Синхронные двигатели — это сердце современной энергетики. Их применяют в электрогенераторах, насосах для перекачки нефти и воды, компрессорах и даже робототехнике. Они преобразуют механическую энергию в электрическую, обеспечивая работу промышленных предприятий и городов. При возникновении короткого замыкания в таких генераторах могут возникать мощные ударные токи, которые способны повредить оборудование и привести к серьезным авариям. Ученые Пермского Политеха предложили новый метод оценки этих ударных токов, который повышает точность расчетов в 2 раза, что поможет улучшить безопасность энергосистем.

Статья опубликована в журнале «Russian Electrical Engineering», том 95, № 11, 2024. Исследование выполнено в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».

Синхронные машины используются в качестве генераторов на тепловых, гидро- и атомных электростанциях, применяются для регулирования напряжения в электрических сетях, а также в устройствах, требующих высокой точности и стабильности, например, в медицинских сканерах и роботизированных системах. В основе их работы лежит взаимодействие магнитного потока, который генерируют обмотки статора и ротора – статичной и подвижной частей машины. При включении в сеть обмотка статора создает магнитное поле, которое стремится «притянуть» к себе поле ротора, чтобы вращаться с одной и той же частотой. Так механическая энергия преобразуется в электрическую. Благодаря этому синхронные машины могут работать и как генераторы по преобразованию энергии, и как двигатели.

Иногда в электросетях может произойти короткое замыкание, в момент которого в механизмах возникает кратковременный, но очень мощный ударный ток. В синхронных генераторах он может достигать 5-15 кратного увеличения значения от нормального, создавая значительные тепловые нагрузки на обмотки статора и другие элементы конструкции. Если не учесть их при проектировании и эксплуатации генераторов, это может привести к разрушению оборудования и серьезным авариям, которые не только останавливают процесс работы предприятий, но также представляют непосредственную опасность для жизни и здоровья людей: взрыв генератора, пожар на электростанции, поражение человека электрическим током механизма под высоким напряжением.

Традиционно ударный ток оценивается с помощью графико-аналитического метода, который основан на усредненных данных и стандартных параметрах. Проблема в том, что такой метод занижает реальные значения ударного тока, что делает расчеты недостаточно точными для современных мощных генераторов. Обычный способ может недооценивать потенциальную опасность.

Ученые Пермского Политеха предложили новый метод оценки ударного тока. Он учитывает реальные пиковые (максимальные) значения токов в каждой фазе генератора, что позволит более точно рассчитать их максимальное воздействие на конструкцию синхронной машины.

Фазы переменного электрического тока – это его независимые пути протекания. Они представляют собой отдельный синусоидальный сигнал, имеющий свою амплитуду и частоту. График фазы тока можно представить в виде плавной волны, а пик – это ее наивысшая точка.

– Стандартные методики расчета предполагают, что пики тока возникают одновременно, как если включить все приборы в розетки сразу с максимальным энергопотреблением. На самом же деле в разных фазах это происходит с небольшим сдвигом – до 0,01 секунды. Даже такой показатель может внести существенную разницу в расчеты. Помимо этого, наш способ измеряет те пики, которые происходят сразу после короткого замыкания, а не позже, как это делается в классических расчетах. Все это позволяет более точно оценить опасность, – комментирует Анатолий Судаков, доцент кафедры «Электротехника и электромеханика» ПНИПУ, кандидат технических наук.

– В ходе экспериментов мы сравнили результаты традиционного и нашего методов. Оказалось, что ударный ток, рассчитанный предлагаемым способом, может быть почти в два раза выше, чем при использовании стандартного подхода. Так, для синхронного турбогенератора (используется на электростанциях для генерации электричества с помощью турбины) ударный ток, определенный по стандартной методике, составил 714,8 А, а по новому методу – 1254,26 А, – рассказывает Илья Зиятдинов, старший преподаватель кафедры «Электротехника и электромеханика» ПНИПУ.

Такое различие объясняется тем, что метод политехников учитывает реальные пиковые значения токов в каждой фазе, а также временные сдвиги между ними. Это позволяет более точно оценить максимальное воздействие ударного тока на конструкцию генератора, особенно на лобовые части обмоток статора, которые наиболее уязвимы к механическим нагрузкам.

Метод оценки ударного тока, предложенный учеными Пермского Политеха, позволяет более точно оценивать риски ударного тока, что важно для современных мощных энергосистем. Это исследование не только улучшает понимание переходных процессов в синхронных машинах, но и может помочь инженерам и проектировщикам, которые работают над созданием более надежных и безопасных энергосистем.

В этой статье мы разберем интересную возможность PHP — использование генераторов. Эта концепция не так широко известна среди PHP-разработчиков, как, например, в Python. Но, зная, как правильно использовать генераторы, можно значительно оптимизировать работу с большими наборами данных, сделать код более читаемым и экономить ресурсы сервера. Мы рассмотрим это на практическом примере, где создадим генератор чисел и интегрируем его с HTML-формой, чтобы пользователь мог взаимодействовать с программой прямо через браузер.

Что такое генераторы?

Генераторы в PHP — это специальный вид функций, которые возвращают значения по мере их необходимости, используя ключевое слово yield. Это означает, что вместо того, чтобы возвращать все данные сразу (как делает обычная функция), генератор возвращает значения "лениво" — по одному за раз, когда это необходимо. Это позволяет эффективно работать с большими объемами данных, не загружая их все в память сразу.

