Нурланова  Жанар  Абдрасиловна – оператор  по  контролю  и  учету  натурных

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
61
Раздельные  пункты  кодируются  кодами  системы  «Экспресс» (пятизначными). 
Достоверность  этих  кодов  важна  для  работы  по  составлению  книжек  расписаний  и 
объединению информации по направлениям дороги. 
В  НСИ  вводится  и  корректируется  в  разделе  главного  меню  «Корректировка 
данных по исходным формам». 
Если необходимо отпечатать на бумаге исходные данные по участку, то надо войти 
в раздел главного меню «Печать ведомостей исходной информации». 
Задание  участка  для  разработки  графика  выполняется  в  разделе  главного  меню 
«Корректировка характеристик участка» путем: 
- ввода нового участка; 
- удаления участка; 
- разделения участков; 
- объединения участков; 
- работы с участком. 
После  выбора  нужной  строки  вводится  шестизначный  код  участка.  В  режиме 
«Работа  с  участком»  выполняется  реорганизация  участка  по:  количеству  раздельных 
пунктов и количеству фиксированных поездов в окне Главного меню. 
После выбора нужной строки можно получить информацию о раздельных пунктах 
и поездах данного участка. 
Прокладка  поездов  по  участку  выполняется  в  графическом  режиме  с 
использованием  клавиш  и  «мыши».  Функции,  заложенные  в  программу  для  построения 
ниток  поездов,  базируются  на  действиях  графиста  и  дополнены  анализом  возникающих 
ситуаций и контролем принимаемых графистом решений. 
Комплекс  программ  пониточного  построения  ГДТ  на  участке  выполняет 
следующие функции: 
-  создание  варианта  графика  для  пониточной  прокладки  на  основе  нормативной 
информации об участке; 
- работу с ГДТ в режиме пониточной прокладки поездов; 
- просмотр и оперативную корректировку нормативной информации ГДТ; 
- проверку ГДТ по соблюдению различных условий; 
-  передачу  (экспорт)  результатов  пониточной  прокладки  в  основную  систему 
разработки ГТД (базу данных участка или лист ГДТ); 
- построение варианта ГДТ с «окном» для производства ремонтных работ на основе 
нормативного варианта ГДТ; 
- формирование телеграммы об изменениях для ГДТ с «окном». 
Переход  к  работе  с  комплексом  программ  пониточной  прокладки  осуществляется 
выбором пункта «Построение графика» в основном меню задачи ГДТ и далее выбирается 
режим работ: 
Режим  «Создать  новый  вариант»  предназначен  для  создания  варианта  графика 
движения  поездов  на  основе  нормативной  информации  на  заданном  участке.  В  этом 
режиме  из  базового  участка  выбираются  нормативные  данные  и,  возможно,  расписания 
поездов. При этом варианту присваивается индекс: цифра от 0 до 9 или символ от А до Z. 
Варианты,  созданные  в  этом  режиме,  полностью  независимы  друг  от  друга.  Поэтому  в 
пределах  одного  варианта  можно  независимо  изменять  как  поезда,  так  и  любые 
нормативные данные. 
Для создания варианта графика для базового участка принимаются к рассмотрению 
следующие нормативные показатели: 
- сведения о раздельных пунктах и перегонах (по форме ЦД № 102); 
- наименование и код раздельного пункта; 
- длина впереди лежащего перегона (в четном и нечетном направлениях); 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
62
-  принадлежность  раздельного  пункта  по  видам  движения:  пассажирскому, 
грузовому, пригородному (в четном и нечетном направлениях); 
-  количество  главных  путей  на  впереди  лежащем  перегоне  (в  четном  и  нечетном 
направлениях); 
- количество приемо-отправочных путей (в четном и нечетном направлениях); 
-  межпоездные  и  станционные  интервалы  (по  форме  ЦД  № 4,4 а  в  нечетной  и 
четной горловинах); 
-  перегонные  времена  хода  пассажирских,  грузовых  и  пригородных  поездов  (в 
четном и нечетном направлениях) в соответствии с формой ЦДЛ № 3. 
Сведения о технических стоянках для пассажирских и грузовых поездов (в четном 
и нечетном направлениях) используются из формы ИД № 5. При построении поездов на 
раздельных  пунктах,  имеющих  технические  стоянки,  время  стоянки  учитывается 
автоматически. 
При создании нового варианта ГДТ по участку необходимо выбрать код участка из 
списка  участков,  присвоить  номер  (индекс)  варианту  из  списка  значений (0...9, A...Z) и 
установить  его  параметры.  Из  списка  вариантов  выбирается  требуемый  вариант  для 
прокладки поездов на графике движения. Затем формируются нормативы в виде таблиц. 
В случае обнаружения каких-либо отклонений от норматива выдается сообщение, 
описывающее  обнаруженное  отклонение.  Результаты  проверки  графика  могут  быть 
просмотрены на экране и распечатаны на бумаге. 
Кроме  собственно  проверки  правильности  построенного  графика,  полезным 
применением  данной  программы  является  оценка  влияния  изменения  нормативов  на 
график.  Допустим,  при  изменении  на  новый  год  нормативов  времени  хода  можно 
произвести  проверку  прошлогоднего  графика  с  новыми  нормативами  и,  таким  образом, 
сразу получить список поездов, требующих переработки для нового графика. 
Для того чтобы можно было воспользоваться результатом пониточного построения 
ГДТ на участке, необходимо выполнить экспортирование данных (т. е. передачу данных в 
другую  часть  системы).  Раздел  меню  «экспорт»  формирует  для  исходного  базового 
участка вариант расписания поездов, который затем может быть загружен в лист в разделе 
главного меню «Формирование и реорганизация листа» (выбор поездов из «расчета»). 
Раздел  меню  «Экспорт  в  участок»  выполняет  загрузку  расписания  поездов 
текущего  варианта  построения  графика  в  базовый  участок  в  качестве  нормативного, 
удаляя при этом расписание, находившееся в участке ранее. 
Раздел меню «Экспорт в лист» позволяет сразу после разработки варианта графика 
по участку записать расписание поездов во фрагменты листа, имеющие этот код участка. 
Во всех разделах экспорта программа запрашивает вариант графика; при экспорте в 
лист  запрашивает  также  номер  листа  и  для  каждого  фрагмента  рабочего  участка - 
подтверждение на загрузку расписания из варианта графика или из нормативного участка. 
Программа  позволяет  иметь  несколько  вариантов  графика  движения  поездов  по 
каждому  участку.  Причем,  эти  варианты  могут  быть  различны  не  только  по  прокладке 
ниток поездов, но и по нормативным данным. 
Для прокладки ниток поездов используется следующая исходная информация: 
- сведения о раздельных пунктах и перегонах; 
- межпоездные и станционные интервалы; 
- перегонные времена хода; 
- сведения о технических стоянках. 
Программа построения ГДТ имеет следующие режимы работы: 
-  работа  с  нормативной  информацией  графика - предоставляет  возможность 
просматривать и оперативно изменять нормативную информацию ГДТ, причем,  изменения 
производятся в отдельном варианте графика независимо от остальных вариантов; 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
63
-  корректировка  существующей  нитки  поезда - можно  производить  следующие 
операции: 
- осуществлять сдвиг точки на графике на 1 мин влево или вправо, соответственно 
замедляя  или  ускоряя  движение  поезда  на  перегоне.  Применяя  эту  операцию 
последовательно несколько раз, можно сдвинуть точку на любое число минут; 
-  осуществлять  параллельный  перенос  нитки  поезда  или  ее  части  на 1 мин  влево 
или  вправо.  Применяя  эту  операцию  последовательно  несколько  раз,  можно  сдвинуть 
точку на любое число минут; 
- удалить нитку поезда; 
- изменить номер поезда; 
- сделать точную (параллельную) копию нитки; 
- осуществить перепрокладку нитки поезда с произвольного места;  
-  построение  нового  поезда - предоставляет  возможность  проложить  на  графике 
новый  поезд  от  заданной  точки  до  указанного  раздельного  пункта.  Осуществляется 
прокладка поездов всех категорий (пассажирские, грузовые, пригородные); 
-  работа  с  путями - программа  предоставляет  графисту  возможность 
автоматизировать  расстановку  поездов  на  путях  или  указать  любому  поезду  путь  для 
занятия и способ отображения занятости путей на листе графика; 
- контроль изменений в графике - программа проверяет все действия по изменению 
графика на их допустимость и соответствие нормативам. 
Для  того  чтобы  напечатать  какую-либо  выходную  форму  (расписание  поездов 
попарно  или  по  направлениям,  по  станции,  по  стыку),  рассчитать  показатели  и  др., 
необходимо  составить  описатель  данных.  Описатель - это  набор  ссылок  на  листы 
графиков  или  участки  базы,  по  которым  формируется  необходимая  для  печати 
последовательность  раздельных  пунктов  с  расписанием  поездов  заданного  типа.  Выбор 
осуществляется  по  раздельным  пунктам,  направлению  движения  поездов  (нечетное  и 
четное),  группам  поездов  и  типу  проследования  поездами  раздельного  пункта  во 
фрагменте  графика  (прибывают,  отправляются,  прибывают  и  отправляются).  Описатель 
может  ссылаться  на  один  или  несколько  листов  графиков  или  участков  базы.  Вход  в 
программу  осуществляется  через  раздел  главного  меню  «создание  описателя  выходных 
форм». 
Вывод.
  Внедрение  режима  автоматизации  составления  и  расчета  показателей 
одного  из  наиболее  трудоемкого  и  важного  руководящего  документа  в  оперативной 
работе  поездных  диспетчеров – графика  движения  поездов,  существенно  повышает  его 
качество и значительно снижает затрату времени на их разработку. 
 
