Search

Purpose is to develop a unified mathematical model to assess energy efficiency of a water inflow-drainage process as the real variant of stochastic method for water pumping from underground workings of iron-ore mines. Methods. The research process was based upon the methods of probability theory as well as stochastic modelling methods. The stochastic function integration has been reduced to summation of its ordinates and further transition to a proper boundary. Findings. A mathematical model of a water inflow-drainage system as a stochastic process has been developed in terms of input parameters of a standard operating iron-ore mine. The abovementioned has made it possible to assess realistically, substantiate, and obtain possibilities for a specific production facility as well as for generalization of the results involving determination of stochastic characteristics of drainage process. Originality. For the first time, a mathematical model of drainage from underground levels of iron-ore mines has been developed as a stochastic process. The process characteristics have been identified relying upon randomness of a water pumping technique. In contrast to the available settings, the new model parameters characterize their dispersion. Possibility to obtain complete characteristics of energy consumption has been obtained: for drainage; for water accumulation volume in underground water collectors; for water pumping from the specified mine depths over the specific period as random processes. A number of drainage features have been analyzed and differentiated being determined with the help of nor-mal law of water accumulation velocity in the underground water collectors in iron-ore mines. Practical implications. In terms of operating iron-ore mine, a generalized drainage mathematical model has been developed as a stochastic process using statistical data concerning water accumulation velocity in the underground water collectors. It has been proved that if the ordinates of water accumulation velocity in the underground water collectors obey the normal distribution law then it is expedient to characterize drainage as a stochastic process. The developed methods, studying drain-age as a stochastic process, help expand the research boundaries involving other auxiliary operations performed during underground mining of iron ore raw materials.

Актуальність теми дослідження. Перспектива розвитку залізорудної галузі зумовлюється перспективою розвитку металургійного виробництва й експорту сировини. Нині проведено реформування гірничо-металургійного комплексу. У зв’язку із загостренням енергетичних проблем та необхідністю енергозбереження, останніми роками дедалі більше уваги у світі приділяється використанню відновлюваної енергії. Серед лідерів є використання сонячної енергії. Сонячну енергію використовують для отримання гарячої води, тепла та електроенергії. Завдяки впровадженню сонячних колекторів з’явились значні можливості енергозабезпечення будівель для систем гарячого водопостачання та опалення. Сонячні установки екологічно чисті, за їх допомогою можна отримувати енергію, що не шкодить навколишньому середовищу. Постановка проблеми. Проблемою цієї роботи є визначення основних аспектів впровадження сонячних електростанцій в умовах гірничорудних підприємств. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Багато авторів досліджували питання експлуатації та проєктування сонячних електростанцій. Обґрунтовано позитивний ефект від впровадження системи очищення сонячних панелей від пилу та від впровадження системи нахилу сонячної панелі. Дослідження, які були проведені раніше, вказують на те, що енергетичні характеристики сонячних панелей при роботі в умовах гірничих підприємств будуть на достатньо ефективному рівні, враховуючи природні вентиляційні потоки, що будуть їх охолоджувати. Між тим, залишаються недослідженими питання впровадження сонячних електростанцій в умовах гірничорудних підприємств. У попередніх дослідженнях нами обґрунтовано позитивний ефект від впровадження сонячних електростанцій в умовах гірничорудних підприємств, а саме модульність, надійність, зменшення негативного впливу на екологію. Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Враховуючи нові, раніше не досліджені фактори, що у мовах гірничорудних підприємств впливають на енергетичні характеристики сонячних електростанцій, актуальним науково-практичним завданням є дослідження потенціалу сонячної енергії в умовах цих підприємств, та особливості експлуатації сонячних електростанцій. Постановка завдання. Отже, актуальним науково-практичним завданням є дослідження потенціалу сонячної енергії в умовах цих підприємств та особливості експлуатації сонячних електростанцій, враховуючи фактори, що впливають на їхні енергетичні показники. Виклад основного матеріалу. Гірничорудні підприємства України розташовані на території, що сприятлива для впровадження сонячної енергетики. Використання системи очистки та системи нахилу панелі генерована потужність становила 2000 кВт, при використанні системи очистки генерована потужність зросла на 300 кВт. Тобто можна зробити висновок і зазначити що застосування системи очистки та нахилу сонячних панелей має кращий ефект на роботу сонячної електростанції. Висновки відповідно до статті. На гірничорудних підприємствах актуальним та можливим є впровадження в загальну структуру систем електроживлення сонячних електростанцій, враховуючи специфіку їх експлуатації. Сонячні панелі при експлуатації в умовах гірничорудних підприємств, повинні мати систему очищення та орієнтації з метою підвищення ефективності їх функціонування в розподільчих мережах цих підприємств.

