Procesy elektrotechnologiczne : modelowanie i sterowanie / pod redakcją Mirosława Wciślika, Roberta Kazały, Michała Łaskawskiego. Kielce, 2015 Spis treści Przedmowa 9 1. MODELOWANIE PROCESÓW ELEKTROTECHNOLOGICZNYCH 13 1.1. MODELOWANIE NUMERYCZNE NAGRZEWANEGO INDUKCYJNIE WALCA STALOWEGO (Andrzej Frączyk, Jacek Kucharski, Piotr Urbanek) 13 1.1.1. Wprowadzenie 13 1.1.2. Opis stanowiska badawczego 13 1.1.3. Numeryczne modelowanie rozwiniętego płaszcza walca 15 1.1.4. Dobór parametrów modeli numerycznych 19 1.1.5. Porównanie modeli numerycznych w kontekście dokładności obrazowania temperatury powierzchni walca 20 1.1.6. Podsumowanie 25 1.2. ANALIZA ROZKŁADU PRĄDÓW INDUKOWANYCH W UKŁADZIE WZBUDNIK WIELOWARSTWO WY-3-WARSTWOWA PŁYTA PRZEWODZĄCA (Tomasz Kwaśniewski) 26 1.2.1. Wprowadzenie 26 1.2.2. Konfiguracja modelu układu i równania układu 27 1.2.3. Indukcyjności własne i wzajemne 31 1.2.4. Sprzężenia magnetyczne 33 1.2.5. Rozkład prądów indukowanych 35 1.2.6. Podsumowanie 40 1.3. MODELOWANIE STRAT W PRZEŁĄCZALNYM SILNIKU RELUKTANCYJNYM JEDNOFAZOWYM (Mirosław Wciślik, Karol Suchenia) 41 1.3.1. Wprowadzenie 41 1.3.2. Identyfikacja parametrów elektrycznych jednofazowego silnika relutancyjnego 43 1.3.3. Modelowanie strat 47 1.3.4. Podsumowanie 51 1.4. MODELOWANIE POLA TEMPERATURY W UKŁADACH CIENKOWARSTWOWYCH W STANACH PRZEJŚCIOWYCH NA PRZYKŁADZIE TAŚM NADPRZEWODNIKOWYCH DRUGIEJ GENERACJI (Dariusz Czerwiński) 52
1.4.1. Wprowadzenie 52 1.4.2. Model numeryczny cienkowarstwoej taśmy HTS w stanach przejściowych 54 1.4.3. Pomiar temperatury taśmy SF12050 w stanach przejściowych 59 2. POMIARY I IDENTYFIKACJA PARAMETRÓW 64 2.1. ANALIZA MOŻLIWOŚCI PRZEWIDYWANIA TEMPERATUROWYCH ZMIAN IMPEDANCJI UKŁADU GRZEJNEGO NA PODSTAWIE JEGO CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ (Piotr Urbanek, Jerzy Zgraja, Jacek Kucharski, Andrzej Frączyk) 64 2.1.1. Wprowadzenie 64 2.1.2. Zastępczy model elektryczny układu wzbudnik-wsad 65 2.1.3. Optymalizacyjne wyznaczanie parametrów elektrycznego schematu zastępczego 67 2.1.4. Przewidywanie zmian wartości impedancji obciążenia generatora wraz z temperaturą 70 2.1.5. Podsumowanie 72 2.2. ZAGADNIENIA WYBORU MODELU ŁUKU ELEKTRYCZNEGO I METODY WYZNACZANIA JEGO PARAMETRÓW (Antoni Sawicki, Maciej Haltof) 73 2.2.1. Zagadnienia odwzorowania nieliniowości w modelach matematycznych łuku 73 2.2.2. Wpływ właściwości elektrod na charakterystyki łuku elektrycznego 74 2.2.3. Wpływ parametrów środowiska gazowego na charakterystyki statyczne kolumny łuku elektrycznego 77 2.2.4. Zagadnienie wyboru aproksymacji charakterystyk statycznych łuku elektrycznego płonącego w różnych