ЛИТЕРАТУРА 
1.  Шмулевич  М.И.  Безбумажная  технология  на  транспорте // Железнодорожный 
транспорт. – Бюллетень ОСЖД, 2002. –  № 4. – С. 21-24. 
2.  Управление и информационные технологии на железнодорожном транспорте: Учебник 
для вузов ж.-д. транспорта / Под редакцией Тулупова Л.П. – М.: Маршрут, 2005. – 467 с. 
 
 
 
 
 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
64
МЕХАНИКА ДЕФОРМИРУЕМОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА, СЫПУЧИХ ТЕЛ, 
ГРУНТОВ И ГОРНЫХ ПОРОД 
 
УДК 625.14: 625.041:625.042 
Квашнин Михаил Яковлевич – к.т.н., доцент (г. Алматы, КазАТК) 
Мирсадиков Мирфазил Мирхамзаевич – магистрант (г. Алматы, КазАТК) 
Казакбаев Думан Нурланович – магистрант (г. Алматы, КазАТК) 
ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ 
ХАРАКТЕРИСТИК ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ 
В условиях динамичного развития экономики Республики Казахстан к надежности 
железнодорожного  транспорта  предъявляются  все  более  высокие  требования.  Опыт 
эксплуатации  железной  дороги  показывает,  что  при  железобетонных  шпалах  выход 
рельсов  по  стыковым  дефектам  возрос  в  два-три  раза  по  сравнению  с  выходом  при 
деревянных шпалах. Наблюдается более интенсивное образование волнообразного износа 
рельсов  и  более  интенсивная  деформация  основной  площадки  земляного  полотна. 
Известно, 
что 
главной 
причиной 
всех 
вышеперечисленных 
недостатков 
железнодорожного  пути  с  железобетонными  шпалами  является  их  более  низкая 
способность  гасить  вибрации,  возникающие  при  движении  подвижного  состава,  по 
сравнению  с  деревянными  шпалами.  В  связи  с  этим,  особенно  актуальными  при 
эксплуатации  железной  дороги  становятся  вопросы,  связанные  с  определением  влияния 
вибрационных воздействий на работу элементов железнодорожного пути. 
Так  как  путь  является  дискретной  системой,  сопротивляемость  его  вибрационным 
воздействиям проявляется, в основном, через силы трения и сцепления между отдельными 
его  элементами  и  частицами  (между  рельсами  и  шпалами,  шпалами  и  балластом,  между 
щебенками,  частицами  и  песчинками  грунта  земляного  полотна).  Изменение  характера 
колебаний,  прошедших  от  точки  возбуждения  до  некоторой  точки  среды,  определяется 
исключительно  свойствами  этой  среды  на  пути  распространения  колебаний.  Очевидно, 
что энергия механических колебаний в любой среде передается посредством физического 
взаимодействия  структурных  частиц,  составляющих  эту  среду.  Закономерности 
подобного взаимодействия для тел определенной формы, в конечном счете, определяются 
свойствами материала среды и не зависят от прочих факторов, не оказывающих влияние 
на эти свойства. 
Выполненные 
модельные 
и 
натурные 
экспериментальные 
исследования 
особенностей  изгибных  колебаний  многослойных  упругих  пластин [1-5] и  колебаний 
верхнего  строения  пути  различных  конструкций [6, 7], позволили  выявить  основные 
закономерности  колебаний  железнодорожного  пути  и  разработать  методику 
вибродиагностики. Данная методика базируется на фундаментальных положениях теории 
упругости  и  теории  механических  колебаний  и  позволяет  с  достаточной  для  практики 
точностью производить оценку способности конструкций железнодорожного пути гасить 
вибрации, возникающие при движении подвижного состава. 
В  основу  методики  вибродиагностики  положен  спектральный  анализ  откликов 
элементов  железнодорожного  пути  на  ударное  воздействие.  При  проведении 
вибродиагностики  железнодорожного  пути  измеряются  и  анализируются  следующие 
параметры: 
1) Резонансные частоты, соответствующие модам изгибных колебаний конструкции 
пути 
i
f
,  определяемые  по  спектрам  откликов,  полученным  на  различных  конструкциях 
железнодорожного пути (рис. 1). 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
65
2) Логарифмический декремент колебаний, определяемый на основании связи между 
логарифмическим декрементом и шириной спектральной линии: 
i
i
i
f
f
d
Δ
=
π
, 
где 
i
d
, 
i
f
Δ
, 
i
f
 – логарифмический  декремент,  ширина  спектральной  линии,  частота 
интересующей формы колебаний. 
 
trace 1, trace 2 и trace 3 – со скреплением типа FOSSLOH, KZF-07 и ЖБР-65ШД. 
Рисунок 1 – Пример графиков спектральной плотности откликов виброскорости, 
полученных на различных конструкциях верхнего строения пути 
3) Коэффициент динамичности 
i
β
, определяемый на основании зависимости: 
2
2
2
2
1
1
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
=
i
v
i
i
v
i
f
f
d
f
f
π
β
, 
где 
v
f
 – частота воздействия. 
4)  Скорости  движения  подвижного  состава,  при  которых  будут  возникать 
резонансные явления на исследуемой конструкции пути (рис. 2).  
 
trace 1, trace 2 и trace 3 – со скреплением типа FOSSLOH, KZF-07 и ЖБР-65ШД. 
Рисунок 2 – Пример зависимостей коэффициента динамичности от скорости движения 
подвижного состава, полученных на различных конструкциях верхнего строения пути 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
66
Прогноз  осуществляется  на  основании  зависимости  частоты  воздействия 
v
f
  от 
скорости движения подвижного состава 
V
 и параметров возбуждения вибрации 
v
l
: 
v
v
l
V
f
=
. 
Характерные параметры 
v
l
 источника вибрации представлены на рисунке 3. 
 
