CC BY
12
Ковалёва Татьяна Евгеньевна, студентка, tutowsers@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Каверян Игорь Михайлович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TO THE QUESTION OF THE USE OF COMPUTER AND MATHEMATICAL MODELING FOR MINING
T.E. Kovaleva
Computer modeling is one of the progressive ways of collecting and analyzing data. At the same time, this method has a large number of advantages, including high accuracy of calculations, the ability to visualize and calculate a wide variety of data. However, computer simulation also has a number of disadvantages, including high labor intensity and complexity with the relative slowness of obtaining the first result. Therefore, there is and is an urgent problem of the implementation of a preliminary calculation of various structures without the involvement of computer simulation. In this paper, based on a series of different loading simulations for a fork loader used in the mining industry, equations are formed that determine, depending on the cross-sectional area of the fork, the maximum withstand load, which in the future will allow you to quickly and accurately determine the required thickness and shape of the cross section to increase the bearing capabilities. Similar equations are also given for the numerical determination of deformations that occur when loaded with the maximum possible force. The article also describes the purpose and some features of the operation of loaders.
Key words: data analysis, handling machines, data processing, regression analysis, mining, load, computer simulation.
Kovaleva Tatyana Evgeyevna, student, tutowserg@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Kaveriyn Igor Mihajlovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.316.722.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-287-291
РАЗРАБОТКА И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЫШАЮЩЕГО РЕГУЛЯТОРА
ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
А.М. Кабышев, Е.В. Лопушняк
Разработана схема стабилизированного преобразователя постоянного напряжения. В программной среде OrCAD выполнено компьютерное моделирование и анализ, протекающих в схеме электромагнитных процессов. Проведена оптимизация параметров элементов схемы. Получены временные диаграммы, подтверждающие работоспособность рассмотренной схемы преобразователя. Разработанная схема преобразователя и выполненный анализ, протекающих в ней процессов предназначены для проектирования блоков питания электротехнологических установок.
Ключевые слова: стабилизация напряжения, транзисторный ключ, система управления, компьютерное моделирование, временные диаграммы, дроссель, компаратор.
Преобразователи электрической энергии большой мощности, формирующие высокие уровни напряжения находят широкое применение в разнообразных технологических процессах [3, 8]. Высокие уровни постоянного напряжения также используются в приборах ночного видения и необходимы в установках контролирующих параметры электронных оптических преобразователей разнообразных видов в процессе их изготовления.
Как правило, такие технологические установки характеризуются, тем, что их эквивалентное активное сопротивление имеет большую величину, которая может меняться в процессе работы в результате изменения, например давления рабочего газа или вакуума [1, 13], поэтому для обеспечения оптимальных условий протекания технологических процессов требуются стабилизированные преобразователи электрической энергии.
Высоковольтные преобразователи электрической энергии выполняются с использованием разнообразных схемотехнических решений [4, 6]. Одним из возможных вариантов построения таких преобразователей является использование в них, в качестве основного звена, регулируемых преобразователей постоянного напряжения повышающего типа [7, 9].
287
На рис. 1 показана классическая функциональная схема повышающего преобразователя постоянного напряжения.
Рис. 1. Схема преобразователя напряжения
На рисунке приняты обозначения: К- управляемый ключ; СУ- система управления; L- дроссель; диод; С- конденсатор.
Функции управляемого ключа в схеме могут выполнять силовые транзисторы, работающие в ключевом режиме или тиристоры с узлами принудительной коммутации. Система управления «СУ» предназначена для управления частотой или скважностью переключения силового ключа. Изменяя величину скважности импульсов управления, то есть, изменяя длительности «открытого» и «закрытого» состояния ключа можно регулировать величину напряжения на нагрузке. В моменты «открытого» состояния ключа от источника постоянного напряжения через дроссель, характеризующийся индуктивностью «Ь», протекает ток и в индуктивности дросселя накапливается энергии. В моменты «закрытого» состояния накопленная в индуктивности энергия сбрасывается в цепь нагрузки. Конденсатор «С» выполняет функции фильтра, сглаживает пульсации постоянного напряжения на нагрузке. Силовой полупроводниковый диод предотвращает разряд конденсатора через открытый ключ, что позволяет формировать на нагрузке постоянное напряжение Г5, 10, 121.
