ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations / Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ
Not a member yet
1437 research outputs found
Sort by
Симметрийно-резонансный механизм компенсации паразитных моментов генератора на постоянных магнитах при стабильной нагрузке
Get PDFVibration and torque ripple of the permanent magnet generator axis cause excessive wearing up of the generator, noise, efficiency reduction. The article theoretically considers the possibility of eliminating the oscillation of the rotation torque of the permanent magnets generator at constant load due to mutual compensation of the interaction of coils with the field of permanent magnets in the case of certain symmetry of this field. This effect is called pi resonance. For a given class of model functions of the magnetic field density of permanent magnets, it is shown that full compensation occurs with a certain number of coils (Ns) and magnets (Nr), while for other combinations of {Ns, Nr} the interaction is in the nature of oscillations. Pi resonance tables are given for a number of model field density functions represented by Fourier series up to the fifth power. Pi resonance is primarily realized in the case of a small difference in the values of Nr and Ns, which corresponds to the location near the main diagonal of the pi resonance table, as well as at the values of Nr, Ns corresponding to prime numbers. The number of configurations {Nr, Ns} providing pi resonance (compensation of parasitic torques) is the largest for the sinusoidal magnetic flux density and decreases if the magnetic flux density function is approximated by a high-degree Fourier series. It is shown that in the absence of coil cores, pi resonance is possible at Nr = Ns. An additional possibility of pi resonance is shown when placing coils on opposite sides of the rotor. A simplified method of investigating the system (without integrating the equation for the induction current) is substantiated. The results can be used in the design of permanent magnets generators and motors. Вибрации и неравномерность момента на оси генератора на постоянных магнитах приводят к его усиленному износу, шумности, снижению эффективности работы. В статье теоретически рассмотрена возможность устранения осцилляций момента вращения генератора на постоянных магнитах при постоянной нагрузке за счет взаимной компенсации взаимодействия катушек с полем постоянных магнитов при определенной симметрии этого поля. Данный эффект назван пи-резонансом. Для заданного класса модельных функций плотности магнитного поля постоянных магнитов показано, что полная компенсация наступает при определенном числе катушек (Ns) и магнитов (Nr), в то время как для прочих комбинаций {Ns, Nr} взаимодействие носит характер осцилляций. Приведены таблицы пи-резонанса для ряда модельных функций плотности поля, представимых рядами Фурье до пятой степени. Пи-резонанс прежде всего реализуется в случае небольшого различия в значениях Nr и Ns, что соответствует расположению вблизи главной диагонали таблицы пи-резонансов, а также при Nr, Ns, соответствующих простым числам. Количество конфигураций {Nr, Ns}, обеспечивающих пи-резонанс (компенсацию паразитных моментов), наибольшее для синусоидальной плотности магнитного потока и уменьшается, если функция плотности магнитного потока аппроксимируется рядом Фурье высокой степени. В случае отсутствия сердечников катушек пи-резонанс возможен при Ns = Nr. Показана дополнительная возможность пи-резонанса при размещении катушек с противоположных сторон от ротора. Обоснован упрощенный метод исследования системы (без интегрирования уравнения для тока индукции). Результаты могут быть использованы при конструировании генераторов и моторов на постоянных магнитах.