1 – расстояние между опорными элементами пути; 2 – расстояние между колесными парами 
тележки; 3 – расстояние между соседними тележками соседних вагонов; 4 – расстояние между 
тележками одного вагона; 5 – междувагонное расстояние. 
Рисунок 3 – Характерные параметры источника вибрации
 
Следует  отметить,  что  для  объективной  оценки  резонансных  частот  и 
демпфирующих  свойств  различных  конструкций  пути,  необходимо  вынуждающее 
воздействие,  не  приводящее  к  изменению  физических  характеристик  элементов 
железнодорожного  пути.  В  противном  случае,  необходимо  учитывать  фактор  влияния 
воздействия,  что  значительно  усложняет  исследования.  При  выборе  источника  ударного 
воздействия, необходимо стремиться к недопущению повреждений элемента конструкции 
в  области  контакта.  Это  положение  ориентирует  на  применение  резины  в  ударном 
устройстве источника возмущения колебаний. 
Энергия воздействия должна быть достаточной, для того, чтобы вызванные ударом 
колебания достигли границ области, представляющей информационный интерес. То есть 
источник  возбуждения  должен  обеспечить  генерацию  колебаний,  характеризующихся  в 
точке  наблюдения  после  прохождения  некоторого  расстояния  в  структуре  верхнего 
строения  пути  амплитудами,  превышающими  нижний  рабочий  предел  измерительной 
аппаратуры, при котором не наблюдается снижение точности измерений. В этом случае в 
задаче оптимизации ударного возбуждения можно выделить два основных аспекта. 
Во-первых,  ударное  воздействие  на  конструкцию  пути  должно  характеризоваться 
оптимальной величиной длительности ударного импульса 
τ (рисунок 4, 5). Длительность 
ударного импульса 
τ, в первом приближении определяется на основе теории удара Герца: 
5
5
2
2
2
2
1
1
2
1
1
531
.
4
o
V
R
E
E
М
⎪
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎪
⎬
⎫
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−
+
−
=
π
μ
μ
τ
, 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
67
где  1
E
, 
2
E
  и  1
μ
, 
2
μ
 – модули  Юнга  и  коэффициенты  Пуассона,  соответственно, 
материала  ударника  и  рельсовой  стали; 
R
 – радиус  контактной  поверхности  ударной 
системы; 
o
V
 – линейная скорость ударника; 
М
 – приведенная масса соударяющихся тел, 
равная: 
2
1
2
1
m
m
m
m
М
+
⋅
=
, 
где  1
m
 и  2
m
 – массы, соответственно, ударника и конструкции железнодорожного пути. 
Во-вторых, энергия внешнего воздействия на конструкцию пути должна быть при 
выбранной  оптимальной  длительности  ударного  импульса  τ,  а,  следовательно,  при 
выбранных  параметрах  ударной  системы,  достаточной  для  возбуждения  в  конструкции 
собственных изгибных колебаний на основной моде. Причем, начальная амплитуда этих 
колебаний 
o
S
  должна  быть  такой,  чтобы  при  заданной  чувствительности  приемного 
вибродатчика 
ζ
  было  возможно  проведение  качественного  спектрального  анализа 
регистрируемых  откликов  на  ударное  воздействие  (
ζ
10
>
o
S
).  Начальная  амплитуда 
колебаний конструкции пути после получения ей импульса F будет определяться: 
o
o
mf
F
S
π
2
=
, 
где 
o
f
 – частота первой изгибной моды железнодорожного пути; 
2
1
m
m
m
+
=
. 
 
а – при длительности ударного импульса больше оптимальной; б – при оптимальной 
длительности ударного импульса. 
Рисунок 4 – Зависимость частотного спектра воздействия от длительности ударного 
импульса
 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
68
 
а – при длительности ударного импульса больше оптимальной; б – при оптимальной 
длительности ударного импульса; 1 – спектр ударного воздействия на систему; 2 – собственный 
спектр системы; 3 – спектр отклика системы на ударное воздействие. 
Рисунок 5 – Зависимость спектра отклика системы от частотных характеристик воздействия 
Выводы. 
Полученные  на  основе  модельных  и  экспериментальных  исследований 
кривые зависимости (см. рис. 4-5) спектра отклика системы от частотных характеристик 
воздействия  и  частотного  спектра  воздействия  от  длительности  ударного  импульса  
позволяют выбирать оптимальные диапазоны изменения параметров ударной системы при 
ее  проектировании  для  вибродиагностики  конкретной  конструкции  пути  и  производить 
корректировку этих параметров непосредственно на объекте исследования. 
Внедрение  предлагаемой  методики  вибродиагностики  позволит  принимать 
наиболее  оптимальные  конструктивные  решения  при  проектировании  нового  и 
реконструкции  существующего  пути,  которые,  в  свою  очередь,  приведут  к  увеличению 
срока  эксплуатации,  уменьшению  затрат  по  текущему  содержанию  пути,  увеличению 
скорости  движения  подвижного  состава  и  повышению  уровня  безопасности 
железнодорожного пути в целом. 
ЛИТЕРАТУРА 
1.  Махметова Н.М., Квашнин М.Я., Абиев Б.А., Квашнин Н.М. Энергетические аспекты 
ударного  возбуждения  изгибных  колебаний  в  многослойных  упругих  пластинах // Вестник 
КазАТК. − 2009. – №3 (58). – С. 147-152. 
2.  Квашнин  М.Я.,  Квашнин  Н.М.  Исследование  изгибных  колебаний  упругих  пластин  с 
целью оптимизации методов виброакустического контроля // Вестник КазАТК. – 2009. – №3 (58). 
– С. 152-160. 
3.  Квашнин  М.Я.,  Квашнин  Н.М.  Компьютерное  моделирование  процессов  изгибных 
колебаний  упругих  пластин  с  целью  оптимизации  виброакустического  метода  неразрушающего 
контроля // Вестник КазАТК. – 2009. – №4 (59). – С. 173-181. 
4.  Махметова  Н.М.,  Квашнин  М.Я.,  Аханов  А.Р.,  Квашнин  Н.М.  Выбор  оптимальных 
параметров ударной системы при виброакустическом контроле многослойных конструкций подземных 
сооружений городского строительства // Вестник КазАТК. – 2009. – №4 (59). – С. 152-156. 
5.  Махметова  Н.М.,  Квашнин  М.Я.,  Аханов  А.Р.,  Квашнин  Н.М. Vibroacoustic control of 
multilayer constructions and underground structure of urban development // Труды  Международного 
форума «Наука и инженерное образование без границ». – Алматы, 2009. – Т. II. – С. 60-63. 
6.  Махметова  Н.М., Квашнин  М.Я., Финк  В.К., Квашнин  Н.М.  Исследование  колебаний 
элементов  верхнего  строения  пути  со  скреплением  типа  ЖБР  с  полимерным  боковым  упором // 
Вестник КазАТК. – 2010. – №3 (64). – С. 106-112. 
7.  Ибрагимов  О.А.,  Квашнин  М.Я.,  Квашнин  Н.М.,  Танкаева  С.А.  Исследование 
колебаний элементов  верхнего строения пути  со  скреплением  типа «FOSSLOH» // Материалы Х 
научно-практической  конференции  профессорско-преподавательского  состава  и  студентов, 
посвященной 10-летию Казахского университета путей сообщения «Инновационные технологии в 
развитии экономики и транспорта в Республике Казахстан». – Алматы, 2010. – С. 162-166. 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
69
АВТОМАТИКА, ТЕЛЕМЕХАНИКА, СВЯЗЬ, ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА, 
ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 
 