Методика исследования. В работе применяется комплексный метод, включающий разработку, исследование и оптимизацию схемотехнических решений преобразователя электрической энергии, основанный на использовании средств программного продукта ОгСЛВ и компьютерного моделирования [2, 111.
Результаты. Авторами была разработана принципиальная схема стабилизированного повышающего преобразователя постоянного напряжения, представленная на рис. 2. Схема представляет собой компьютерную модель и предназначена для исследования в среде программного продукта OrCAD.
В состав силовой части схемы входит источник постоянного напряжения У1, дроссель Ь1, транзисторные ключи УГ1 и УГ2, полупроводниковые диоды У01, и конденсатор С3.
Резистор R10 выполняет функции нагрузки, активное сопротивление которой может меняться в широком диапазоне. Было выполнено исследование схемы в диапазоне нагрузок от 100 Ком до 1 ГОм. Резистор R11 выполняет в схеме функции датчика напряжения.
Для регулирования и стабилизации уровня напряжения на нагрузке используется система управления, реализованная на элементах: U1A, U2A, U3A, U4A. Также в состав системы управления входит формирователь напряжения пилообразной формы, состоящий из ключа VT3 и конденсатора С4. Источники постоянного напряжения V2 и V3 предназначены для питания системы управления.
Операционный усилитель U1A с элементами: R3, R4, R5, C1 выполняет функции генератора прямоугольных импульсов и задает рабочую частоту схемы (10КГц). Элементы C2 и R7 образуют дифференцирующую цепь, которая служит для формирования коротких импульсов, открывающих транзистор VT3, что приводит к разряду конденсатора. Импульсы формируются по переднему фронту сигнала положительной полярности, поступающего на дифференцирующую цепь с выхода генератора. В остальные промежутки времени работы генератора транзистор VT3 закрыт и конденсатор С4 заряжается через резистор R9 от источника V3, поэтому на конденсаторе формируется напряжение пилообразной формы.
Операционный усилитель U2A выполняет функции компаратора, сравнивает величину пилообразного напряжения с уровнем сигнала поступающего с выхода сумматора выполненного на основе U4A.
На рис. 3 приведены временные диаграммы, поясняющие работу схемы, при этом на рис. 3, а показана форма сигналов на элементах схемы: U1A, U4A и С4.
В момент равенства уровней напряжения пилообразной формы и напряжения на выходе U4A переключается компаратор U2A, при этом открывается биполярный транзистор VT1 и выключается силовой MOSFET ключ VT2, накопленная в L1 энергия сбрасывается в цепь нагрузки.
На рис. 3, б показаны временные диаграммы напряжения на выходе компаратора U2A и тока, протекающего через силовой ключ VT2. На интервале времени t1 транзистор VT2 открыт и от источника V1 через дроссель L1 протекает ток, в индуктивности дросселя накапливается энергия. На интервале t2 транзистор VT2 закрыт и накопленная в L1 энергия сбрасывается в цепь нагрузки.
На рис. 3, в приведены временные диаграммы напряжения источника питания V1 и напряжения на резисторе R10 (на нагрузке). Величину напряжения на нагрузке можно регулировать, изменяя длительности открытого (t1) и закрытого (t2) состояния силового транзистора VT2. Длительности этих состояний зависят от величины сигнала сформированного на выходе сумматора U4A. Величина этого сигнала является суммой напряжений на резисторе R16 и на выходе операционного усилителя U3A, включенного по схеме повторителя.
lö.ööns 18.ffcns 18.08ms I8.f2ms li.föins 1i.2ftiB 1ff.24ns fi.JSns
U(R1G)
U(W1)
18.00ns 18.05ns 18.10ns 18.15ns 18.20ns 18.25ns 18.30ns
Рис. 3. Временные диаграммы токов и напряжений
289
Такое построение схемы приводит к тому, что, например, при уменьшении сопротивления резистора R10, уменьшается напряжение на нагрузке, однако в цепи нагрузки возрастает ток, увеличивается падение напряжения на резисторе R11 и увеличивается уровень сигнала на выходе сумматора U4A. При этом увеличивается длительность интервала времени t1 и уменьшается длительность t2, что позволяет стабилизировать величину напряжения на нагрузке.