Актуальність теми дослідження. Одним з альтернативних рішень питання другого незалежного джерела живлення електроспоживачів можуть бути використані джерела розосередженої генерації, розташованої на території підприємства, з метою електропостачання відповідальних електроприймачів у аварійних ситуаціях та в інших псевдоаварійних режимах роботи, з метою зменшення витрат за спожиту електроенергію та підвищення рівня надійності електропостачання. Водночас аналіз розподілу потоків споживання електроенергії свідчить, що велика частка електричної енергії припадає саме на локальні енергетичні об’єкти. Це обумовлює загалом актуальність ви-вчення питання особливостей прогнозування електроспоживання з мережі в умовах підприємств та актуальності застосування при цьому комбінованого підходу, особливо при впровадженні в структуру електропостачання цих підприємств розосередженої генерації. Постановка проблеми. Проблемою цієї роботи є питання підвищення енергоефективності гірничорудних підприємств. До того ж досвід показує, що попри недовантаження електричних потужностей, збитки від аварійних перерв енергозабезпечення з кожним роком зростають.Аналіз останніх досліджень і публікацій. У попередніх авторських дослідженнях було обґрунтовано необхідність оптимізації режимів роботи електричного обладнання гірничорудних підприємств у разі застосування розосередженої генерації. За критеріями економічності та ефективності передбачається формування ефективних режимів в умовах постійного зростання навантаження електроспоживачів та збільшення реальної складової спожитої електричної енергії (ЕЕ), згенерованої при використанні розосередженої генерації. Для досягнення максимального економічного ефекту при застосуванні розосередженої генерації в умовах гірничорудних підприємств, систем керування навантаженням та акумулюючого обладнання, особливо важливим є організація планування електроспоживання, оперативного й оптимального вибору режимів генерації електричної енергії, розосередженої генерації та оперативного керування режимами роботи енергетичного обладнання, яке використовується для забезпечення ефективного й безперебійного функціонування обладнання електроспоживачів гірничорудних підприємств, з метою здешевлення видобування залізорудної сировини, в умовах узгодження режимів роботи джерел генерації гірничорудних підприємств і зовнішньої електромережі.Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Враховуючи складність технологічного процесу та специфіку функціонування гірничих підприємств, актуальним науково-практичним завданням є розробка методу оптимізації режимів роботи енергетичного обладнання залізорудних підприємств при впровадженні в структуру електропостачання цих підприємств розосередженої генерації. Постановка завдання. Таким чином, актуальним науково-практичним завданням є синтез методу оптимізації режимів роботи енергетичного обладнання залізорудних підприємств при впровадженні в структуру їх електропостачання розосередженої генерації. Це дозволить ефективно впроваджувати джерела розосередженої генерації в структури електропостачання гірничорудних підприємств.Виклад основного матеріалу. Враховуючи те, що на підприємствах актуальним є впровадження в загальну структуру систем електроживлення розосередженої генерації, запропоновано впровадження відновлюваних джерел енергії. Між тим, що не менш важливо, досвід показує, що незважаючи на недовантаження електричних потужностей, збитки від аварійних перерв енергозабезпечення з кожним роком зростають. Кожний параметр загальної оптимізації вибору режимів роботи енергетичного обладнання гірничорудних підприємств має різний ступінь впливу. Тому для вироблення оптимальних режимів роботи джерел розосередженої генерації в умовах гірничорудних підприємств за критеріями економічності та ефективності, пропонуємо використати запропоновану цільову функцію. Висновки відповідно до статті. На гірничорудних підприємствах актуальним та можливим є впровадження в загальну структуру систем електроживлення розосередженої генерації на базі відновлюваних джерел енергії. Водночас з метою достатньо енергоефективного використання таких мініелектростанцій у структурах систем електроживлення необхідно ґрунтовно аналізувати питання, пов’язані з режимами роботи енергетичного обладнання цих підприємств. Запропонований метод дозволяє оптимізувати роботу енергетичного обладнання гірничорудних підприємств при впровадженні до структури їх електропостачання розосередженої генерації.