Определение потерь в стали и оптимизация толщины листов магнитопровода трансформатора
Get PDFCurrently, transformer manufacturers are tasked with creating energy-efficient devices with a reduction of steel losses of up to 44 %. Appropriate theoretical developments are needed for its implementation. With a reduction of eddy-current losses, caused, for example, by reduction of decrease in the thickness of the magnetic conductor sheets, hysteresis losses simultaneously increase. A similar effect is caused by changing the size of the crystal grain of steel, thermomagnetic treatment and other technological impacts. In this regard, the exact determination of the components of total losses in steel is an urgent problem, the solution of which would minimize total losses. The article analyzes the expressions that determine the specific losses for eddy currents and hysteresis through the parameters of the magnetic circuit, and states that this technique is too complicated for engineering calculations. Since eddy current losses are proportional to the square of the frequency, and hysteresis losses are proportional to the frequency in the first degree, simple calculated expressions of eddy current and hysteresis losses have been obtained using the wattmetric method. Based on the fact that the dependence of the magnetization loss on the thickness of the magnetic conductor plates is a decreasing linear function, and the eddy current loss is an ascending parabolic function, an expression of the optimal thickness of the plates has been found, the implementation of which makes the losses of steel minimal. This information will make it possible to minimize total steel losses more effectively by varying the design parameters and the material of the magnetic conductor. It is shown that the charted idling losses of transformers manufactured by different manufacturers differ by more than 30 % and can be rounded and underestimated; therefore it is advisable to obtain this parameter as a result of an experiment (idling experiment).В настоящее время перед заводами – изготовителями трансформаторов поставлена задача создания энергоэффективных аппаратов с понижением потерь в стали до 44 %. Для ее реализации необходимы соответствующие теоретические разработки. Со снижением вихретоковых потерь, например, за счет уменьшения толщины листов магнитопровода, одновременно возрастают потери на гистерезис. Аналогичный эффект дает изменение размеров кристаллического зерна стали, термомагнитная обработка и другие технологические меры. В связи с этим точное определение составляющих суммарных потерь в стали представляет собой актуальную проблему, решение которой позволило бы минимизировать суммарные потери. В статье проанализированы выражения, определяющие удельные потери на вихревые токи и на гистерезис через параметры магнитопровода, и установлено, что данная методика слишком сложна для инженерных расчетов. Поскольку потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты, а потери на гистерезис – частоте в первой степени, с использованием ваттметрического метода получены простые расчетные выражения потерь на вихревые токи и на гистерезис. Исходя из того, что зависимость потерь на перемагничивание от толщины пластин магнитопровода является спадающей линейной функцией, а потерь на вихревые токи – восходящей параболической функцией, найдено выражение оптимальной толщины пластин, при которой полные потери в стали минимальны. Данная информация позволит более эффективно минимизировать полные потери в стали за счет варьирования конструктивных параметров и материала магнитопровода. Показано, что паспортные потери холостого хода трансформаторов, изготовленных разными производителями, отличаются более чем на 30 % и могут быть округлены и занижены, поэтому данный параметр целесообразно получать в результате эксперимента (опыта холостого хода)
Формирование ортогональных составляющих входных сигналов в цифровых измерительных органах защит с коррекцией динамических погрешностей
Get PDFDigital measuring elements in microprocessor protections of electrical installations are implemented mainly with the use of orthogonal components of input signals. To form orthogonal components in microprocessor protections, digital Fourier filters are most widely used, the action of which is al-ways inertial in transient modes. As a result, a dynamic error appears, changing over time and completely disappearing when a steady-state regime occurs. The dynamic error consists of amplitude and phase errors, which can significantly affect the functioning of digital measuring elements and create conditions for their excessive triggering during external short circuits and deceleration of triggering during internal short circuits. Therefore, it is advisable to compensate for the dynamic error, for which it is proposed to determine the amplitude and phase of the fundamental harmonic signal by specially formed orthogonal components. The proposed method of forming orthogonal components of the signal with compensation of dynamic amplitude and phase errors is based on the use of orthogonal components of the digital Fourier filter, followed by the determination of their samples of the final orthogonal components that coincide with the orthogonal components of Fourier in steady-state mode and shifted in phase