Вывод. Предложенные в статье схемотехнические решения структуры повышающего стабилизированного преобразователя электрической энергии, выполненный анализ протекающих электромагнитных процессов и оптимизация параметров электронной схемы, которая может найти применение при разработке блоков электропитания для установок контроля параметров электронных оптических преобразователей.
Список литературы
1. Беркин А.Б., Васильев В.В. Математическая модель режима усиления постоянного тока в канале микроканальной пластины // Журнал технической физики. 2008. № 78. Т. 2. C. 127-129.
2. Болотовский Ю.И., Таназлы Г.И. ORCAD 9.x, ORCAD 10.x. Практика моделирования. М.: СОЛОН-Пресс, 2017. 208 с.
3. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы. М.: Радио и связь, 1982. 72 с.
4. Ланцов В., Владимиров Е. Мощные высоковольтные источники питания // Силовая Электроника. 2010. Т. 5. C. 64-70.
5. Матюхин С., Ставцев А. Моделирование частотных характеристик полупроводниковых приборов // Силовая Электроника. 2010. № 27. C. 34-40.
6. Мелешин В., Жикленков Д. Трехуровневый повышающий преобразователь напряжения // Силовая Электроника. 2015. № 53. Т. 2. C. 59-65.
7. Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1986.
376 с.
8. Салимов Р.А. Мощные ускорители электронов для промышленного применения // УФМ. 2000. № 2. Т. 170. C. 197.
9. Севернс Р., Блум Г. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания / Пер. с англ. под ред. Л. Е. Смольникова. М.: Энергоатомиздат, 1988. 294 с.
10. Karimov K.S. A step-up DC-DC voltage converter using capacitors as energy-storage elements / K.S. Karimov, M.A. Saqib, M.M. Ahmed, M.A. Turaev, W. Majeed // 7th International Multi Topic Conference, 2003. INMIC 2003. 457-461.
11. Rogulin L.Y. Simulation of power electronic devices using OrCAD software tool / L.Y. Rogulin, V.R. Gubkina // 2013 14th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices. 2013. 333-335 с.редактор и переводчик.
12. Saijeant W.J. Capacitive components for power electronics / W.J. Sarjeant, I.W. Clelland, R.A. Price // Proceedings of the IEEE. 2001. № 6. Т. 89. C. 846-855.
13. Satoh K. The present state of the art in high-power semiconductor devices / K. Satoh, M. Yamamoto // Proceedings of the IEEE. 2001. № 6. Т. 89. C. 813-821.
Кабышев Александр Михайлович, канд. техн. наук, доцент, al.kab.56@yandex.ru, Россия, РСО-Алания, Владикавказ, Северо-Кавказский ордена Дружбы народов горно-металлургический институт СКГМИ (ГТУ),
Лопушняк Екатерина Валерьевна, лаборант, lopushnyack.c@yandex.ru, Россия, РСО-Алания, Владикавказ, Центр подготовки и аттестации инженеров горных роботизированных систем «АВАТАР», Северо-Кавказский ордена Дружбы народов горно-металлургический институт СКГМИ (ГТУ)
DEVELOPMENT AND COMPUTER SIMULATION OF A BOOSTER DC VOLTAGE REGULATOR
A.M. Kabyshev, E.V. Lopushnyac
A circuit of a stabilized DC voltage converter has been developed. In the OrCAD software environment, computer modeling and analysis of the electromagnetic processes occurring in the circuit were performed. The optimization of the parameters of the circuit elements was carried out. Timing diagrams are obtained, confirming the operability of the considered converter circuit. The developed converter circuit and the performed analysis of the processes occurring in it are intended for designing power supplies for electrical installations.
Key words: voltage stabilization, transistor switch, control system, computer simulation, timing diagrams, inductor, comparator.