УДК 621.031.075 
Акчурин Анвар Гафурович – д.т.н., профессор (г. Алматы, КазАТК) 
Баубеков Ермек Ельтаевич – д.т.н., профессор (г. Алматы, КазАТК) 
НЕКОТОРЫЕ ОЦЕНКИ ПЕРСПЕКТИВ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В 
АВТОТРАНСПОРТЕ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН 
Мировое  сообщество  уже  давно  осознало  необходимость  сдерживания  растущего 
роста энергопотребления развивающейся экономики, ввиду его негативного влияния, как 
на  эффективность  (энергоэффективность)  производства  всех    видов  продукции, 
процессов, услуг, так и на окружающую среду.  
Учитывая  отрицательные  тенденции  последних  лет,  связанных  с  существенным 
ростом  энергопотребления  экономик  и  увеличением  выбросов  углекислого  газа, 
крупнейшие индустриально развитые страны (США, Япония, Германия, Франция, Китай) 
установили амбициозные цели по снижению энергопотребления на 20-30% до 2020 г.  
Аналогично, перед Россией и Казахстаном в рамках Таможенного Союза предстоит 
достижение показателей опережающих по темпам снижения энергоемкости ВВП до 40%, 
обеспечение  значительной  экономии  энергии.  Как  известно,  на  долю  транспорта 
приходится  более  половины  общего  объема  потребления  жидких  углеводородов,  около  
четвертой  части (23%) всех  выбросов  углекислых  газов.  При  этом  на  долю 
автомобильного транспорта приходится 73% всех выбросов загрязняющих веществ (ЗВ). 
Указанное подчеркивает актуальность и экономическую значимость освещаемой в 
данной статье проблемы поиска путей повышения энергоэффективности автомобильного 
транспорта в Республике Казахстан. 
Специальная Государственная Программа в области энергосбережения, утвержденная 
Постановлением  Правительства  Республики  Казахстан,  предусматривает  последовательную 
реализацию  потенциала  энергосбережения – поиска  дополнительного  ресурса  энергии 
потребляемой различными отраслями экономики, в т.ч. транспортным комплексом. 
В  связи  с  предполагаемым  увеличением  к 2015 г.  пассажирооборота  в 1,5 раза, 
грузооборота  в 2 раза,  актуальность,  весомость  осуществления  мероприятий 
энергосбережения на автотранспорте возрастает. 
Доля транспорта в ВВП большинства развитых стран колеблется в пределах 4-9%, 
а  в  занятости  населения – 3-8 %. При  современных  масштабах  производства  обьём 
продукции в весовом измерении в среднем на 1 жителя достигает в развитых странах 20-
25 т., а в целом в мире – около 10 т. в год. Соотношение грузооборота и ВВП наименьшие 
в  промышленно  развитых  странах – на 1 доллар  ВВП  приходится  примерно 2,4ткм 
перемещения  груза,  в  странах  со  средним  уровнем  развития - 2,8 ткм,  в  восточно-
европейских государствах – 5,3 ткм, в центрально-азиатском регионе свыше 6,0 ткм. 
Удельный вес казахстанского автотранспорта в пассажирообороте достигает 80%. 
Транспортный  рынок  развитых  стран  в  мире  характеризуется  высокой  эффективностью 
перевозок и низкой транспортной составляющей ВВП в стоимости товаров и услуг. 
 Транспортный  комплекс,  включая  автотранспортный,  является  одним  из 
важнейших  элементов  материально-технической  базы  всех  видов  производств  и 
необходимым условием эффективного функционирования современного индустриального 
общества,  способствуя  удовлетворению  социально-экономических  потребностей 
населения  Республики  Казахстан.  Наряду  с  преимуществом,  которое  обеспечивает 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
70
обществу  развитая  транспортная  система,  ее  прогресс  сопровождается  негативными 
последствиями – отрицательным  воздействием  быстро  растущего  транспорта  на 
энергоэффективность и окружающую среду. 
Транспортным комплексом РК в 2010 году произведена перевозка грузов  в объеме 
2439,4  млн.  тонн,  в  том  числе  автомобильным  транспортом - 1971,8 млн.  тонн. 
Грузооборот  на  всех  видах  транспорта  в 2010 году  составил 385,3 млрд.  ткм,  на 
автомобильном  транспорте - 80,3 млрд.  ткм.  Автомобильным  транспортом  в 2010 году 
перевезено пассажиров в количестве  13083,9 млн.человек. По сравнению с 2003 годом в 
2010 году объем перевозок увеличился на автомобильном транспорте  в 1,5 раза [1]. 
Протяженность  автомобильных  дорог  Казахстана  составляет 96,0 тыс.  км. 
Плотность  транспортной  сети  на 1000 кв.  км  территории  составляет 32,4 км 
автомобильных дорог с твердым покрытием. 
По данным Агентства РК по статистике автомобильный парк Казахстана в 2010 г. 
насчитывал 3178,3 тыс. единиц, в том числе 2686,7 тыс. ед. -  легковых автомобилей, 397,6 
тыс. ед. -   грузовых автомобилей и 94,0 тыс. ед. -  автобусов. По сравнению с 2000 годом 
в 2010 году,  за 10 лет, количество автотранспортных средств возросло в 2,5 раза [1]. По 
нашим прогнозам численность парка автомобильного транспорта увеличится  в 2015 году 
до 3400,0 тыс. ед.      
Состав  автопарка  состоит  из 84,5 %  легковых  автомобилей, 12,5 % грузовых 
автомобилей  и 3,0% автобусов.  По  видам  используемого  топлива  в  составе 
автотранспорта преобладают автомобили, работающие на бензине, и составляют 96,4  % 
от  общего  количества,  автомобили  на  дизельном  топливе – 3,6 %.  Доля  автомобилей, 
использующих  газовое  топливо,  не  превышает 0,2 %. Удельный  вес  грузовых 
автомобилей  с  дизелями  составляет 28 % их  общего  количества,  доля  автобусов, 
работающих на дизельном топливе, равна примерно 13 %. 
Средний возраст  парка остается значительным и составляет порядка 10 лет, в том 
числе 9 %   парка эксплуатируется свыше 20 лет, когда автомобили полностью изношены 
и  подлежат  списанию.  Автомобили    с    возрастом    до 7  лет  составляют  около 23,1 % . 
Такая  эксплуатация  приводит  к  непроизводительному расходу топлива и увеличению 
выброса в атмосферу загрязняющих веществ. 
В Казахстане  автомобильным транспортом ежегодно потребляется более 5,0 млн. 
тонн  топлива.  Например  в 2009 году  на  автомобильном  транспорте  расход  топлива 
составил 5128,0 тыс.  тонн,  в  том  числе  бензина 4032,0 тыс.  тонн  и  дизельного  топлива 
1096,0 тыс. тонн [2]. В пересчете на условное топливо потребление составляет 7596,0 тыс. 
тонн.   По    нашим  расчетам  автомобильным  транспортом  за 2009 год  израсходовано 
энергии на 19381,0 х 10
6
 квт-час. 
По  предварительным  прогнозам  в  РК  потребление  топлива  автомобильным 
транспортом составит в 2010 году 5171,1 тыс. тонн, 2013 году- 5274,0 тыс. тонн, 2015 году 
-5432,0 тыс. тонн и расход энергии составит 20405,0 х 10
6
 квт-час, 20813,0 х 10
6
 квт-час и 
21437,0  х 10
6
  квт-час  соответственно  по  годам.  Потребление  топлива  автомобильным 
транспортом в РК и его энергетическая характеристика приведены в таблице 1. 
 
Таблица 1 – Динамика  потребление топлива и энергии на автомобильном транспорте РК 
2009 г. 2010 
г. 
Вид топлива 
тыс. тонн 
Условное 
топливо, 
тыс. тонн 
Энергия, 
10
6
 
квт-час 
тыс. тонн 
Условное 
топливо, 
тыс. тонн 
Энергия, 
10
6
 
квт-час 
Бензин 4032,0 
6007,0 
14400,0 
4068,2 
6061,0 
14529,0 
Дизельное 
топливо 
1096,0 1589,0 4981,0 1292,9 1873,4 
5876,0 
Всего 5128,0 
7596,0 
19381,0 
5171,1 
7934,4 
20405,0 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
71
Продолжение табл. 1 
2013 г. (прогноз) 2015 
г. (прогноз) 
Вид топлива 
тыс. тонн 
Условное 
топливо, 
тыс. тонн 
Энергия, 
10
6
 
квт-час 
тыс. тонн 
Условное 
топливо, 
тыс. тонн 
Энергия, 
10
6
 
квт-час 
 
 
 
 
 
 
 
Бензин  4149,0 6182,0  14820,0 4270,0 6367,0 15263, 
Дизельное 
топливо 
1254,0 1910,0  5993,0 1292,0 1967,0 6174,0 
Всего  5274,0 8093,0  20813,0 5432,0 8334,0 21437, 
Приведем сравнительный анализ соотношения показателей СППЭ/ВВП Казахстана с 
другими странами (рис.1) в пересчете на тонны нефтяного эквивалента к 1000 долларам 
США с учетом паритета покупательной способности – ППС.  
Так,  углеродная  интенсивность  экономики  РК  составляет 5,49 тонн  эквивалента/на 
доллар США (2006 г), что является одной из самых высоких в мире.   
Энергоемкость  ВВП  в  Казахстане  в 1.92-3.46 раза  выше,  чем  в  Канаде,  Щвеции, 
Германии  из-за  низкой  технологической  оснащенности,  а  также  отсталой 
информационной базы, слабого государственного регулирования. 
Энергоэффективность  автотранспортного  сектора  так  же,  как  и  других  отраслей 
экономики  РК,  находится  в  начальной  стадии  всестороннего  анализа  и  организации 
энергосбережения. В данной статье приводятся сравнительные данные об энергозатратах 
на  единицу  ВВП  по  странам  мира,  включая  Казахстан.  Показана  динамика  изменения 
удельных затрат энергии на единицу ВВП до 2015г. 
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Ка
зах
ст
ан
Рос
сия
Ук
ра
ина
Бе
ло
ру
сь
Ге
рм
ан
ия
Фра
нци
я
Ш
вец
ия
Ки
та
й
СШ
А
Ка
над
а
Ав
ст
ра
лия
т.н.э/тыс.$ (ППС 
2000г)
 
Рисунок 1 – Сравнительные данные об энергозатратах на единицу ВВП в РК и других странах за 
2006 г. (тонн нефтяного эквивалента к тыс. долларов США с учетом паритета покупательной 
способности – ППС 2000 г.) 
 