warunkach fizycznych 78 2.2.5. Wpływ warunków zewnętrznych na formowanie charakterystyk dynamicznych łuku elektrycznego 80 2.2.6. Wybrane proste modele łuku elektrycznego 82 2.2.7. Zagadnienie wyboru metody wyznaczania stałych czasowych modeli łuku elektrycznego z wymuszeniem prądowym sinusoidalnym 83 2.2.8. Badania symulacyjne efektywności wyznaczania stałej czasowej modeli łuku elektrycznego 85 2.2.9. Podsumowanie 87 2.3. WPŁYW WARTOŚCI ELEMENTÓW OBWODU OSCYLACYJNEGO JEDNOŁĄCZNIKOWEGO FALOWNIKA NAPIĘCIOWEGO KLASY E DO NAGRZEWANIA INDUKCYJNEGO NA PARAMETRY JEGO PRACY PRZY STEROWANIU OPTYMALNYM (Aleksander Skala, Zbigniew Waradzyn) 89 2.3.1. Wprowadzenie 89 2.3.2. Rodzaje pracy falownika 89
2.3.3. Praca optymalna falownika - zależności ogólne 90 2.3.4. Wyniki pomiarów oryginalnego modelu falownika 92 2.3.5. Porównanie przebiegów czasowych zmierzonych prądów i napięć falownika z przebiegami uzyskanymi na podstawie symulacji 97 2.3.6. Podsumowanie 99 3. UKŁADY ZASILANIA I JAKOŚĆ ENERGII 101 3.1. RACJONALNE WYKORZYSTANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ DO OGRZEWANIA POMIESZCZEŃ BYTOWYCH (Ryszard Niedbała, Marcin Wesołowski, Daniel Kucharski) 101 3.1.1. Wprowadzenie 101 3.1.2. Uśrednione zużycie energii 102 3.1.3. Stałe czasowe elementów konstrukcyjnych 103 3.1.4. Przykładowy sposób sterowania mocą grzejną 108 3.1.5. Podsumowanie 110 3.2. WSKAŹNIKI ELEKTROENERGETYCZNE CHARAKTERYZUJĄCE PROCES WYTOPU STALI DLA RÓŻNYCH MOCY TRANSFORMATORÓW PIECOWYCH (Janusz Rak, Marek Gala, Kazimierz Jagieła, Marian Kępiński) 111 3.2.1. Oddziaływanie pieców łukowych AC na sieć zasilającą 111 3.2.2. Schemat instalacji zasilania pieca łukowego 112 3.2.3. Parametry elektroenergetyczne transformatorów 113 3.2.4. Analiza pracy instalacji 117 3.2.5. Wskaźniki elektroenergetyczne procesu wytopu stali 122 3.2.6. Podsumowanie 125 3.3. ZANIKANIE NADPRZEWODNICTWA W UZWOJENIU TRANSFORMATORA HTS WSKUTEK PRZEPŁYWU PRĄDU WŁĄCZANIA (Grzegorz Komarzyniec) 127 3.3.1. Wprowadzenie 127 3.3.2. Zjawisko prądu włączania 129 3.3.3. Materiały HTS na uzwojenia 131 3.3.4. Transformator nadprzewodnikowy 133 3.3.5. Badania doświadczalne 134 3.3.6. Podsumowanie 138 3.4. ANALIZA PRACY WYBRANYCH URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH W ODNIESIENIU DO JAKOŚCI ENERGII I EMC (Paweł A. Mazurek) 140 3.4.1. Wprowadzenie 140 3.4.2. Wymagania dotyczące jakości energii elektrycznej i kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń 141 3.4.3. Pomiary 142 3.4.4. Podsumowanie 149