relative to the latter in transient mode. The amplitude and phase of the signal with minimal dynamic phase errors are calculated from the samples of the final orthogonal components in the digital measuring element. In the dynamic modeling environment of MATLAB-Simulink-SimPowerSystems, a digital model is implemented, which includes a power system, a three-phase group of current transformers, a load, a short-circuit block, as well as a model of a digital measuring element implemented on the basis of the final orthogonal components. The operation of the digital model was checked using two types of test effects, viz. a sinusoidal signal with a frequency of 50 Hz, and a signal close to the real secondary current of a short-circuit current transformer. As a result of the calculations, it was found that digital measuring elements made on the basis of the proposed methodology made it possible to reduce the relative dynamic amplitude and phase errors by three to four times, as compared with the Fourier measuring element taken as a reference.Цифровые измерительные органы в микропроцессорных защитах электроустановок реализуются в основном с использованием ортогональных составляющих входных сигналов. Для формирования ортогональных составляющих в микропроцессорных защитах наиболее широко применяются цифровые фильтры Фурье, действие которых в переходных режимах всегда инерционно. Вследствие этого появляется динамическая погрешность, изменяющаяся с течением времени и полностью исчезающая при наступлении установившегося режима. Она состоит из амплитудной и фазовой погрешностей, которые могут существенно влиять на функционирование цифровых измерительных органов и создавать условия для их излишних срабатываний при внешних коротких замыканиях и замедления срабатывания при внутренних коротких замыканиях. Для компенсации динамической погрешности предлагается определять амплитуду и фазу сигнала основной гармоники по специально сформированным ортогональным составляющим. Разработан метод формирования ортогональных составляющих сигнала с коррекцией динамических амплитудной и фазовой погрешностей. Он основывается на использовании ортогональных составляющих цифрового фильтра Фурье с последующим определением по их выборкам итоговых ортогональных составляющих, которые совпадают с первыми в установившемся режиме и сдвинуты по фазе по отношению к последним в переходном режиме. По выборкам итоговых ортогональных составляющих в цифровом измерительном органе вычисляются амплитуда и фаза сигнала с минимальными динамическими фазовыми погрешностями. В среде динамического моделирования MATLAB-Simulink-SimPowerSystems реализована цифровая модель, в состав которой входят энергосистема, трехфазная группа трансформаторов тока, нагрузка, блок короткого замыкания, а также модель цифрового измерительного органа, реализованная на основе итоговых ортогональных составляющих. Проверка функционирования цифровой модели проводилась с использованием двух видов тестовых воздействий – синусоидального сигнала с частотой 50 Гц, а также сигнала, приближенного к реальному вторичному току трансформатора тока при коротком замыкании. Расчеты показали, что цифровые измерительные органы, выполненные на основе предложенной методики, позволили снизить относительные динамические амплитудную и фазовую погрешности в три-четыре раза по сравнению с измерительным органом Фурье, принятым за эталон
Подавление хаотических колебаний в малых энергетических системах
Get PDFThe paper considers the suppression of chaotic oscillations in small energy systems that occur in emergency modes and lead to the phenomenon of voltage collapse, which corresponds to the process of voltage drop in the network, which can be accompanied by a complete shutdown of the affected area. The paper also presents a method that has been developed and that allows changing the spectrum of Lyapunov’s characteristic indicators and converting chaotic oscillations in a small power system to regular dynamic modes. The method of synthesis of control actions is based on the theorem of topological equivalence of hyperbolic nonlinear systems and their linearized models as well as on and the use of numerical integration of nonlinear differential equations describing the behavior of power systems in order to construct a phase portrait and calculate Lyapunov’s characteristic exponents. The results of the work consist in the synthesis of feedback, which ensures the formation of a spectrum of Lyapunov’s characteristic indicators with negative values. The suppression of chaotic regimes occurs by forming a spectrum of negative Lyapunov’s characteristic indicators in a closed system. The parameters of the regulator in the feedback circuit are determined using the modal control method based on the solution of the matrix algebraic Sylvester equation. The solution of the problem of transition from a chaotic regime to a regular movement in a small power system is considered. To test the operability of the proposed method of chaos suppression, the spectrum of Lyapunov’s characteristic indicators is calculated and trajectories in the phase space of the initial nonlinear system and the system with control action are constructed. For energy systems with chaotic dynamics, synthesized feedback makes it possible to suppress chaotic fluctuations and switch to regular modes, thereby preventing the occurrence of emergency modes.