью переходных процессов и нелинейными искажениями формируемых колебаний.
Расчет нелинейных искажений выполнен с помощью блока THD - Total harmonic distortion программы PSIM, результаты расчетов представлены на рис. 4, из которого следует, что при значениях а > 0,4 нелинейные искажения сигналов уже практически не изменяются. При а < 0,3 происходит резкое уменьшение нелинейных искажений сигналов N (t) и N2 (t) .
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
Рисунок 4 - Нелинейные искажения Рисунок 5 - Динамические режимы
Как правило, длительность установления напряжений питания (при запуске генератора) значительно
превышает длительность установления формируемых сигналов ^ () и Ы2 (?) . По этой причине основное
внимание следует уделить влиянию коэффициента а на величину нелинейных искажений.
Не менее важным является и качество динамических процессов, происходящих в генераторе при изменении управляющего напряжения в широких пределах (не менее одной декады).
При скачкообразном изменении управляющего напряжения Ey в пределах одной декады (рис. 5) переходные процессы в генераторе происходят практически мгновенно.
Выводы:
1. Управляемый генератор может найти применение в квадратурных модуляторах/демодуляторах, в умножителях частоты, в многофазных системах преобразовательной техники.
2. Результаты математического моделирования в программе PSIM-9 полностью подтвердили расчетные соотношения.
3. Разработанный генератор обладает высокими динамическими свойствами (быстродействием в пусковом режиме и при быстрых переключениях с одной частоты на другую).
4. Линейность регулировочной характеристики сохраняется в широком диапазоне изменения управляющего напряжения (более двух декад).
Список использованной литературы:
1. Белорусов Д.И., Щаденков Ю.А. Современные методы обработки сигналов в радиоприемных устройствах. // Специальная техника. - 2011. - № 5. - С. 32-38.
2. Голуб В.С. Квадратурные модуляторы и демодуляторы в системах радиосвязи // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. - 2003. - № 3. - С. 28-32.
3. Вавилов А.А., Солодовников А.А., Шнайдер В.В. Низкочастотные измерительные генераторы. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 104 с.
4. Патент на изобретение RUS 1504782, МПК H 03 B 5/26. Генератор ортогональных сигналов / Дубровин В.С. - № 4155342/24-09; заявл. 02.12.86; опубл. 30.08.89, Бюл. № 32. - 4 с.: 1 ил.
5. Патент на изобретение RUS № 1665490, МПК H 03 B 5/26. Дубровин В.С. Генератор ортогональных сигналов / Дубровин В.С. - № 4608861/09; заявл. 23.11.1988; опубл. 23.07.91, Бюл. № 27. - 3 с.: 1 ил.
6. Патент на изобретение RUS № 1702514, МПК H 03 B 27/00. Дубровин В. С. Генератор ортогональных сигналов / Дубровин В.С. - № 4796503/09, заявл. 26.02.1990; опубл. 30.12., Бюл. № 48. - 6 с.: 1 ил.
7. Пат. 80634 Российская Федерация, МПК H 03 B 19/06. Умножитель частоты квадратурных сигналов / Дубровин В.С., Зюзин А.М. - № 20081143820/22; заявл. 05.11.08; опубл. 10.02.09, Бюл. № 4. - 7 с.: 2 ил.
8. Дубровин В.С., Зюзин А.М. Способы построения управляемых функциональных генераторов // Austrian Jornal of Technical and Natural Sciences. - 2014. - № 7-8. - С. 131-137.
9. Дубровин В.С. Управляемый функциональный генератор / В.С. Дубровин // Журнал научных и прикладных исследований. - 2014. - № 10. - С. 24-29.
10. Пат. 2506692 Российская Федерация, МПК H 03 B 27/00. Управляемый генератор / Дубровин В.С.; заявитель и патентообладатель Дубровин Виктор Степанович. - № 2012137334/08; заявл. 31.08.12; опубл. 10.02.14, Бюл. № 4. - 15 с.: 11 ил.
11. Дубровин В. С. Система стабилизации управляемого генератора на базе квазиконсервативного звена В.С. Дубровин // Южно-сибирский научный вестник. - Бийск, 2012. - Вып. 2 (2). - С. 30-34.