3.5. ANALIZA PRACY ŹRÓDEŁ ROZPROSZONYCH NA WARUNKI PRACY WYBRANEJ RZECZYWISTEJ LINII ELEKTROENERGETYCZNEJ (Michał Salwa) 152 3.5.1. Wprowadzenie 152 3.5.2. Symulacja pracy układu z przyłączonym źródłem rozproszonym 154 3.5.3. Analiza pracy źródeł rozproszonych w oparciu o pozyskane przebiegi 156 3.5.4. Podsumowanie 160 3.6. ANALIZA OBWODU PRĄDU PRZEMIENNEGO Z OBCIĄŻENIEM NIELINIOWYM I KOMPENSACJĄ MOCY BIERNEJ (Mirosław Wciślik) 161 3.6.1. Wprowadzenie 161 3.6.2. Model matematyczny obwodu 162 3.6.3. Przebiegi modelu obwodu 164 3.6.4. Wyniki badań symulacyjnych, charakterystyki obwodu 169 3.6.5. Podsumowanie 171 4. TECHNOLOGIE LASEROWE I PLAZMOWE 173 4.1. O ANALITYCZNYM MODELOWANIU KSZTAŁTU STREFY PRZETOPIENIA PRZY SPAWANIU LASEROWYM (Włodzimierz Zowczak) 173 4.1.1. Wprowadzenie 173 4.1.2. Liniowe ruchome źródło ciepła 174 4.1.3. Źródła liniowe o skończonej długości i niejednorodnym rozkładzie mocy 175 4.1.4. Przykłady rozwiązań 177 4.1.5. Wpływ stopnia zogniskowania wiązki na kształt i wymiary strefy przetopienia 179 4.1.6. Rozwiązanie dla materiału o skończonej grubości 180 4.1.7. Podsumowanie 181 4.2. METODA DOBORU PARAMETRÓW LASEROWEJ ABLACYJNEJ OBRÓBKI MATERIAŁÓW (Bogdan Antoszewski, Norbert Radek, Szymon Tofil, Jozef Bronček) 182 4.2.1. Wprowadzenie 182 4.2.2. Dobór parametrów mikroobróbki laserowej 183 4.2.3. Badania eksperymentalne 185 4.2.4. Analiza uzyskanych wyników 188 4.2.5. Podsumowanie 192 4.3. SYMULACJA NUMERYCZNA KSZTAŁTU JEZIORKA SPAWALNICZEGO W TRAKCIE PROCESU SPAWANIA LASEROWEGO STALI 304 (Rafał Banak, Włodzimierz Zowczak, Tomasz Mościcki) 193 4.3.1. Wprowadzenie 193 4.3.2. Opis matematyczny modelu numerycznego 194
4.3.3. Budowa modelu numerycznego 198 4.3.4. Proces przetapiania stali 304 200 4.3.5. Wyniki obliczeń 201 4.3.6. Podsumowanie 203 4.4. MIKROSTRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZŁĄCZY SPAWANYCH LASEROWO PŁYT ZE STALI 16МOЗ (Ihor Dzioba, Justyna Kasińska, Tadeusz Pała, Włodzimierz Zowczak) 204 4.4.1. Wprowadzenie 204 4.4.2. Mikrostruktura i właściwości mechaniczne materiału w złączu spawanym 205 4.4.3. Odporność na pękanie materiału złączy spawanych laserowo ze stali 16МОЗ 211 4.4.4. Podsumowanie 214 4.5. SZACOWANIE GŁĘBOKOŚCI STREFY PRZETOPU DLA LASEROWEJ DWUOGNISKOWEJ GŁOWICY SPAWALNICZEJ (Hubert Danielewski, Włodzimierz Zowczak) 215 4.5.1. Wprowadzenie 215 4.5.2. Założenia upraszczające 216 4.5.3. Eksperymentalne badanie rozkładu mocy dla głowicy dwuogniskowej 217 4.5.4. Model analityczny 219 4.5.5. Eksperymentalny przetop materiału z zastosowaniem głowicy dwuogniskowej 221 4.5.6. Podsumowanie 225 4.6. KOMPOZYTY NATRYSKANE ZIMNYM GAZEM W PROCESACH ELEKTROTECHNOLOGICZNYCH (Wojciech Żórawski, Anna Góral, Bogdan Antoszewski, Piotr Furmańczyk, Jacek Świderski) 