В статье рассмотрено подавление хаотических колебаний в малых энергосистемах, возникающих в аварийных режимах и приводящих к явлению коллапса напряжений, что соответствует процессу падения напряжения в сети, которое может сопровождаться полным отключением области поражения. Представлен разработанный метод, позволяющий изменить спектр характеристических показателей Ляпунова и преобразовать хаотические колебания в малой энергосистеме к регулярным динамическим режимам. Метод синтеза управляющих воздействий основан на теореме о топологической эквивалентности гиперболических нелинейных систем и их линеаризованных моделей и использовании численного интегрирования нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих поведение энергосистем, с целью построения фазового портрета и вычисления характеристических показателей Ляпунова. Результаты работы заключаются в синтезе обратной связи, обеспечивающей формирование спектра характеристических показателей Ляпунова с отрицательными значениями. Подавление хаотических режимов происходит путем формирования в замкнутой системе спектра отрицательных характеристических показателей Ляпунова. Параметры регулятора в цепи обратной связи определяются методом модального управления на основе решения матричного алгебраического уравнения Сильвестра. Рассмотрено решение задачи перехода от хаотического режима к регулярному движению в системе малой энергетики. Для проверки работоспособности предлагаемого метода подавления хаоса вычислен спектр характеристических показателей Ляпунова и построены траектории в фазовом пространстве исходной нелинейной системы и системы с управляющим воздействием. В энергосистемах с хаотической динамикой синтезированная обратная связь позволяет подавить хаотические колебания и перейти к регулярным режимам, тем самым предупреждая возникновение аварийных режимов
Исследование влияния схемы подключения алюминиевого радиатора марки STI на его теплотехнические характеристики
Get PDFAluminum radiators of various brands have become widespread on the market of heating equipment nowadays. It is possible to reduce the cost of manufacturing radiators by reducing the surface of the heat-emitting internal fins, while maintaining their appearance, and the heat transfer claimed by the manufacturer is being maintained high enough. Decree of the Government of the Russian Federation No 717 of June 17, 2017 introduced mandatory certification of all types of heating appliances. Deviations of the nominal thermal power of the section indicated in the device passport from the indicators established by the test results should not exceed the maximum permissible values (from –4 to +5 %). As a rule, no previous tests were carried out by the manufacturer. Thus, the study of the influence of the radiator connection mode with a reduced fin surface on its thermal characteristics is an urgent task. The article presents the results of the studies of a factory aluminum radiator with a reduced surface of STI Classic brand fins with a heat output of 1.92 kW under design conditions. The specified heat transfer of the device does not take into account its connection mode. The reduction of the inner and rear fins reduced its surface area by 28.8 %. As a result of the experiments carried out, it was found that the thermal power of the device is 22 % lower than the declared value when connected from top to bottom and 48 % lower when connected from bottom to top under design conditions. During the warmer period of the heating season, with a small temperature difference between the coolant and the indoor air, the average heat output of the radiator coincides with the declared value.Алюминиевые радиаторы различных марок получили широкое распространение на рынке нагревательных приборов. Снизить затраты на изготовление радиаторов можно путем уменьшения поверхности теплоотдающих внутренних ребер. При этом сохраняется их внешний вид, а заявленная производителем теплоотдача остается достаточно высокой. Постановлением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2017 г. № 717 введена обязательная сертификация всех типов отопительных приборов. Отклонения указанной в паспорте прибора номинальной тепловой мощности секции от показателей, установленных по результатам испытаний, не должны превышать предельно допустимых значений (от –4 до +5 %). Как правило, ранее испытания производителем не проводились. Таким образом, изучение влияния схемы подключения радиатора с уменьшенной поверхностью ребер на его теплотехнические характеристики является актуальной задачей. В статье представлены результаты исследований заводского алюминиевого радиатора с уменьшенной поверхностью ребер марки STI Сlassic тепловой мощностью 1,92 кВт при расчетных условиях. В заданной теплоотдаче прибора не учитывается схема его подключения. Уменьшение внутренних и тыльных ребер снизило площадь его поверхности на 28,8 %. В результате проведенных экспериментов установлено, что тепловая мощность прибора ниже заявленной на 22 % при подключении сверху вниз и на 48 % – при подключении снизу вверх при расчетных условиях. В теплый период отопительного сезона при небольшой разности температур теплоносителя и воздуха в помещении средняя тепловая мощность радиатора совпадает с заявленным значением.
