Mechanical power under harmonic influences

Authors

  • Valentin Dmitrievich Pavlov Vladimir Electromechanical Plant

Keywords:

mechanical power, kinetic energy, potential energy, complex representation, vector representation

Abstract

The purpose of the study is to detail the types of mechanical power under harmonic oscillations. Due to the irreversibility of thermal energy, its derivative takes only positive values. At the same time, derivatives can be taken from both potential and kinetic energy. Wherein, the most interesting case is presented by harmonic oscillations, with the derivatives (instantaneous powers) necessarily being sign-changing functions, which fundamentally distinguishes them from thermal power. An analogue of kinetic energy in electrical engineering is the energy of the magnetic field of an inductor, an analogue of potential energy is the energy of the electric field of a capacitor, and an analogue of mechanical thermal energy is the thermal energy dissipated by a resistor. It is shown that during mechanical vibrations, not only a sign-positive thermal power develops, but sign-alternating reactive powers, characterizing the reversibility of the kinetic and potential energies do as well. Active power is understood as the average value of instantaneous half period power, while reactive power is an amplitude value. The total mechanical power, on the one hand, is described by the Pythagorean formula, and on the other hand, it is equal to the product of the effective values of the harmonic quantities. The peculiarity of the complex representation is that when calculating the total power, one of the multiplied vectors must be conjugate. The concept of mechanical reactive, active and apparent power is a generalization of the corresponding concepts from electrical engineering, which is a manifestation of electro-mechanical dualism. Since the drives of machines and mechanisms are predominantly electromechanical, the mechanical reactive power is transformed into the electrical reactive power of the network, degrading the quality of electricity. In this regard, the consideration of mechanical reactive power is of no small importance.

Author Biography

Valentin Dmitrievich Pavlov, Vladimir Electromechanical Plant

Ph.D. in Engineering Science, Head of the Science and Information Department

References

Бурьян Ю.А., Балакин П.Д., Сорокин В.Н. К вопросу о стабилизации амплитуды колебаний механической системы // Омский научный вестник. 2014. № 2 (130). С. 38–44.

Загривный Э.А., Иваник В.В. Стабилизация амплитуды колебаний авторезонансного асинхронного электропривода возвратно- вращательного движения динамически уравновешенного бурового снаряда на грузонесущем кабеле // Записки Горного института. 2011. Т. 189. С. 91–94.

Шестаков В.М., Белокузов Е.В., Епишкин А.Е. Синтез законов управления режимами работы автоматизированных вибрационных установок // Электричество. 2013. № 11. С. 31–36.

Попов И.П. Теория мультиинертного осциллятора // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2020. № 3. С. 88–91.

Бурьян Ю.А., Сорокин В.Н., Капелюховский А.А. Система управления интенсивностью излучения упругих волн скважинным генератором // Омский научный вестник. 2011. № 1 (97). С. 75–79.

Пат. 2624829 Рос. Федерация. Способ управления характеристикой вибрационного поля и устройство для его осуществления / С.В. Елисеев, А.В. Елисеев, А.П. Хоменко и др. № 2015156775: заявл. 28.12.2015 ; опубл. 07.07.2017, Бюл. № 19. 22 с.

Пат. 2624757 Рос. Федерация. Способ управления структурой вибрационного поля вибрационной технологической машины на основе использования эффектов динамического гашения и устройство для его осуществления / С.В. Елисеев, А.В. Елисеев, Е.В. Каимов и др. № 2016102236 ; заявл. 25.01.2016 ; опубл. 06.07.2017, Бюл. № 19. 15 с.

Управление мехатронными вибрационными установками / Б.Р. Андриевский, И.И. Блехман, Ю.А. Борцов и др. СПб : Наука, 2001. 278 с.

Елисеев С.В. Прикладной системный анализ и структурное математическое моделирование (динамика транспортных и технологических машин: связность движений, вибрационные взаимодействия, рычажные связи). Иркутск : Изд-во ИрГУПС, 2018. 692 с.

Елисеев С.В., Артюнин А.И. Прикладная теория колебаний в задачах динамики линейных механических систем. Новосибирск : Наука, 2016. 459 с.

Васьков М.В, Тульский В.Н. Исследование вопроса компенсации реактивной мощности в электрических сетях «РОССЕТИ ЛЕНЭНЕРГО» // Электроэнергия. Передача и распределение. 2019. № S3 (14). С. 28–33.

К вопросу повышения эффективности энергосистем и обоснования компенсации реактивной мощности в электрических сетях / М.М. Султанов, А.В. Стрижиченко, И.А. Болдырев и др. // Надежность и безопасность энергетики. 2020. Т. 13. № 4. С. 267–272. DOI: 10.24223/1999-5555-2020-13-4-267-272.

Романовский В.В., Бежик А.С. Повышение качества электрической энергии в судовых электроэнергетических системах // Вестн. гос. ун-та морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2021. Т. 13. № 1. С. 87–101. DOI: 10.21821/2309-5180-2021-13-1-87-101.

Едемский С.Н., Пушкаренко И.И., Тригуб О.В. Использование устройства компенсации реактивной мощности СТАТКОМ в электроэнергетической системе // Энергобезопасность и энергосбережение. 2013. № 3. С. 27–30.

Догадкин Д.И., Скупов Д., Губардина О. Компенсация реактивной мощности в распределительной сети ПАО "МОЭСК" // Электроэнергия. Передача и распределение. 2016. № 6 (39). С. 60–62.

Павлов В.Д. Автокомпенсация реактивной мощности в электрических сетях // Журнал Сибирского федерально университета. Техника и технологии. 2021. 14(6). С. 684–688. DOI: 10.17516/1999–494X 0342.

Павлов В.Д. Перетоки реактивной мощности между фазами // Современная техника и технологии: проблемы, состояние и перспективы : материалы XI Всерос. науч.-практ. конф. Рубцовск, 2021. С. 271–274.

Попов И.П. Применение символического (комплексного) метода для расчета сложных механических систем при гармонических воздействиях // Прикладная физика и математика. 2019. № 4. С. 14–24.

Павлов В.Д. Математические модели резонансных и антирезонансных процессов // Вестн. Урал. гос. ун-та путей сообщ. 2021. № 1 (49). С. 17–27. DOI: 10.20291/2079-0392-2021-1-17-27.

Попов И.П. Инертные реактансы вибрационных машин // Вестн. магнитогор. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. 2019. Т. 17. № 4. С. 52 – 55.

Попов И.П. «Ортогональные» мощности при механических колебаниях // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2019. № 6 (338). С. 12–15.

Попов И.П. Зависимость реактивного сопротивления пьезоэлектрического преобразователя от механических параметров его нагрузки // Науч.-техн. вестн. информац. технологий, механики и оптики. 2013. № 5 (87). С. 94–98.

Павлов В.Д. Энергетика излучения электрического заряда и её следствия // Изв. Уфим. науч. центра РАН. 2021. № 4. С. 5–8. DOI: 10.31040/2222-8349-2021-0-4-5-8.

Published

2022-03-31

How to Cite

Павлов, В. Д. (2022). Mechanical power under harmonic influences. Modern Technologies. System Analysis. Modeling, (1(73), 30-38. Retrieved from https://ojs.irgups.ru/index.php/stsam/article/view/332

Issue

Section

Machine construction and theoretical engineering