Преимущества генераторов

• Экономия памяти: Генератор не хранит все значения в памяти, а вычисляет и возвращает их по мере необходимости.

• Читаемый и компактный код: Использование генераторов упрощает логику работы с итераторами и делает код проще.

• Легкость работы с большими данными: Генераторы подходят для обработки больших объемов данных без перегрузки памяти сервера.

Пример генератора

Давайте начнем с простого примера функции-генератора, которая генерирует последовательность чисел:

<?php

// Функция-генератор чисел от 0 до указанного предела

function numberGenerator($limit) {

for ($i = 0; $i < $limit; $i++) {

yield $i;

}

}

// Использование генератора

$generator = numberGenerator(5);

foreach ($generator as $number) {

echo $number . "\n"; // выводит 0, 1, 2, 3, 4

}

?>

В этой функции используется цикл for, который генерирует числа от 0 до указанного предела, используя ключевое слово yield. Каждый раз, когда вызывается метод next() итератора (неявно через foreach), генератор возвращает следующее значение, а затем приостанавливается до следующего вызова.

Пример с HTML-формой

Теперь давайте сделаем этот пример интерактивным, добавив HTML-форму, где пользователь может вводить число, а генератор будет строить последовательность до этого числа. Мы также научимся передавать данные формы в PHP через метод POST и работать с этими данными.

Полный HTML + PHP пример

Вот код, который объединяет PHP-генератор с HTML-формой для интерактивного ввода чисел:

<!DOCTYPE html>

<html lang="ru">

<head>

<meta charset="UTF-8">

<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">

<title>Интерактивный генератор чисел на PHP</title>

</head>

<body>

<h1>Генератор чисел на PHP</h1>

<!-- Форма для ввода предела генерации чисел -->

<form method="post" action="">

<label for="limit">Введите предел чисел:</label>

<input type="number" id="limit" name="limit" required min="1">

<button type="submit">Сгенерировать</button>

</form>

<ul>

<?php

// Проверяем, была ли отправлена форма и введено ли число

if ($_SERVER["REQUEST_METHOD"] == "POST" && isset($_POST['limit'])) {

$limit = intval($_POST['limit']); // получаем введённое значение и преобразуем в целое число

// Функция-генератор

function numberGenerator($limit) {

for ($i = 0; $i < $limit; $i++) {

yield $i;

}

}

// Используем генератор для вывода чисел

$generator = numberGenerator($limit);

foreach ($generator as $number) {

echo "<li>Число: $number</li>";

}

}

?>

</ul>

</body>

</html>

Подробное объяснение кода

1. HTML-форма

Форма включает одно текстовое поле для ввода числа и кнопку для отправки формы:

<form method="post" action="">

<label for="limit">Введите предел чисел:</label>

<input type="number" id="limit" name="limit" required min="1">

<button type="submit">Сгенерировать</button>

</form>

• Поле ввода input type="number" принимает только числовые значения. Мы также добавили атрибут required, чтобы пользователю было необходимо ввести число перед отправкой формы.

• После нажатия кнопки "Сгенерировать", форма отправляется на сервер с методом POST. Важно заметить, что атрибут action пуст — это значит, что форма будет отправлена на ту же страницу.

2. Получение и обработка данных из формы

Когда форма отправляется, PHP получает данные через глобальный массив $_POST. В нашем примере мы проверяем, был ли отправлен запрос методом POST и существует ли в массиве $_POST значение limit:

if ($_SERVER["REQUEST_METHOD"] == "POST" && isset($_POST['limit'])) {

$limit = intval($_POST['limit']); // Преобразуем введенное значение в целое число

intval() используется для приведения введенного значения к целому числу, чтобы гарантировать, что оно корректно.

3. Генератор

После получения введенного значения (предела) мы вызываем функцию-генератор, которая генерирует числа от 0 до предела, указанного пользователем:

function numberGenerator($limit) {

for ($i = 0; $i < $limit; $i++) {

yield $i;

}

}

Генератор позволяет нам постепенно возвращать числа без необходимости хранить их все в памяти.

4. Вывод чисел на страницу

Мы используем цикл foreach, чтобы итерировать через числа, сгенерированные функцией numberGenerator(), и выводим каждое число в виде элемента списка HTML:

$generator = numberGenerator($limit);

foreach ($generator as $number) {

echo "<li>Число: $number</li>";

}

Как это работает?

1. Пользователь открывает страницу и видит форму для ввода числа.

2. Пользователь вводит число, например, "10", и нажимает кнопку "Сгенерировать".

3. PHP получает это число через POST-запрос, запускает генератор, который генерирует последовательность от 0 до 9, и выводит результаты в виде списка на той же странице.

Заключение

Использование генераторов в PHP — это мощный способ работать с большими данными и итерациями, особенно когда нам не нужно сразу загружать все значения в память. В данной статье мы рассмотрели простой, но показательный пример использования генераторов в реальном проекте: генератор чисел с динамическим взаимодействием через HTML-форму. Такой подход позволяет комбинировать возможности PHP и HTML для создания интерактивных и производительных веб-приложений.

Генераторы в PHP — это несложный, но малоизвестный инструмент, который может значительно облегчить жизнь разработчикам при работе с большими объемами данных. Теперь у тебя есть как теоретическое понимание генераторов, так и готовый пример, который можно использовать в проектах!