Моделирование процесса получения жидких продуктов пиролиза растительной биомассы с учетом скорости их охлаждения
Get PDFThe article presents the results of computational and experimental studies of thermochemical conversion of wood biomass to obtain liquid pyrolysis products taking into account their cooling rate. The method of calculating the optimal operating parameters (temperature and cooling rate) of the techno-logical process is presented. An expression is proposed to determine the consumption of wood raw materials depending on the temperature of the thermochemical conversion process. It is noted that the mass yield of liquid pyrolysis products from the reactor poorly depends on temperature and is approximately 0.45 in the range from 573 to 923 K. To assess the effect of the cooling rate of liquid pyrolysis products, a third-order differential equation was used for a model limited by the reaction rate. It has been shown that when liquid pyrolysis products are cooled, the degree of their conversion tends to a certain value other than 1 (depending on the cooling rate). Calculated data on the dependence of the degrees of conversion of liquid wood pyrolysis products on time at different cooling rates and temperatures of thermochemical conversion of biomass have been obtained. It has been established also that the ratio of the mass yield of cooled liquid pyrolysis products to the initial loading of the pyrolysis reactor makes it possible to find optimal cooling conditions for the primary products of biomass pyrolysis carried out at certain temperatures. Graphs of the dependence of this parameter on the temperature of the thermochemical conversion of wood biomass for different cooling rates of liquid pyrolysis products are presented. It is shown that the maximum possible yield of liquid products is provided at a reactor temperature of 923–973 K and a cooling rate of 700000–1200000 degrees/min. However, achieving such cooling rates is rather a difficult technical task. Therefore, more limited temperature 773–800 K is accepted, at which a practically realizable cooling rate of primary biomass de-composition products is achieved.В статье представлены результаты расчетных и экспериментальных исследований термохимической конверсии древесной биомассы с получением жидких продуктов пиролиза с учетом скорости их охлаждения. Приведена методика расчета оптимальных режимных параметров (температуры и скорости охлаждения) технологического процесса. Предложено выражение для определения расхода древесного сырья в зависимости от температуры термохимической конверсии. Отмечено, что массовый выход жидких продуктов пиролиза из реактора слабо зависит от температуры и равен примерно 0,45 в диапазоне от 573 до 923 К. Для оценки влияния скорости их охлаждения использовано дифференциальное уравнение третьего порядка для модели, лимитированной скоростью реакции. Показано, что при охлаждении жидких продуктов пиролиза степень их конверсии стремится к определенному значению, отличному от 1. Получены расчетные данные по зависимости степени конверсии жидких продуктов пиролиза древесины от времени при различной скорости их охлаждения и температуре термохимической конверсии биомассы. Установлено, что отношение массового выхода охлажденных жидких продуктов пиролиза к начальной загрузке пиролизного реактора позволяет найти оптимальные условия охлаждения первичных продуктов пиролиза биомассы, осуществляемого при определенных температурах. Представлены графики зависимости указанного параметра от температуры процесса термохимической конверсии древесной биомассы для различных скоростей охлаждения. Показано, что максимально возможный их выход обеспечивается при температуре в реакторе 923–973 К и скорости охлаждения 700000–1200000 град./мин. Однако установление такой скорости – достаточно сложная техническая задача. Поэтому при осуществлении технологий получения жидких продуктов пиролиза ограничиваются температурами 773–800 К, при которых можно достичь практически реализуемой скорости охлаждения первичных продуктов разложения биомассы
Компенсация динамической фазовой погрешности при формировании ортогональных составляющих входных сигналов в микропроцессорных защитах
Get PDFIn microprocessor protections of electric power systems, the controlled information parameters of input signals are determined using their orthogonal components. To form these components, digital Fourier filters which have inertia are most widely used. As a result, transient modes of orthogonal components formation are accompanied by the appearance of a dynamic error. It consists of dynamic amplitude and phase errors, which can significantly affect the functioning of the corresponding measuring elements and cause the possibility of their excessive triggering during external short circuits and slowing down the triggering during internal short circuits. The reduction of the influence of these factors on the behavior of measuring elements is ensured by the use of high-speed shapers to