В  процессе  выполнения  поисковых  работ  нами  была  предложена  и  принята  АО 
«Казэнергоэкспертиза»  система  целевых  индикаторов  и  план  мероприятий  повышения 
эффективности в транспортном секторе, которая выглядит, как это показано на рис.2. 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
72
Система целевых индикаторов резервов повышения эффективности в транспортном 
секторе может выглядеть, как это показано в таблице 2. 
Таблица 2 – Целевые задания по повышению энергоэффективности в транспортном секторе 
Уровень 
Индикаторы энергоэффективности 
2000 г 2007 
г 2020 
г 
Топливная экономичность новых легковых 
автомобилей, л/100 км 
12,00 10,00  7,00 
Доля продаваемых автомобилей с 
гибридными двигателями, % 
0 0 5,00 
Пассажирооборот общественного транспорта 
на одного жителя, пасс.•км/чел. в год 
3,37 3,26 4,20 
Со  временем  система  станет  более  совершенной  и  развитой,  что  будет  напрямую 
зависеть  от  возможностей  многофакторных  моделей  статистики  в  прогнозе  параметров 
энергоэффективности. Дополнительными индикаторами, на наш взгляд, могут стать: 
• 
удельный расход энергии на единицу добавленной стоимости на транспорте;  
• 
индекс энергоэффективности транспорта, в том числе по его видам;  
• 
индикаторы среднего удельного расхода автомобиля;  
• 
удельный вес автомобилей по объемам двигателей;  
• 
потребление топлива в расчете на пассажира по видам транспорта.  
Аналогично вводится индикатор потребления топлива на единицу веса груза. 
Выбор данных показателей обусловлен тем, что основная составляющая часть парка 
автотранспортных  средств  в  РК  отличается  повышенным  расходом  топлива  на 100 км 
пробега, 
превышающим 
аналогичные 
показатели 
зарубежных 
автомобилей 
соответствующего класса. 
Для  количественной  оценки  эффективности  разработанных  мероприятий  нами 
рассчитаны ожидаемые результаты, исходя из следующего сценария: принимаемые меры 
позволят  осуществить  снижение  потребления  топлива  на  автотранспорте  в  начальном 
периоде  в 2013 году  на 5%, в 2014 году  на 10% и  в 2015 году  на 20%. В  результате 
получены следующие графики (рис.2.).  
В 2013 году без реализации предложенных мероприятий на транспорте потребление 
топлива  составит 8173,9 тыс.тонн  условного  топлива,  энергии - 21023,2 Гвт  час,  а  
выбросы парниковых газов - 15097,4 тыс.тонн. В случае внедрения переданных заказчику 
АО  «Казэнергоэкспертиза»  мероприятий  потребление  топлива  составит 7765,2 тыс.тонн 
условного  топлива,  энергии - 19972,0 Гвт    час,  выбросов  парниковых  газов - 14342,5 
тыс.тонн.  То  есть  ожидаемое  сокращение  потребления  топлива  будет  408,7 тыс.тонн 
условного топлива, энергии - 1051,2 Гвт час, выбросов парниковых газов - 754,9 тыс.тонн.   
На 2015 год  получены  следующие  прогнозные  данные.  Потребление  топлива 
составит 8334,0 тыс.тонн  условного  топлива,  энергии - 21437,0 Гвт  час  и  выбросы 
парниковых  газов - 15622,1 тыс.тонн.  В  случае  применения  мероприятий  потребление 
топлива составит 6667,2 тыс.тонн условного топлива, энергии – 17149,6 Гвт  час, выбросы 
парниковых  газов - 12497,7 тыс.тонн.  При  этом  ожидаемое  сокращение  потребления 
топлива  будет 1666,8 тыс.тонн  условного  топлива,  энергии - 4287,4 Гвт  час,  выбросов 
парниковых газов -3124,4тыс.тонн.   
Сокращение энергопотребления наглядно показано на рисунке 2. 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
73
 
Рисунок 2 - Динамика энергоэффективности автомобильного транспорта по потреблению энергии 
топлива на 2009-2015 гг. на основе внедрения научно-обоснованных мероприятий 
Вывод. 
Статья  содержит  некоторые  индикаторы  и  исходные  (базовые)  материалы, 
характеризующие  основные  показатели  текущей  ситуации  в  сфере  энергоэффективности 
автотранспорта в РК. Приведена динамика изменения численности АТС, расхода топлива, 
энергии, выбросов загрязняющих веществ. 
Энергоэффективность автотранспортного сектора как и других отраслей экономики 
РК  находится  в  подготовительной  стадии  всестороннего  анализа  и  организации 
энергосбережения.  В  статье  приводятся  сравнительные  данные  об  энергозатратах  на 
единицу  ВВП  по  странам  мира,  включая  Казахстан.  Показана  динамика  изменения 
удельных затрат энергии на единицу ВВП до 2015г. 
ЛИТЕРАТУРА 
1.  Закон Республики Казахстан «Об энергосбережении», 1997 г. 
2.  Стратегия  индустриально-инновационного  развития  РК  на 2003-2015, утвержденная  в 
новой редакции Указом Президента Республики Казахстан от 8 июня 2008 г. 
3.  Акчурин  А.Г.  Современная  автотранспортная  техника  (тенденции,  анализ  и  прогноз 
мирового развития). – Алматы: Издательство LEM, 2009. – 392 с. 
 
 
УДК 621.472:00 
Амирешов Канат Каметаевич – магистрант (г. Алматы, КазАТК) 
Садырбаев  Шынгыс  Альмаханович – докторант  (г.  Алматы,  Казахский 
национальный технический университет имени К.И. Сатпаева) 
ОПТИМИЗАЦИЯ УГЛА НАКЛОНА ПАНЕЛИ СОЛНЕЧНОЙ 
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 
За  последние  десятилетия  фотоэнергетика  прошла  сложный  путь  от  использования  на 
космических объектах до массового применения на земле. Сейчас эта отрасль- вполне реальный, 
и более того, развивающийся быстрыми темпами сектор мирового энергетического рынка.  