226 4.6.1. Wprowadzenie 226 4.6.2. Metody otrzymywania powłok kompozytowych natryskiwanych cieplnie 229 4.6.3. Analiza mikrostruktury powłok kompozytowych Сu-Al 2 O 3 і Аl-Аl 2 O 3 natryskanych zimnym gazem 231 4.6.4. Analiza topografii powierzchni powłok kompozytowych Cu-Al 2 O 3 і Al-Al 2 O 3 natryskanych zimnym gazem 235 4.6.5. Zastosowania powłok natryskanych zimnym gazem 237 4.6.6. Podsumowanie 237 5. TECHNIKI INFORMATYCZNE I OPROGRAMOWANIE OPEN-SOURCE 240
5.1. MECHANIZMY ARCHIWIZACJI DANYCH I SERWISOWEJ KOMUNIKACJI ZDALNEJ SYSTEMU DO NAGRZEWANIA INDUKCYJNEGO (Krzysztof Strzecha, Jerzy Zgraja, Tomasz Koszmider) 240 5.1.1. Wprowadzenie 240 5.1.2. System komputerowy nadzorujący pracę stanowiska do nagrzewania indukcyjnego 241 5.1.3. Baza danych 242 5.1.4. Projekt komputerowego systemu zdalnego wspomagania pracy systemów nadzorujących stanowiska produkcyjne 245 5.1.5. Implementacja serwera nadrzędnego 248 5.1.6. Podsumowanie 250 5.2. WYKORZYSTANIE INTERFEJSU АРІ KOMERCYJNEGO PAKIETU FLUX W OBLICZENIACH INDUKCYJNYCH UKŁADÓW GRZEJNYCH (Jerzy Zgraja) 251 5.2.1. Wprowadzenie 251 5.2.2. Wykorzystanie interfejsu АРІ programu Flux dla języka Java 252 5.2.3. Program do obliczeń elektromagnetycznych cylindrycznego układu grzejnego wykorzystujący АРІ programu Flux 256 5.2.4. Program do obliczeń elektromagnetyczno-cieplnych wykorzystujący АРІ komercyjnego pakietu Flux 260 5.2.5. Podsumowanie 262 5.3. NUMERYCZNE MODELOWANIE DYNAMIKI ROZKŁADU TEMPERATURY W UPROSZCZONYM MODELU SZYBU WENTYLACYJNEGO (Michał Łanczont) 263 5.3.1. Wprowadzenie 263 5.3.2. Transport ciepła w Coselice 264 5.3.3. Założenia i podstawowe bloki modelu 266 5.3.4. Model numeryczny 269 5.3.5. Wyniki symulacji 270 5.3.6. Podsumowanie 273 5.4. MODELOWANIE PROCESÓW I URZĄDZEŃ ELEKTROTECHNOLOGICZNYCH W JĘZYKU MODELICA (Robert Kazała) 274 5.4.1. Wprowadzenie 274 5.4.2. Elementy języka Modelica 275 5.4.3. Biblioteki wspomagające modelowanie procesów i urządzeń elektrotechnologicznych 279 5.4.4. Środowiska do symulacji modeli opracowanych w języku Modelica 282 5.4.5. Modelowanie obiektów elektrotechnologicznych 283 5.4.6. Podsumowanie 286 5.5. DOBÓR NASTAW REGULATORÓW CIĄGŁYCH PRZY POMOCY ŚRODOWISKA SCILAB/XCOS (Michał Łaskawski) 288 5.5.1. Wprowadzenie 288 5.5.2. Dobór nastaw regulatora PID według metody Zieglera-Nicholsa
przy użyciu środowiska Scilab/Xcos 288 5.5.3. Dobór nastaw regulatora PID z wykorzystaniem kryterium ITAE przy użyciu środowiska Scilab/Xcos 292 5.5.4. Dobór nastaw regulatorów PID z wykorzystaniem wskaźnika jakości i metod optymalizacji przy użyciu środowiska Scilab/Xcos 296 5.5.5. Podsumowanie 300 oprac. BPK