isolate orthogonal components, as well as by compensating for dynamic phase error. The proposed method of forming orthogonal components of a signal with compensation for dynamic phase error is based on obtaining orthogonal Fourier components, followed by determining from their samples the calculated components that coincide or are shifted in phase relative to the orthogonal Fourier components, respectively, in steady-state and transient modes. The resulting orthogonal components with minimal dynamic phase errors are calculated in accordance with samples of calculated orthogonal components and Fourier components. The efficiency of the proposed solution was evaluated by a computational experiment using a digital model implemented in the MATLAB-Simulink dynamic modeling environment. At the same time, both sinusoidal input signals and complex ones with an aperiodic component and higher harmonics were used as test actions. As a result of the studies carried out, it has been found that the proposed method of compensation for dynamic phase error in the formation of orthogonal components is workable and effective for both sinusoidal and complex input signals. The developed compensation method reduces the dynamic phase error of digital Fourier filters by three to four times. В микропроцессорных защитах электроэнергетических систем определение контролируемых информационных параметров входных сигналов осуществляется с использованием их ортогональных составляющих. Для формирования указанных составляющих наиболее широко применяются цифровые фильтры Фурье, которые обладают инерционностью. Вследствие этого переходные режимы формирования ортогональных составляющих сопровождаются появлением динамической погрешности. Она состоит из динамических амплитудной и фазовой погрешностей, которые могут существенно влиять на функционирование соответствующих измерительных органов и создавать возможность для их излишних срабатываний при внешних коротких замыканиях и замедления срабатывания при внутренних коротких замыканиях. Снижение влияния указанных факторов на поведение измерительных органов обеспечивается использованием для выделения ортогональных составляющих быстродействующих формирователей, а также посредством компенсации динамической фазовой погрешности. Предлагаемый метод основывается на получении ортогональных составляющих Фурье с последующим определением по их выборкам расчетных составляющих, которые совпадают или сдвинуты по фазе относительно первых соответственно в установившемся и переходном режимах. По выборкам расчетных ортогональных составляющих и составляющих Фурье вычисляются результирующие ортогональные составляющие с минимальными динамическими фазовыми погрешностями. Оценка эффективности предложенного решения выполнялась методом вычислительного эксперимента с помощью цифровой модели, реализованной в среде динамического моделирования MATLAB-Simulink. При этом в качестве тестовых воздействий использовались как синусоидальные входные сигналы, так и сложные с содержанием апериодической составляющей и высших гармоник. В результате исследований установлено, что предлагаемый метод компенсации динамической фазовой погрешности при формировании ортогональных составляющих является работоспособным и эффективным как при синусоидальном, так и при сложном входных сигналах. Разработанный метод компенсации обеспечивает снижение динамической фазовой погрешности цифровых фильтров Фурье в три-четыре раза
О целесообразности прокладки вне населенных пунктов кабельных линий электропередачи напряжением 6–35 кВ вместо воздушных
Get PDF. It is noted that at present, 10 and 35 kV overhead power transmission lines are being laid outside the settlements of the Republic of Belarus on reinforced concrete vibrated (10 kV) and centrifuged (35 kV) poles that are characterized by low reliability and damaging the environment (on account of alienation of land for poles, the need to make a wide clearing for laying in the forest, obstructions by poles and wires of lines to the operation of agricultural machinery, the danger of electric shock to personnel and the public). It is possible to avoid these disadvantages if, instead of overhead lines, power transmission cables with cables insulated by cross-linked polyethylene are used which are characterized by a very low failure flow parameter. Contrary to the prevailing opinion about the higher cost of cable power transmission lines compared to overhead ones of the same rated voltage, it turned out that, taking into account reliability, the cost of electricity lost in the lines for a year, damage to the environment and to the power system caused by the need to perform more expensive emergency repairs (as compared to a planned one), laying cable lines with three-core and single-core cables of a voltage of 10 and 35 kV instead of overhead cables outside the populated area is fairly justified. In this connection, the laying of three-core cables is more preferable. It should be also borne in mind that with an increase in the length of cable lines, the capacitive earth fault current increases, to compensate for which additional devices are needed to be installed in power centers, viz. arc-extinguishing reactors or resistors, accounting for the cost of which (up to 22 % of the cost of one kilometer of cable line) does not significantly affect the conclusions we have drawn regarding the effectiveness of using 6–35 kV cable power lines in an unpopulated area instead of overhead ones, however.