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
74
До  недавнего  времени  применение  фотоэнергетических  систем  (ФЭС) 
ограничивалось  узкой  сферой-энергообеспечением  потребителей  в  удаленных  от 
централизованных  сетей  энергоснабжения  районах,  где  расходы  на  другие  источники 
энергии  оказывались  намного  выше.  Фотоэлектрические  установки  (ФЭУ)  находили 
практическое  применение  как  автономные  источники  питания  и  как  небольшие 
фотоэлектрические  станции  (ФЭС).  В  настоящее  время  наблюдается  переход  к 
применению  ФЭС,  интегрированных  в  энергетические  системы  крупных  городов,  а 
одним из быстро развивающихся сегментов является сетевая фотоэнергетика.  
Всплеск  интереса  к  фотоэнергетике  во  всех  странах  обусловлен  радикальным 
снижением  стоимости  (в  семь  раз  за  последние 20 лет)  оборудования  ФЭС  до  уровня 
экономической  жизнеспособности  энергетических  проектов.  Характерной  особенностью 
ФЭС является их модульное исполнение. 
Необходимая  мощность  ФЭС  достигается  применением  соответствующего  числа 
модулей.  В  мировой  практике  применяются  два  типа  таких  модулей:  плоские 
фотоэлектрические  модули  (ФЭМ),  использующие  солнечное  излучение  естественной 
плотности  и  обычно  устанавливаемые  неподвижно,  и  модули  с  системами  слежения  за 
положением Солнца, работающие на концентрированном солнечном излучении.  
Неориентируемые  плоские  модули  используют  полный  поток  падающего 
солнечного  излучения(прямую  и  рассеянную  составляющие),  а  следящие  за  Солнцем 
модули с концентратором, как правило, — только прямую составляющую, доля которой в 
полном  потоке  зависит  от  климатических  условий  и  колеблется  в  пределах  от 90% в 
ясные  солнечные  дни  до 0 при  сплошной  облачности,  что  накладывает  определенные 
ограничения на возможные места размещения энергетических установок.  
Несмотря на значительное снижение стоимости ФЭУ в последние годы, проблема 
удешевления  электрической  энергии,  вырабатываемой  ими,  не  теряет  актуальности. 
Удешевление  модулей  может  быть  достигнуто  на  счет  повышения  КПД  солнечных 
элементов  (СЭ),  разработки  технологии  изготовления  СЭ  из  дешевых  материалов  и 
применения  в  модулях  концентраторов  солнечного  излучения,  поскольку  СЭ-  самая 
дорогая  составляющая  в  структуре  цены  модуля,  а  в  плоских  ФЭМ,  которыми 
комплектуется  большинство  наземных  солнечных  фотоэлектрических  станций, 90% 
освещаемой площади заняты СЭ.  
Снижение стоимости ФЭМ путем уменьшения (при равной электрической мощности) 
требуемой  поверхности  СЭ  за  счет  концентрации  солнечной  энергии  весьма  перспективно, 
однако  имеет  смысл  лишь  в  том  случае,  если  стоимость  концентрирующей  системы 
(собственно  концентрирующего  и  опорно-поворотного  устройств,  систем  слежения  за 
Солнцем и охлаждения СЭ) будет ниже стоимости сэкономленной площади СЭ.  
При 
практической 
реализации 
фотоэлектрического 
преобразования 
концентрированного солнечного излучения необходимо решить ряд проблем, связанных 
с возрастанием мощности светового потока и наличием оптической части модуля.  
С  повышением  степени  концентрации  солнечного  излучения  пропорционально 
увеличивается плотность генерируемого в СЭ фототока, поэтому нужны специальные СЭ 
с  малыми  потерями  энергии  при  больших  токах.  Растет  тепловая  нагрузка  на  СЭ  и 
снижается  его  КПД,  что  требует  создания  эффективной  системы  охлаждения  СЭ. 
Концентраторы  излучения  должны  быть  высокоэффективными  и  дешевыми. 
Необходимость  точного  наведения  и  слежения  за  положением  Солнца  усложняет 
конструкцию и эксплуатацию установок, их масса и габаритные размеры увеличиваются.  
Простейшие  концентраторы  обладают,  как  правило,  небольшой  степенью 
концентрации, но позволяют частично или полностью исключить проблему слежения за 
Солнцем и имеют простейшую воздушную систему охлаждения СЭ. Одним из первых и 
сравнительно простых вариантов ФЭУ со слабоконцентрирующей системой без следящей 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
75
системы  был  модуль,  состоящий  из  традиционной  солнечной  батареи  (СБ)  с  плоскими 
концентраторами.  
В рабочем положении модули обычно устанавливаются под некоторым оптимальным 
углом, зависящем от широты местности, но отсутствие слежения за Солнцем обуславливает 
определенные потери при получении электроэнергии. Дальнейшее развитие этого направления 
привело  к  созданию  концентраторных  модулей  с  упрощенной  системой  ориентации  и 
уменьшенными размерами. 
Небольшие размеры позволяют устанавливать его не только на земле, но и на крышах 
домов. 
Однако  подобные  системы  обладают  определенными  недостатками.  Среднегодовая 
выработка  энергии  модулем  с  неподвижным  концентратором  ниже,  чем  у  плоского  ФЭМ 
такой же площади, из-за потерь солнечной энергии при неоптимальных углах падения лучей, а 
снижение  стоимости  установки  при  включении  в  нее  системы  слежения  может  быть 
недостаточным для получения дешевой электроэнергии.  
В  данной  работе  рассматривается  вопросы  оптимизации  угла  наклона  панели 
оптические системы ФЭС, обеспечивающие на поверхности СЭ более высокую освещенность, 
что  позволяют значительно сократить количество дорогих солнечных элементов.  
Ориентация солнечных панелей 
Солнечный свет проходит свой путь от Солнца до Земли по прямой линии. Когда 
он  достигает  атмосферы,  часть  света  преломляется,  а  часть  достигает  земли  по  прямой 
линии.  Другая  часть  света  поглощается  атмосферой.  Преломленный  свет - это  то,  что 
обычно называется диффузной радиацией, или рассеянным светом. 
Та часть солнечного света, которая достигает поверхности земли без рассеяния или 
поглощения - это прямая радиация. Прямая радиация - наиболее интенсивная. 
Солнечные модули производят электричество даже, когда нет прямого солнечного 
света. Поэтому, даже при облачной погоде фотоэлектрическая система будет производить 
электричество.  Однако,  наилучшие  условия  для  генерации  электроэнергии  будут  при 
ярком  солнце  и  при  ориентации  панелей  перпендикулярно  солнечному  свету.  Для 
местностей  северного  полушария  панели  должны  быть  ориентированы  на  юг,  для  стран 
южного полушария - на север.  
На  практике,  солнечные  панели  должны  быть  ориентированы  под  определенным 
углом  к  горизонтальной  поверхности.  Около  экватора  солнечные  панели  должны 
располагаться под очень маленьким углом (почти горизонтально), для того, чтобы дождь 
смывал пыль и грязь с фотоэлектрических модулей.  
Небольшие отклонения от этой ориентации не играют существенной роли, потому 
что в течение дня солнце двигается по небу с востока на запад. 
 
 
1 - прямая; 2 - поглощение; 3 - отражение; 4 - непрямая. 
Рисунок  1 – Схема распределения солнечной радиации 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
76
Только малая доля солнечного излучения достигает поверхности земли. 
Расчет  показывает  (табл. 1), что  доля  производства  энергии  фотоэлектрической 
системой при наклоне 41 градусов, для широты местности 42 градуса северной широты. 
Таблица 1 - Доля солнечного излучения по ориентации СЭУ 
Запад 
Юго-запад 
Юг 
Юго-восток 
Восток 
76% 91%  97%  92% 
76% 
Угол  наклона  солнечных  батарей.  Солнце  двигается  по  небу  с  востока  на  запад. 
Солнечные панели наиболее эффективно работают, когда они направлены на солнце и их 
поверхность  перпендикулярна  солнечным  лучам.  Солнечные  панели  обычно 
располагаются на крыше или поддерживающей конструкции в фиксированном положении 
и  не  могут  следить  за  положением  солнца  в  течение  дня.  Поэтому,  обычно  солнечные 
панели  не  находятся  под  оптимальным  углом (90 градусов)  в  течение  всего  дня.  Угол 
между  горизонтальной  плоскостью  и  солнечной  панелью  обычно  называют  углом 
наклона.  
Вследствие  движения  Земли  вокруг  Солнца,  имеют  место  также  сезонные 
вариации. Зимой солнце не достигает того же угла, как летом. В идеале, солнечные панели 
должны располагаться летом более горизонтально, чем зимой. Поэтому угол наклона для 
работы летом выбирается меньше, чем для работы зимой. Если нет возможности менять 
угол  наклона  дважды  в  год,  то  панели  должны  располагаться  по  оптимальным  углом, 
значение  которого  лежит  где-то  посередине  между  оптимальными  углами  для  лета  и 
зимы. Для каждой широты есть свой оптимальный угол наклона панелей. 
Обычно  принимается  для  весны  и  осени  оптимальный  угол  наклона  равным 
значению широты местности. Для зимы к этому значению прибавляется 10-15 градусов, а 
летом  от  этого  значения  отнимается 10-15 градусов.  Поэтому  обычно  рекомендуется 
менять дважды в год угол наклона с "летнего" на "зимний". Если такой возможности нет, 
то угол наклона выбирается примерно равным широте местности.  
 
1 – зимой, 2 – летом. 
Рисунок 2 – Оптимальный угол наклона ФЭС зимой и летом 
Небольшие  отклонения  до 5 градусов  от  этого  оптимума  оказывают 
незначительный  эффект  на  производительность  модулей.  Различие  в  погодных условиях 
более  влияет  на  выработку  электричества [1,2]. Для  автономных  систем  оптимальный 
угол  наклона  зависит  от  месячного  графика  нагрузки,  т.е.  если  в  данном  месяце 
потребляется больше энергии, то угол наклона нужно выбирать оптимальным именно для 
этого месяца.  