12. Дубровин В.С. Генератор гармонических квадратурных сигналов В. С. Дубровин // Южно-сибирский научный вестник. - Бийск, 2014. - Вып. 7 (3). - С. 48-52.
13. Дубровин В.С., Зюзин А.М. Применение управляемого фильтра для уменьшения нелинейных искажений в генераторах квадратурных гармонических сигналов // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. -2014. - № 11-12. - С. 140-147.
14. Дубровин В.С. Генератор гармонических колебаний на базе управляемого полосового фильтра второго порядка // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. - 2015. - № 2. - С. 79-87.
15. Дубровин В.С., Ильин М.В. Модель управляемого генератора квадратурных гармонических сигналов в среде программирования LabVIEW // Материалы I Международного симпозиума «Компьютерные измерительные технологии». М.: Россия, 3 апреля 2015 г. - С. 113-116.
16. Пат. 2551824 Российская Федерация, МПК H 03 B 27/00. Управляемый генератор квадратурных сигналов / Дубровин В.С. Зюзин А.М. - № 2014131562/08; заявл. 29.07.14; опубл. 27.05.15, Бюл. № 15. - 13 с.: 3 ил.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №1/2016 ISSN 2410-700Х_
17. Пат. 2565362 Российская Федерация, МПК H 03 B 27/00. Управляемый генератор квадратурных сигналов / Дубровин В.С. Зюзин А.М. - № 2014131560/08; заявл. 29.07.14; опубл. 20.10.15, Бюл. № 29. - 17 с.: 5 ил.
© В.С. Дубровин, Д.М. Кемайкин, С.С. Володин, 2016
УДК 66.07:66.041/.044:66.013
Катин Виктор Дмитриевич
докт. техн. наук, профессор Богачев Анатолий Петрович канд.техн. наук, доцент Савочкин Виктор Степанович
канд. техн. наук, доцент г. Хабаровск, РФ E-mail: bogachev27@mail.ru
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СЖИГАНИЯ НЕФТЕЗАВОДСКИХ ГАЗОВ В ТРУБЧАТЫХ ПЕЧАХ НА НПЗ
Аннотация
В статье предложена малоотходная технология двухступенчатого сжигания топлива в топках трубчатых печей нефтеперерабатывающих заводов с малым выбросом оксидов азота в атмосферу. Показана экологическая эффективность нового способа сжигания нефтезаводских газов в режиме двухступенчатого горения.
Ключевые слова
Малоотходная технология, сжигание, нефтезаводские газы, трубчатые печи НПЗ, топливо, горелки первого
и второго ярусов
Под безотходной или малоотходной технологической системой понимается такое отдельное производство или совокупность производств, в результате практической деятельности которых сводится к минимуму негативное воздействие на окружающую среду[1]. Сутью любой экологизированной технологии является устранение или максимальное сокращение вредных выбросов и уменьшение загрязнения окружающей среды. В условиях резкого обострения экологической обстановки целесообразен переход на НПЗ к малоотходным технологиям сжигания топлива в печах, скорейшее внедрение которых является насущной задачей.
Двухступенчатое сжигание топлива является одним из перспективных методов регулирования топочных режимов и одновременно снижения выбросов оксидов азота в атмосферу. В отличие от традиционного одноступенчатого сжигания здесь топливо сжигается в двух ступенях, подводя на каждую ступень только часть воздуха, необходимого для сгорания топлива: в зону (ступень) I горения подается количество воздуха меньше теоретически необходимого, т.е. О < 1, а в зону (ступень) II - остальное количество воздуха, необходимого для полного сгорания топлива. В результате наблюдается снижение максимальной температуры в зоне горения и снижение концентрации атомарного и молекулярного кислорода в ядре факела при недостатке окислителя, что способствует уменьшению скорости реакции образования оксида азота (NO).
Существуют несколько вариантов двухступенчатого сжигания топлива[2]:
- часть воздуха подаётся в горелки вместе с топливом, а остальная часть поступает в зону дожигания (встречное дутьё);