В настоящее время в Республике Беларусь вне населенных пунктов прокладываются воздушные линии электропередачи напряжением 10 и 35 кВ на железобетонных вибрированных (10 кВ) и центрифугированных (35 кВ) стойках опор. Они отличаются низкой надежностью и наносят ущерб окружающей среде, поскольку требуют отчуждения земли под опоры и вырубки широкой просеки для прокладки в лесном массиве. Кроме того, опоры и провода линий электропередачи создают препятствия для работы сельскохозяйственных машин, несут опасность поражения электрическим током персонала и населения. Избежать отмеченных недостатков можно, заменив воздушные линии кабельными, в которых используются кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, характеризующиеся весьма низким параметром потока отказов. Вопреки сложившемуся мнению о более высокой стоимости кабельных линий электропередачи по сравнению с воздушными того же номинального напряжения, оказалось, что при учете надежности, стоимости потерянной в линиях за год электроэнергии, ущерба окружающей среде и энергосистеме от необходимости выполнения более дорогостоящих по сравнению с плановыми аварийных ремонтов, прокладка кабельных линий с одно- и трехжильными кабелями на напряжение 10 и 35 кВ вместо воздушных вне населенной местности вполне оправданна. При этом более предпочтительна прокладка трехжильных кабелей. Следует иметь в виду, что с увеличением протяженности кабельных линий растет емкостный ток замыкания на землю, для компенсации которого в центрах питания необходимо устанавливать дополнительные средства – дугогасящие реакторы или резисторы, учет стоимости которых (до 22 % от стоимости 1 км кабельной линии) тем не менее не оказывает существенного влияния на сделанные нами выводы относительно эффективности применения кабельных линий электропередачи напряжением 6–35 кВ в ненаселенной местности вместо воздушных
Разработка аналитической модели для определения магнитного потока рассеяния через зубцы статора синхронной электрической машины с дробной зубцовой обмоткой
Get PDFThe article presents a two-dimensional finite element model of the magnetic field of a magnetic system of a synchronous electric machine with fractional gear windings. The specific features of the distribution of magnetic fluxes (main effect, edge effect, scattering) in the magnetic system have been revealed and equivalent circuits of the magnetic circuit of the electric machine under study have been constructed at different positions of the stator gear relative to the rotor poles. The necessity of taking into account the edge effect and the dependence of the scattering flux through the gears of the stator on the coordinate of the rotor position has been justified, which is reflected in the analytical model that has been developed for determining the scattering flux through the gears of the stator of a synchronous electric machine with a fractional gear winding. The adequacy of analytical expressions was verified by means of a numerical method (finite element method). The resulting calculation error is due to the assumptions made when construсting an equivalent circuit of the magnetic circuit of the electric machine under study. A slight discrepancy between the results of the analytical calculation and the numerical experiment shows that the proposed model makes it possible to solve the problem of quantifying the magnitude of the magnetic flux scattering through the gears of the stator with high accuracy. In addition, this ensures an accurate determination of the influence of the geometric parameters of the magnetic circuit on the nature of the change in the periodic function of the scattering flow through the stator gear in the shortest time, which is of an obvious practical significance. The presented analytical model can be used in the process of optimizing a synchronous electric machine with fractional gear windings.