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
77
Вывод. 
В  данной  статье  рассматриваются  вопросы  оптимизации  угла  наклона 
панели  оптической  системы  ФЭС,  обеспечивающие  на  поверхности  СЭ  более  высокую 
освещенность,  что    позволяют  значительно  сократить  количество  дорогих  солнечных 
элементов. 
ЛИТЕРАТУРА 
1. Аль-Оран  Б.Ф.,  Ахмедов  Ф.А.,  Захидов  Р.А.,  Муминов  Р.А.  Автономные  фото-
электрические установки в условиях жаркого климата. – М.: Гелиотехника, 1994. – № 6. –   С. 10-16. 
2. Твайделл  Дж.,  Уэйр  А.  Возобновляемые  источники  энергии. – М.:  Энергоатомиздат, 
1990. – 200 с. 
3.
Захидов Р.А., Койфман А.И., Смоляк А.М. – М.: Гелиотехника, 1994. – № 4. - С. 67-71. 
 
 
 
УДК 621.396.679.4 
Арынов  Азамат Каскырбекович – магистрант (г. Алматы, КазАТК) 
ВИДЫ РЕФЛЕКТОРОВ ДЛЯ АНТЕНН БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ 
Поскольку  одной  из  основных  задач,  стоящих    перед  разработчиками  антенно-
фидерных  устройств,  является  разработка  рефлекторов  для  антенн  базовых  станций  с 
целью  приблизить  ее  к  секторной  форме,  рассмотрим    несколько  перспективных  видов 
рефлекторов для антенн базовых станций. 
Штыревая  антенна c перпендикулярным  рефлектором.  Конструкцию  штыревой 
антенны  можно  несколько  улучшить,  использовав  перпендикулярный  к  антенне 
рефлектор – металлическую  поверхность  (экран),  выполняющую  функцию  идеальной 
заземляющей поверхности.  
Трехмерная  диаграмма  направленности,  а  также  вертикальная  диаграмма 
направленности  штыревой  четвертьволновой  антенны  с  перпендикулярным  отражателем 
показаны на рисунке  1. 
а – трехмерная диаграмма направленности (антенна расположена вдоль оси Z, 
рефлектор находится в плоскости XY); б – вертикальная диаграмма направленности. 
Рисунок 1 – Штыревая четвертьволновая антенна с перпендикулярным отражателем  

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
78
Для  четвертьволновой  антенны  в  случае  идеального  бесконечного  рефлектора 
коэффициент  усиления  в  несколько  раз  больше    коэффициента  усиления  антенны  без 
рефлектора.  Как  и  в  случае  обычной  штыревой  антенны,  штыревую  антенну  с 
перпендикулярным рефлектором наиболее целесообразно устанавливать в центре соты [1]. 
Еще один способ модифицирования штыревой антенны заключается в том, чтобы 
использовать  не  перпендикулярный,  а  параллельный  антенне  рефлектор.  В  этом  случае 
существенно меняется ее диаграмма направленности и в горизонтальной плоскости такая 
антенна перестает быть изотропной. 
Вид  диаграммы  направленности  в  горизонтальной  плоскости  (в  плоскости, 
перпендикулярной антенне) зависит и от размеров самой антенны, и от расстояния между 
антенной и отражателем. 
На  рисунке 2 показана  трехмерная  диаграмма  направленности,  а  также 
вертикальная  диаграмма  направленности  штыревой  четвертьволновой  антенны  с 
параллельным отражателем при расстоянии между антенной и отражателем 1/4λ. 
а – трехмерная диаграмма направленности (антенна расположена параллельно оси X, 
отражатель находится в плоскости XY); б – вертикальная диаграмма направленности. 
Рисунок 2 – Штыревая четвертьволновая антенна с параллельным отражателем  
Для  четвертьволновой  антенны  в  случае  идеального  бесконечного  рефлектора, 
расположенного  на  расстоянии 1/4λ  от  антенны,  коэффициент  максимального  усиления 
больше  коэффициента  усиления  штыревой  антенны  с  перпендикулярным  рефлектором. 
Такую антенну целесообразно располагать возле стены [2]. 
Антенна типа "волновой канал" (рис. 3) состоит из ряда параллельных вибраторов, 
расположенных в одной плоскости: полуволнового линейного или петлевого вибратора, к 
которому  подключен  кабель  снижения  (активный  вибратор),  рефлектора,  и  директоров 
(пассивные вибраторы). 
В  диапазонах  метровых  и  дециметровых  волн  находят  применение  директорные 
антенны или антенны «волновой канал». Часто их называют антеннами Уда-Яги  по имени 
их  изобретателей.  Антенна  состоит  из  активного  вибратора,  рефлектора  и  ряда 
директоров.
 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
79
 
Рисунок 3 – 4-х элементная директорная антенна 
Директорные антенны  – это  антенные решетки продольного  излучения, поэтому 
для получения их качественных характеристик необходимо обеспечить в вибраторах фазы 
токов, меняющихся по линейному закону [3]. 
  Если  принять  фазу  тока  активного  вибратора  за  ноль,  то  фазы  токов  директоров 
должны  быть  отрицательными  (отстающими),  фаза  тока  рефлектора – положительной 
(опережающей).  Фазы  токов  пассивных  вибраторов  определяются,  с  одной    стороны, 
фазой  напряженности  поля  излучения,  с  другой  стороны,  фазой  (аргументом) 
комплексного входного сопротивления вибраторов [4]. 
Около    каждого    пассивного    вибратора    поле  будет  создаваться    не    только 
активным вибратором, но и всеми пассивными. Однако особенность антенн продольного 
излучения такова, что все их элементы создают в направлении главного максимума поля 
одинаковой  фазы.  У  директорной  антенны  фазы    полей  всех  вибраторов    получаются 
почти  такими  же,  как  фаза  поля  активного  вибратора.  Разница  фаз  между  этим  полем  и 
током  элемента  антенны  почти  равна  π/2.  Чтобы  в  системе  директоров    обеспечить  
требующееся    для    антенны    продольного    излучения    фазовое    распределение,  нужно  
скомпенсировать  дополнительное  отставание  фазы  подбором  входного сопротивления 
вибраторов.  Входное  сопротивление  Zвхn  директоров  должно  также  иметь 
отрицательную  фазу [5]. Это  означает,  что  реактивная  составляющая    входного 
сопротивления должна иметь  отрицательный знак  (емкостный характер). Из теории же 
симметричного    вибратора    известно,  что  отрицательную    реактивную    составляющую  
входного  сопротивления    имеет    симметричный    вибратор  при    длине    2l<λ/2 (меньше 
первой резонансной длины).   
Рассмотрим  рефлектор  в    виде  пассивного  вибратора.  Фаза  тока  рефлектора  
должна  быть  положительной  (опережающей).  Напряженность поля  имеет,  наоборот, 
отставание,  превышающее  π/2.  Скомпенсировать  такое  большое  отставание    и    еще 
придать  току  положительную  фазу  подбором  входного  сопротивления    вибратора 
невозможно.  Выход  найден  такой.  Фаза  имеет  период  2π.  Фаза  тока  не  меняется  от  ее 
увеличения  или  уменьшения  на N2π,  где N – целое  число.  Следовательно,  
положительную  фазу можно получить  добавлением  к  отрицательной фазе величины 2π.    
Можно было бы обеспечить необходимую фазу тока в рефлекторе, беря вибратор  с 
нулевой  фазой  входного  сопротивления  (резонансный)  и  поместить  его    на    расстояние 
приближенно  равное (3/8)λ [3]. Но  помещенный  на  таком  большом  расстоянии  от 
активного вибратора рефлектор будет малоэффективен, так как амплитуда тока получится 
на  нем  слишком  малой.  Максимальное  расстояние  рефлектора  от    активного    вибратора  
не    делается    больше    λ/4.  Для    обеспечения    нужного    фазового    распределения,  при  
уменьшении  расстояния  с  (3/8)λ  до  λ/4,  необходимо,  чтобы  входное  сопротивление  