Актуальність теми дослідження. Аналіз досягнень сучасної енергетики показує, що децентралізовані енергосистеми з використанням джерел розосередженої генерації можуть бути надзвичайно прибутковою сферою для капіталовкладень, якщо є можливість розміщувати джерела генерації енергії поблизу споживачів. Зазвичай витрати на передачу енергії сягають 30 % від вартості її вироблення. Наявні методики для проєктування системи електропостачання віддалених споживачів переважно розглядають як альтернативу централізованому електропостачанню, електропостачання за рахунок генерації електроенергії на базі відновлювальних джерел енергії, або за рахунок використання котелень, дизель-генераторів. Між тим, освоєння потенціалу відновлювальних джерел енергії – це технічно важкореалізоване нині завдання, яке пов’язане з низькою щільністю потоку енергії від відновлювальних джерел енергії і залежністю їх від природних умов. Вартість отримання енергії, хоча вона і щорічно знижується, залишається значно вище, ніж у традиційних енергоресурсів, а необхідних кардинальних технічних рішень поки немає. Постановка проблеми. Проблематикою цієї роботи є синтез методу визначення потенціалу розосереджених джерел енергії в умовах залізорудних підприємств, враховуючи особливості та специфіку їх експлуатації. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Об’єднання на паралельну роботу розосередженої генерації та мережі дасть синергетичний ефект – появу нових властивостей, яких не було у складових частинах, що проявляється, зокрема, у зниженні нерегулярності сумарного графіка навантаження об’єднаних систем, зниженні його нерівномірності в добовому, тижневому й сезонному розрізах, зменшенні залежності частоти електричного струму від коливань балансу потужності. У попередніх дослідженнях нами обґрунтовано позитивний ефект від впровадження джерел розосередженої генерації в умовах промислових підприємств, а саме модульність, надійність, місцеве керування, зменшення негативного впливу на екологію та малий пусковий період. Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Враховуючи складність технологічного процесу та специфіку функціонування гірничих підприємств, актуальним науково-практичним завданням є розробка методу визначення потенціалу розосереджених джерел енергії в умовах залізорудних підприємств, враховуючи специфіку їх функціонування. Постановка завдання. Отже, актуальним науково-практичним завданням є синтез методу визначення потенціалу розосереджених джерел енергії в умовах залізорудних підприємств, що дозволить ефективно впроваджувати джерела розосередженої генерації у структури електропостачання залізорудних підприємств. Виклад основного матеріалу. Для визначення потенціалу відновлювальних джерел енергії, що входять до складу джерел розосередженої генерації в умовах залізорудних підприємств, необхідно мати як можна повніші й чіткі дані про електропостачання і електроспоживання навантаження електрообладнанням залізорудного підприємства протягом доби, а також наявність даних про витрати електричної енергії в електромережі електропостачання і електроспоживання навантаження. Висновки відповідно до статті. На залізорудних підприємствах актуальним та можливим є впровадження в загальну структуру систем електроживлення розосередженої генерації на базі відновлюваних джерел енергії. Запропонований метод визначення потенціалу розосереджених джерел енергії в умовах залізорудних підприємств дозволить ефективно впроваджувати розосереджену генерацію до структури їх електропостачання.

This paper reports results of the study into assessing the features and devising a tactic for the development of structures for the systems that control levels of electricity consumption by receivers at iron-mining enterprises employing the underground technique for extracting iron ore raw materials (IOR). It is shown that the advantages of the proposed structure, compared with existing variants, is the implementation within its functional of control solutions that are predefined by the specificity in the operational technology of electric energy (EE) receivers at these types of enterprises. The solution became possible based on the unification of the electrical energy complex of these enterprises into a single structure: electricity supply systems ‒ EE receivers. A list of consumers has been compiled, which form a shape of daily timetables of electrical loads at an iron ore enterprise ‒ the so-called stationary installations that consume more than 80 % of the total consumption of EE. It is these consumers that were included in the category of EE receivers‒regulators. Individual optimization of operational modes of the work of these receivers over a day's underlies the logic of control over the levels of EE consumption. Such a structure of optimization appears appropriate based on the fact that a price for the EE consumed by an enterprise over 24 hours is formed by the energy-generating organization differentiated in a function of zonal tariffs: peak, half-peak, night. Upon determining a dependence of energy consumption levels by the receivers-regulators on controlling and perturbing variables, it has been established, and recommended for implementation, to control the level of EE consumption based on the substantiated and predefined criteria, whose essence comes down to the minimization of this indicator. The present work has synthesized a mathematical model, based on which the algorithm of control was designed. This makes it possible to not only minimize the level of power consumption by taking into consideration the zonal tariff prices for the EE consumed, but to control flows in the cases of possible limitations for the levels of electricity supply by the side that supplies power to an energy system.