В статье представлена двумерная конечно-элементная модель магнитного поля магнитной системы синхронной электрической машины с дробными зубцовыми обмотками. Выявлены особенности распределения магнитных потоков (основного, краевого эффекта, рассеяния) в магнитной системе и построены эквивалентные схемы магнитной цепи исследуемой электрической машины при различных положениях зубца статора относительно полюсов ротора. Обоснована необходимость учета краевого эффекта и зависимости величины потока рассеяния через зубцы статора от координаты положения ротора, что нашло отражение в разработанной аналитической модели для определения потока рассеяния через зубцы статора синхронной электрической машины с дробной зубцовой обмоткой. Проведена проверка адекватности аналитических выражений посредством численного метода (метода конечных элементов). Полученная погрешность расчетов обусловлена принятыми допущениями при построении эквивалентной схемы магнитной цепи исследуемой электрической машины. Незначительное расхождение результатов аналитического расчета и численного эксперимента показывает, что предложенная модель дает возможность решить задачу количественного определения величины магнитного потока рассеяния через зубцы статора с высокой точностью. Кроме того, она позволяет установить влияние геометрических параметров магнитной цепи на характер изменения периодической функции потока рассеяния через зубец статора при наименьших временных затратах, что имеет очевидную практическую значимость. Представленная аналитическая модель может применяться в процессе оптимизации синхронной электрической машины с дробными зубцовыми обмотками
Подавление пульсаций управляемых выпрямителей для питания магнитных систем
Get PDFA number of requirements are imposed on installations associated with regulated DC sources, including low voltage and current ripple in the load, as well as a wide range of output current variation. Such installations are traditionally made on controlled rectifiers or pulse-width converters in which voltage ripples are always present. The paper considers a method for reducing the voltage ripple of powerful rectifiers for powering magnetic systems based on the insertion of a compensating voltage equal in magnitude and opposite in phase to the ripple voltage into the load circuit. The possibility of using ripple compensators connected in parallel and in series with the load, as well as methods of obtaining a compensating voltage is shown. Methods for obtaining compensating voltage are given. In order to exclude the magnetization of the ripple compensator transformer, it is proposed to use several versions of the compensating transformer and the inclusion of ripple compensators. Practical schemes of passive compensators (with a demagnetizing circuit and a bifilar winding) are analyzed. The problem of developing ripple compensators for multiphase rectifiers, as well as ways to solve it, is considered. Practical recommendations for choosing a core material and calculating a transformer are given. On the basis of the presented theoretical and practical considerations for the design of the ripple compensators, simulation models have been developed in the Simulink pack-age of the MATLAB program. A technique for studying ripple compensators using the simulation models of a symmetrical 12-pulse rectifier that has been developed is presented. The results of simulation of passive ripple compensators, performed in two versions, showed their effectiveness, while the scheme was relatively simple and economic costs were relatively low. Also, the time of setting the set current in the system in the presence of a ripple compensator increases by no more than 3 %, and the accuracy and stability of operation do not change.К установкам, связанным с регулируемыми источниками постоянного тока, предъявляется ряд требований, среди которых малые пульсации напряжения и тока в нагрузке, а также широкий диапазон изменения выходного тока. Такие установки традиционно строятся на управляемых выпрямителях или широтно-импульсных преобразователях, в которых всегда присутствуют пульсации напряжения. В статье рассмотрен метод снижения пульсаций напряжения мощных выпрямителей для питания магнитных систем, основанный на введении в цепь нагрузки компенсирующего напряжения, равного по величине и противоположного по фазе напряжению пульсаций. Показана возможность применения компенсаторов пульсаций, подключаемых параллельно и последовательно с нагрузкой. Приведены методы получения компенсирующего напряжения. Для исключения подмагничивания трансформатора компенсатора пульсаций предлагается применять несколько вариантов его исполнения и включения. Проанализированы практические схемы пассивных компенсаторов (с цепью размагничивания и бифилярной обмоткой). Рассмотрена проблема разработки компенсаторов пульсаций для многофазных выпрямителей, а также пути ее решения. Приведены практические рекомендации по выбору материала сердечника и расчету трансформатора. На основе теоретических и практических соображений по проектированию компенсаторов пульсаций разработаны имитационные модели в пакете Simulink программы MATLAB. Представлена методика исследования компенсаторов пульсаций на разработанных имитационных моделях симметричного 12-пульсного выпрямителя. Результаты имитационного моделирования пассивных компенсаторов пульсаций, выполненных в двух вариантах, показали их эффективность при относительно несложной схеме и невысоких экономических затратах. Время установления заданного тока в системе при наличии компенсатора пульсаций увеличивается не более чем на 3 %, а точность и стабильность работы не изменяются