Kobyshev Alexander Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, al.kab.56@yandex.ru, Russia, RSO-Alania, Vladikavkaz, North Caucasian Order of Friendship of Peoples Mining and Metallurgical Institute of the SCGMI (GTU),
Lopushnyak Ekaterina Valeryevna, laboratory assistant, lopushnyack. c@yandex.ru, Russia, RSO-Alania, Vladikavkaz, the Center for training and certification of engineers of mining robotic systems "AVATAR", the North Caucasian Order of Friendship of Peoples Mining and Metallurgical Institute of SKGMI (GTU)
УДК 004
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-291-295
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОБСЛЕДОВАНИЯ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ
Т.Э. Хаев, М.С. Коротеева
Определение текущего технического состояния зданий и сооружений, выявление степени физического износа, дефектов, эксплуатационных качеств конструкций, а так же прогнозирование их поведения в будущем, можно провести путем комплексного инженерно-технического обследования. Некачественное выполнение работ по обследованию технического состояния здания может привести к необратимым последствиям, связанных с надежной и безопасной эксплуатацией зданий и сооружений. Статья посвящена оценке влияния комплексного инженерно-технического обследования на эффективность реализации строительного объекта на примере: жилого здания , расположенного по адресу: г.Москва, Настасьинский пер., д.2. По результатам комплексного обследования установлены следующие категории технического состояния строительных конструкций здания в соответствии с ГОСТ 31937-2011. Причинами появления выявленных дефектов и повреждений являются некачественное выполнение реставрационных работ, отсутствие консервации здания незавершенного строительства на длительный срок, систематическое подтопление подвального этажа в связи с неудовлетворительным состоянием гидроизоляции здания, системы отвода грунтовых вод (дренажа) и водоотвода с кровли, нарушение температурно-влажностного режима ввиду отсутствия должной вентиляции. Для устранения выявленных в результате обследования дефектов и повреждений рекомендуется выполнить восстановление защитного слоя железобетонных конструкций, выполнить ремонтно-восстановительные работы по бетону конструкций в зоне сколов, выполнить усиление несущих конструкций. выполнить корректировку проектной документации с учетом выявленных дефектов и повреждений фактически смонтированных конструкций. Проектную документацию разработать в соответствии с действующей нормативно-технической документацией. Все работы по усилению конструкций и устранению дефектов должны проводиться по специально разработанному проекту, специализированной организацией, имеющей допуски на данные виды работ.
Ключевые слова: Оценка качества обследования; техническое состояние несущих конструкций; определение технического состояния.
Определение текущего технического состояния зданий и сооружений, выявление степени физического износа, дефектов, эксплуатационных качеств конструкций, а так же прогнозирование их поведения в будущем, можно провести путем комплексного инженерно-технического обследования. [2] Определение прочностных характеристик бетона несущих монолитных железобетонных конструкций выполнялось с использованием методик, установленных нормативными документами, действующими на территории РФ ГОСТ 18105-2018 и ГОСТ 22690-2015, ГОСТ 17624-2012. Работы проводились в доступных на момент обследования местах. В соответствии с программой работ (см. Приложение 2) входе определения прочностных характеристик было выполнено 20 испытаний методом отрыва со скалыванием 60 испытаний ультразвуковым методом и 60 испытаний ударно-импульсным методом.
В рамках статьи рассмотрено оценка качества обследования при определении технического состояния несущих конструкций на примере: жилого здания, расположенного по адресу: г.Москва, Настасьинский пер., д.2. [5,7]
Для определения технического состояния здания, были решены следующие задачи:
- Анализ результатов ранее проводимых технических обследований, а также проектной документации предоставленной заказчиком;
- Выполнение обмерных работ с определением высотных отметок геодезическим оборудованием;
- Составление обмерных чертежей (поэтажные планы подземных и надземных этажей, продольные и поперечные разрезы здания, фасады здания, раскладка горизонтальных и вертикальных несущих конструкций);
- Выполнение визуального обследования строительных конструкций здания с фотофиксацией дефектов и повреждений;