Problems of search of the directions and evaluation of the generalized level of sufficiency of using power potential of the iron ore industries are considered. It is proven that possibilities of increase in the level of using power potential of these types of the industries by application of organizational measures are exhausted. The iron ore industries should find new, non-traditional directions of increase in energy efficiency. It is assessed that restructuring of complexes of drainage systems of mines in reversible hydraulic units - pumped storage power stations - can be one of effective measures in this direction

Based on the study of properties of an electric train as a control object, it has been proven that considerable speed fluctuations and shock loads caused by the presence of elasticity and gaps in the coupling devices take place during the train acceleration and stoppage. These loads cause current fluctuations in armature of the traction DС motors of electric locomotives, which adversely affects their service life. By studying the mathematical description of the dynamic system consisting of an electric locomotive and a set of wagons, a model was synthesized that allows one to investigate the processes taking place in this system when motion and coupling device parameters alter. On the basis of the mathematical dependencies obtained, an algorithm was developed that enables parametric optimization of the system from the point of view of minimizing collisions of the train wagons during acceleration and braking. A characteristic feature of the algorithm that distinguishes it from existing ones is that the "locomotive – wagons" complex is considered with taking into account presence of elastic coupler and gaps between the train elements. The problem of eliminating dynamic loads caused by oscillating processes of the "locomotive – wagons" complex was solved which made it possible to conduct an analytical construction of a system for optimal control of the material handling processes of electric transport in conditions of iron ore mines. Application of this system makes it possible to optimally perform high-speed loading of wagons with raw materials and their unloading. It is expected that application of this approach thru shortening the time spent in shifting the wagons for their loading will increase productivity of the mine transport by 20–30 %

Представлено результаты исследований проблемы энергооптимизации режимов рекуперативного торможения асинхронных частотно-регулируемых электроприводов транспортных средств. Доказано, что возможность реализации режима рекуперативного торможения зависит от величины угловой скорости. Определен механизм влияния параметров схемы замещения двигателя на эффективность реализации таких режимов. Предложена методика выбора тормозных моментов с точки зрения максимизации объема возвращенной электроэнергии

In the work by mathematical modeling, an analysis of the functioning of the direct torque control system of a five-phase induction motor with a table of optimal switching, using only space voltage vectors with the maximum value, as well as with the use of the modified multi-level relay torque controller with the corresponding correction of the table of optimal switching, was performed. It has been proved that the use of multi-level relay torque controller can improve the accuracy of the torque control and reduce the level of torque ripples for five-phase induction motor drive.

The use of renewable energy sources is an important area of energy development that allows to solve a complex of environmental and social problems. The permanent magnet synchronous generator is the most popular type for wind turbines with variable speed and no gear. The connection of such a generator to the grid is carried out through a bidirectional converter in which the control of the generator-side is carried out on the principles of vector control with the machine flux orientation, and the grid-side converter is providing control with the use of voltage orientation principle. The paper presents the research of the operation of a wind turbine with a voltage-orientation principle for grid-side converter when an asymmetry of grid’s voltage appears.

The research deals with analyzing peculiarities of using active rectifiers in frequency controlled electric drives of underground mine hoists. There are developed MATLAB models aimed at comparing two types of control systems – hysteresis-based and the one with pulse-width modulation. The research aims to analyze power modes and parameters of active rectifiers, quality of voltage control, current and power of active rectifiers and to determine ways of improving power indices of electric equipment of hoists as well as provide power compatibility of electric equipment and underground mines’ grids. Main attention is paid to analyzing circuitry of control systems of active rectifiers, parameters of power transformers and reactor equipment at underground mines’ substations, frequency converters and synchronous slow-speed motors. There are also analyzed statistic data on power consumption at underground mines equipped with automated systems of commercial and technical power meters and specific consumption of power. The research results reveal advantages of the pulse-width modulation control system as compared with the hysteresis one by using such indices as speed-performance, quality of control, potential of controlling reactive power and the power factor. Application of the research results will enable determining structures and methods of adjusting control over the active rectifier in the frequency-controlled drive of underground mine hoists.

The article deals with the problems of braking modes of permanent magnet synchronous machines magnets. By studying the equations of a mathematical model, we obtained analytical dependencies demonstrating the possibility of realizing the regenerative braking of the motor at various speeds and in the presence of limitation of the current and voltages values. By mathematical modeling, the difference in the behavior of the main system state variables is shown in regenerative and nonregenerative braking.