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
80
рефлектора    имело    положительную    фазу,  т.е.  реактивная    часть    входного  
сопротивления    будет    положительной    (индуктивной).  Индуктивное    же    входное 
сопротивление  имеет  вибратор  длиной  2l>λ/2    (больше  первой  резонансной длины).   
Следует иметь в виду, что направленность антенны зависит не только от фазового,  
но    и    от  амплитудного    распределения.  Значительные  отклонения    длин    пассивных  
вибраторов  от    указанных, (рефлектора  в  сторону  удлинения,  директоров    в    сторону 
укорочения)  должно  привести  к  росту  модуля Z вх i, главным  образом,  за  счет    роста 
реактивной составляющей, и к уменьшению амплитуды тока, что, в свою очередь, должно 
уменьшить  вклад  таких  вибраторов  в  величину  коэффициента  направленного  действия 
антенны.  Рефлектор помещается на расстоянии примерно 0,15λ от активного вибратора. 
Директоры помещаются на расстоянии 0,1λ-0,35λ соответственно от активного  вибратора 
и друг от друга. Рекомендуется при малом числе директоров (2-3) сделать это расстояние 
равным 0,1λ-0,2λ, при большом числе директоров (больше 5) – 0,25λ-0,35λ. 
Длина  рефлектора  и  его  расстояние  до  активного  вибратора  подобраны  таким 
образом, что излучение рефлектора ослабляет излучение активного вибратора в обратном 
направлении и усиливает его в прямом направлении. Таким образом, рефлектор является 
своеобразным  отражателем,  обеспечивающим  формирование  однонаправленной 
характеристики излучения (приема). Нередко в качестве рефлектора используется система 
вибраторов  или  сетка.  Усилению  излучения  в  прямом  направлении  способствуют 
директоры,  которые  возбуждаются,  как  и  рефлектор,  под  воздействием  излучения 
активного  вибратора.  Следовательно,  усиление  антенны  тем  больше,  чем  больше  число 
директоров. Однако, чем больше число директоров в антенне, тем меньше сказывается на 
ее усилении добавление каждого нового директора и тем сложнее добиться согласованной 
работы  всех  директоров.  Одновременно  это  ведет  к  сужению  полосы  пропускания 
антенны. 
 К  достоинствам  антенны  можно  отнести  сравнительно  высокий  коэффициент 
усиления  при  простоте  конструкции.  Антенна  обладает  четко  выраженными 
резонансными  свойствами  и  поэтому  может  успешно  использоваться  в  системах 
симплексной и узкополосной связи, например, в стандарте CDMA. 
 К  недостаткам  антенны  следует  отнести  сложность  ее  настройки  при  числе 
директоров более трех. Антенны, собранные даже по одному чертежу на одной и той же 
линии,  оказываются  настроенными  по-разному  и  не  допускают  дополнительной 
настройки.  Таким  образом,  реальное  усиление  некачественно  изготовленной  антенны 
значительно  ниже  указанного  в  паспорте  (в  среднем  на 2-2.5 дБ).  Кроме  того,  узкая 
резонансная  полоса  пропускания  ведет  к  резкому  снижению  коэффициента  усиления  в 
системах  связи,  где  используют  дуплексные  частоты  с  большим  разносом.  Например, 
стандарт  использует  частоты 824-840 и 869-894 МГц  и  использование  антенны  типа 
"волновой  канал",  настроенной  на  середину  этого  диапазона,  приводит  к  заметному 
ухудшению  работы  антенны  на  краях  диапазона  (то  есть  на  рабочих  частотах).  То  же 
самое относится к стандарту GSM-900/1800.  
Объемный  уголковый  рефлектор  для  применяется  улучшения  диаграммы 
направленности.  В  антеннах  волновой  канал  предназначен  как  для  индивидуального 
приема, так и для коллективных сетей и антенных портов в сложных условиях приема. 
Панельная  антенна.    Особенности  функционирования  сетей UMTS предъявляют 
повышенные требования к подавлению боковых и задних лепестков ДН в горизонтальной 
плоскости.  В  идеале,  панельная  антенна  должна  излучать  в  секторе 120°, резко  снижая 
уровень излучения за его пределами. На практике производители добиваются подавления 
уровня  излучения  назад  на 30 дБ.  Однако,  важно  подавить  излучение  назад  в  широком 
секторе углов. 
 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
81
 
Рисунок 4 – Многоэлементный (43 элемента)  волновой канал 
На уровень излучения в задней полусфере ДН основную роль играет конструкция 
рефлектора  антенны.  Чаще  всего,  производители  панельных  антенн  применяют 
рефлектор,  выполненный  методом  штамповки  из  алюминиевого  листа,  который 
представляет собой профиль с отогнутыми краями в виде буквы П [2]. 
В низких диапазонах частот эффективность такого рефлектора достаточно высока, 
однако  для  снижения  уровня  излучения  назад  в  диапазонах  частот 1710 - 2170 МГц 
приходится 
применять 
дополнительные 
элементы, 
располагаемые 
вокруг 
соответствующих излучателей (Kathrein), либо на обратной стороне антенны (Andrew). 
Powerwave в конструкции рефлектора своих панельных антенн активно использует 
U-образные четвертьволновые профили для снижения затекания ВЧ токов за рефлектор с 
целью уменьшения уровня задних и боковых лепестков излучения, добиваясь подавления 
излучения назад на 25-30 дБ в секторе 120-150°. 
Зигзагообразная антенна.  Антенны этого типа в диапазоне частот, используемых в 
сотовой  телефонии,  позволяют  реализовать  хорошие  характеристики  при  небольших 
габаритах,  достаточно  просты  в  изготовлении  и  настройке,  обладают  хорошей 
повторяемостью параметров при их производстве. 
Зигзагообразная  антенна  состоит  из  восьми  замкнутых  проводников  длиной L, 
образующих  две  ромбовидные  ячейки  (см.
 
рис. 5). Конструкция  антенны  такова,  что  ее 
проводники, возбуждаемые в точках А и Б, образуют своеобразную синфазную антенную 
решетку  из  четырех  вибраторов.  Пучности  (максимумы)  тока  располагаются  у  точек 
питания  и  в  углах,  обозначенных  буквами  П.  Антенна  имеет  линейную  поляризацию,  в 
показанном на рисунке случае – вертикальную. 
Диаграмма  направленности  антенны  сохраняется  в  диапазоне  частот  с 
перекрытием  f
max
/f
min
 = 2-2,5. Характеристика  направленности  антенны  симметрична 
относительно плоскости расположения ее проводников. 
Для  увеличения  направленности  зигзагообразной  антенны  применяют  рефлектор, 
отражающий  падающую  на  него  часть  энергии  в  сторону  полотна  антенны.  Фаза  поля, 
отраженного  рефлектором,  в  плоскости  полотна  антенны  должна  быть  близка  к  фазе 
поля,  излучаемого  самим  полотном,  тогда  сложение  синфазных  полей  излучаемого  и 
отраженного  сигналов  увеличивает  коэффициент  направленного  действия  (КНД) 
антенны.  Фаза  отраженного  поля  зависит  от  формы  и  размеров  экрана,  но,  главным 
образом, и от расстояния между ним и полотном антенны. 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
82
 
Рисунок 5 – Зигзагообразная антенна 
«Зига» - антенны  с  наивысшим  коэффициентом  использования  поверхности  при 
минимальном числе точек питания. Широкий рабочий диапазон частот (fmax / fmin = 2-
2,5),  что  позволяет  ей  работать  даже  в  режиме  сильного  обледенения  без  ощутимого 
изменения  своих  электрических  параметров  (в  отличие,  например,  от  антенн  типа 
«волновой  канал»,  которые  являются  резонансными  и по  входному  сопротивлению  и  по 
диаграммам  направленности,  и  в  результате  дождь,  снегопад,  обледенение  и  тому 
подобные  факторы  уводят  элементы  этих  антенн  от  состояния  настройки  в  резонанс). 
Производятся  с  различными  усилениями: 11 дБi, 14 дБi, 17 дБi.  Производятся  также 
двунаправленные  антенны  семейства  «Зига» - их  выгодно  использовать  там,  где 
корреспонденты расположены в ряд по одной линии или в секторах сопряжённых углов не 
превышающих 60 градусов. Усиление таких антенн от 7 дБ выше. 
Полотно антенны 1 и рефлектор 2 изготовлены из односторонне фольгированного 
стеклотекстолита марки СФ-1 толщиной 1...1.5 мм.  
Уголковая  антенна.  Для  повышения  усиления  одиночного  вибратора    часто 
используют  уголковый  отражатель  (рис. 6). В    силу    равенства    углов    отражения    и  
падения    нетрудно    показать,  что  в  этой  конфигурации  к  вибратору  вернется  большая 

жүктеу/скачать 8,59 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: