Electrical Engineering and Power Engineering (EE&PE - E-Journal) / Електротехніка та електроенергетика
Not a member yet
396 research outputs found
Sort by
МОДЕЛЮВАННЯ КОНТАКТНОГО ЕЛЕКТРООПОРУ
Get PDFPurpose. To determine the contribution of the real contact spots distribution in the total conductivity of the conductors contact.Methodology. The electrical contact resistance research was carried out on models. The experimental part of this work was done on paper with a graphite layer with membranes (the first type) and conductive liquids with discrete partitions (the second type).Findings. It is shown that the contact electrical resistance is mainly determined by the real area of metal contact. The experimental dependence of the electrical resistance of the second type model on the distance between the electrodes and the potential distribution along the sample surface for the first type model were obtained. The theoretical model based on the principle of electric field superposition was considered. The dependences obtained experimentally and calculated by using the theoretical model are in good agreement.Originality. The regularity of the electrical contact resistance formation on a large number of membranes was researched for the first time. A new model of discrete electrical contact based on the liquid as the conducting environment with nuclear membrane partitions was developed. The conclusions of the additivity of contact and bulk electrical resistance were done.Practical value. Based on these researches, a new experimental method of kinetic macroidentation that as a parameter of the metal surface layer deformation uses the real contact area was developed. This method allows to determine the value of average contact stresses, yield point, change of the stress on the depth of deformation depending on the surface treatment.Цель работы. Определить вклад реального распределения пятен контакта в общую проводимость контакта проводников.Методы исследования. Исследования электрического сопротивления стягивания осуществлялись на моделях. Экспериментальная часть данной работы выполнялась на бумаге с графитовым слоем с перемычками (первый тип) и на электропроводящих жидкостях с дискретными перегородками (второй тип).Полученные результаты. Показано, что контактное электросопротивление в основном определяется величиной фактической площади контакта металлов. Получены экспериментальные зависимости электросопротивления модели второго типа от расстояния между электродами и распределение потенциала по поверхности образца для модели первого типа. Рассмотрена теоретическая модель, основанная на принципе суперпозиции электрических полей. Зависимости, полученные экспериментально и рассчитанные с помощью теоретической модели, хорошо согласуются.Научна новизна. Впервые исследованы закономерности формирования электрического сопротивления стягивания на большом количестве перемычек. Разработана новая модель дискретного электрического контакта на основе жидкости в качестве проводящей среды с перемычкой из ядерной мембраны. Сделаны выводы о аддитивности контактного и объемного электросопротивления.Практическая ценность. На основе результатов данных исследований была разработана новая экспериментальная методика кинетического макроидентирования, что в качестве параметра деформирования поверхностного слоя металлов использует площадь фактического контакта. Данная методика позволяет определять величину средних контактных напряжений, границу текучести, изменение напряжений по глубине деформирования в зависимости от режимов обработки поверхности.Мета роботи. Визначити вклад реального розподілу плям контакту у загальну провідність контакту провідників.Методи дослідження. Дослідження електричного опору стягування здійснювались на моделях. Експериментальна частина даної роботи виконувалась на папері з графітовим шаром з перетинками (перший тип) і на електропровідних рідинах з дискретними перегородками (другий тип).Отримані результати. Показано, що контактний електроопір в основному визначається величиною фактичної площі контакту металів. Отримано експериментальні залежності електроопору моделі другого типу від відстані між електродами та розподіл потенціалу по поверхні зразка для моделі першого типу. Розглянуто теоретичну модель, засновану на принципі суперпозиції електричних полів. Залежності, отримані експериментально і розраховані за допомогою теоретичної моделі, добре узгоджуються.Наукова новизна. Вперше досліджені закономірності формування електричного опору стягування на великій кількості перетинок. Розроблена нова модель дискретного електричного контакту на основі рідини як провідного середовища з перетинкою з ядерної мембрани. Зроблено висновки про адитивність контактного і об’ємного електроопору.Практична цінність. На основі результатів даних досліджень була розроблена нова експериментальна методика кінетичного макроідентування, що в якості параметра деформування поверхневого шару металів використовує площу фактичного контакту. Дана методика дозволяє визначати величину середніх контактних напружень, межу плинності, зміну напружень по глибині деформування у залежності від режимів обробки поверхні
ОПТИМІЗАЦІЯ РЕЖИМІВ НАМАГНІЧУВАННЯ І РОЗМАГНІЧУВАННЯ ЗУПИНЕНОЇ ТРИФАЗНОЇ СИНХРОННОЇ МАШИНИ
Get PDFPurpose. Investigation and optimization (minimization) of electric energy losses in a stopped synchronous machine with a thyristor exciter under conditions of its magnetization and demagnetization.Methodology. Operator and variational calculus, mathematical analysis and simulation computer simulation.Findings. The mathematical description of the system under study is developed: "thyristor exciter – stopped synchronous machine", which represents the analytical dependencies for electromagnetic processes, as well as the total power and energy losses in the system under magnetization and demagnetization regimes of the synchronous machine. The optimal time functions for changing the flux linkages of the damper winding and the excitation current of the stopped synchronous machine, in which they are minimized by energy in the system under investigation when the machine is magnetized and demagnetized. The dependences of the total energy losses in the system under study on the durations of the magnetization and demagnetization times of the machine are calculated, and their comparison is compared for different types (linear, parabolic and proposed optimal) of the trajectories of the change of the linkage, as well as for a linear and exponential change in the excitation current of the machine. Analytic dependencies are obtained using the calculations of electromagnetic and energy transient processes in the "thyristor exciter – stopped synchronous machine" system under the considered types of variation of flux linkage and excitation current of the machine.Originality. It consists in finding the optimal trajectories of the time variation of the excitation current of a stopped synchronous machine and the optimal durations of its magnetization and demagnetization times, which ensure minimization of energy losses in the system "thyristor exciter – stopped synchronous machine".Practical value. It consists in reducing unproductive energy losses in synchronous generators and motors under the conditions of their magnetization and demagnetization.Цель работы. Исследование и оптимизация (минимизация) электрических потерь энергии в остановленной синхронной машине с тиристорным возбудителем при режимах ее намагничивания и размагничивания.Методы исследования. Операторный и вариационного исчисления, математического анализа и имитационного компьютерного моделирования.Полученные результаты. Разработано математическое описание исследуемой системы: «тиристорный возбудитель – остановленная синхронная машина», которое представляет собой аналитические зависимости для электромагнитных процессов, а также общих потерь мощности и энергии в указанной системе при режимах намагничивания и размагничивания синхронной машины Методом вариационного исчисления определены оптимальные временные функции для изменения потокосцепления демпферной обмотки и тока возбуждения остановленной синхронной машины, при которых минимизируются потери энергии в исследуемой системе при намагничивании и размагничивании данной машины. Рассчитаны зависимости общих потерь энергии в исследуемой системе от длительностей времен намагничивания и размагничивания машины, а также выполнено их сравнение при различных видах (линейном, параболическом и предложенном оптимальном) траекторий изменения упомянутого потокосцепления, а также при линейном и экспоненциальном изменении тока возбуждения машины. Получены аналитические зависимости, с использованием которых выполнены расчеты электромагнитных и энергетических переходных процессов в системе «тиристорный возбудитель – остановленная синхронная машина» при рассмотренных видах изменения потокосцепления и тока возбуждения машины.Научна новизна. Состоит в нахождении оптимальных траекторий изменения во времени тока возбуждения остановленной синхронной машины и оптимальных длительностей времен ее намагничивания и размагничивания, обеспечивающих минимизацию потерь энергии в системе «тиристорный возбудитель – остановленная синхронная машина».Практическая ценность. Заключается в снижении непроизводительных потерь энергии в синхронных генераторах и двигателях при режимах их намагничивания и размагничивания.Мета роботи. Дослідження і оптимізація (мінімізація) електричних втрат енергії в зупиненої синхронної машині з тиристорним збудником при режимах її намагнічування і розмагнічування.Методи дослідження. Операторний і варіаційного числення, математичного аналізу та імітаційного комп'ютерного моделювання.Отримані результати. Розроблено математичний опис досліджуваної системи: «тиристорний збудник – зупинена синхронна машина», який представляє собою аналітичні залежності для електромагнітних процесів, а також загальних втрат потужності і енергії в зазначеній системі при режимах намагнічування і розмагнічування синхронної машини. Методом варіаційного обчислення визначені оптимальні часові функції для зміни потокозчеплення демпферної обмотки і струму збудження зупиненої синхронної машини, при яких мінімізуються втрати енергії в досліджуваній системі при намагнічуванні і розмагнічування даної машини. Розраховані залежності загальних втрат енергії в досліджуваній системі від тривалості часів намагнічування і розмагнічування машини, а також виконано їх порівняння при різних видах (лінійному, параболічному і запропонованому оптимальному) траєкторій зміни згаданого потокозчеплення, а також при лінійному і експоненційному змінах струму збудження машини. Отримано аналітичні залежності, з використанням яких виконані розрахунки електромагнітних і енергетичних перехідних процесів в системі «тиристорний збудник – зупинена синхронна машина» при розглянутих видах змін потокозчеплення і струму збудження машини.Наукова новизна. Полягає в знаходженні оптимальних траєкторій зміни в часі струму збудження зупиненої синхронної машини і оптимальних тривалостей часів її намагнічування і розмагнічування, що забезпечують мінімізацію втрат енергії в системі «тиристорний збудник – зупинена синхронна машина».Практична цінність. Полягає в зниженні непродуктивних втрат енергії в синхронних генераторах і двигунах при режимах їх намагнічування і розмагнічування
УПРАВЛІННЯ ГАЗОПОВІТРЯНОЮ ЕНЕРГЕТИЧНОЮ УСТАНОВКОЮ ПРОМИСЛОВОГО ПІДПРИЄМСТВА
Get PDFPurpose. The goal of the work is to substantiate the issue of effective use of kinetic energy of gas-air flows used by the technological installation for generating electric power, which will allow developing a new control algorithm and creating new software for controlling the gas-air power plant. To test the adequacy of the developed control algorithms and software, to develop a laboratory gas-air power plant.Methodology. To investigate the distribution of air-gas mass in process plants used industrial plant simulation method performed in software SolidWorks Flow Simulation. The method of simulation allowed to develop a new control algorithm and create new software taking into account the basic technical requirements for the management of the gas-air power plant. To test the efficiency of the developed algorithms and control software for the gas-air power plant, a physical modeling method was used on a developed laboratory installation connected via a USB interface with a computer and has a virtual model of the SCADA system presented in the LabVIEW environment.Findings. Based on the modeling of gas-air flows on the developed mathematical model, the optimal ratios of pipeline sizes are rationally determined, the gas-air mixture costs necessary for the most efficient operation of the gas-air power plant, that is, in the working zone of the gas-air path, the generator screw contacts the most significant flows, providing the maximum effect rotation. The obtained results of research of gas-air flows of technological installations of an industrial enterprise in the software environment of SolidWorks Flow Simulation and on their basis the basic technical requirements for the management of a gas-air power plant are developed. An optimal control algorithm has been developed that enabled it to be introduced into the control scheme of a gas-air power plant with a microprocessor or a specialized microcontroller.Originality. New possibilities for further improvement of the known basic mathematical models of the kinetics of gas-air flows have been found and variants of adaptation in the field of gas dynamics have been proposed for estimating the expenditure of gas-air flows during the operation of a fan installation on a pipeline. The structural scheme and algorithms for controlling the gas-air power plant are developed, which includes a fan, a generator, a pipeline and a control unit based on the use of the Arduino Uno microcontroller. The algorithm of the subroutine for connecting the gas-air power plant with the SCADA system.Practical value. The proposed method of generating electric power by a gas-air power plant with a microprocessor control system, as shown by calculations confirmed by experimental studies on a laboratory installation, allows to reduce up to 20% of the amount of spent electricity by a process unit and can be used in industrial conditions. The introduction of gas-air power plants with a microprocessor system and a SCADA system will improve the energy efficiency of process plants.Цель работы. Обосновать вопрос эффективного использования кинетической энергии отработанных технологической установкой газовоздушных потоков для выработки электрической энергии, что позволит разработать новый алгоритм управления и создать новое программное обеспечение для управления газовоздушной энергетической установкой. Для проверки на адекватность разработанных алгоритмов управления и программного обеспечения разработать лабораторную газовоздушную энергетическую установку.Методи исследования. Для исследования распределения газовоздушных масс в технологических установках промышленного предприятия использован метод имитационного моделирования, выполненный в программной среде SolidWorks Flow Simulation. Метод имитационного моделирования позволил разработать новый алгоритм управления и создать новое программное обеспечение с учетом основных технических требований, предъявляемых к управлению газовоздушной энергетической установкой. Для проверки работоспособности разработанных алгоритмов и программного обеспечения управления газовоздушной энергетической установкой использован метод физического моделирования, проведенного на разработанной лабораторной установке, соединенной через интерфейс USB с ЭВМ, имеет виртуальную модель SCADA системы, представленную в среде LabVIEW. Полученные результаты. На основе моделирования газовоздушных потоков на разработанной математической модели оптимально выбранные соотношения размеров трубопровода, рационально определены расходы газовоздушной смеси, необходимой для наиболее эффективной работы газовоздушной энергетической установки, то есть в рабочей зоне газовоздушного тракта винт генератора контактирует с наиболее значительными потоками, обеспечивая максимальный эффект вращения. Полученные результаты исследования газовоздушных потоков технологических установок промышленного предприятия в программной среде SolidWorks Flow Simulation и на их основе разработаны основные технические требования, предъявляемые к управлению газовоздушной энергетической установкой. Разработан оптимальный алгоритм управления, который позволил внедрить его в схему управления газовоздушной энергетической установки с микропроцессором или специализированным микроконтроллером.Научная новизна. Найдены новые возможности дальнейшего усовершенствования известных базовых математических моделей кинетики газовоздушных потоков и предложены варианты адаптации в области газодинамики для оценки расходов газовоздушных потоков при работе вентиляторной установки на трубопровод. Разработана структурная схема и алгоритмы управления газовоздушной энергетической установкой, в которую входят вентилятор, генератор, трубопровод и блок управления, выполненный на основе использования микроконтроллера Arduino Uno. Разработан также алгоритм подпрограммы для соединения газовоздушной энергетической установки со SCADA системой.Практическая ценность. Предложенный способ выработки электрической энергии газовоздушной энергетической установкой с микропроцессорной системой управления, как показали расчеты, подтвержденные экспериментальными исследованиями на лабораторной установке, позволяет уменьшить до 20% количества затраченной электроэнергии технологической установкой и может быть использован в промышленных условиях. Внедрение газовоздушных энергетических установок с микропроцессорной системой и SCADA системой позволит повысить энергоэффективность работы технологических установок.Мета роботи. Обґрунтувати питання ефективного використання кінетичної енергії відпрацьованих технологічною установкою газоповітряних потоків для вироблення електричної енергії, що дозволить розробити новий алгоритм управління і створити нове програмне забезпечення до управління газоповітряною енергетичною установкою. Для перевірки на адекватність розроблених алгоритмів управління і програмного забезпечення розробити лабораторну газоповітряну енергетичну установку.Методи дослідження. Для дослідження розподілу газоповітряних мас у технологічних установках промислового підприємства використаний метод імітаційного моделювання, виконаний в програмному середовищі SolidWorks Flow Simulation. Метод імітаційного моделювання дозволив розробити новий алгоритм управління і створити нове програмне забезпечення з урахуванням основних технічних вимог, що пред’являються до управління газоповітряною енергетичною установкою. Для перевірки працездатності розроблених алгоритмів і програмного забезпечення управління газоповітряною енергетичною установкою використаний метод фізичного моделювання, яке проведено на розробленій лабораторній установці, з’єднаної через інтерфейс USB з ЕОМ, що має віртуальну модель SCADA системи, представлену в середовищі LabVIEW.Отримані результати. На основі моделювання газоповітряних потоків на розробленій математичній моделі оптимально вибрані співвідношення розмірів трубопроводу, раціонально визначено витрати газоповітряної суміші, необхідної для найбільш ефективної роботи газоповітряної енергетичної установки, тобто у робочій зоні газоповітряного тракту гвинт генератора контактує з найбільш значними потоками, забезпечуючи максимальний ефект обертання. Розроблені основні технічні вимоги, що пред’являються до управління газоповітряною енергетичною установкою. Розроблено оптимальний алгоритм управління, який дозволив впровадити його в схему управління газоповітряної енергетичної установки з мікропроцесором або спеціалізованим мікроконтролером.Наукова новизна. Знайдені нові можливості подальшого удосконалення відомих базових математичних моделей кінетики газоповітряних потоків і запропоновані варіанти адаптації в області газодинаміки для оцінки витрат газоповітряних потоків при роботі вентиляторної установки на трубопровід. Розроблена структурна схема та алгоритми управління газоповітряною енергетичною установкою, до якої входять вентилятор, генератор, трубопровід і блок управління, виконаний на основі використання мікроконтролера Arduino Uno. Розроблено також алгоритм підпрограми для з’єднання газоповітряної енергетичної установки з SCADA системою.Практична цінність. Запропонований спосіб вироблення електричної енергії газоповітряною енергетичною установкою з мікропроцесорною системою управління, як показали розрахунки, підтверджені експериментальними дослідженнями на лабораторній установці, дозволяє зменшити до 20% кількості витраченої електроенергії технологічною установкою та може бути використаний в промислових умовах. Впровадження газоповітряних енергетичних установок із мікропроцесорною системою і SCADA системою дозволить підвищити енергоефективність роботи технологічних установок
КОМПЕНСАЦІЯ РІЗКО-ЗМІННОГО СТРУМУ ЯКОРЯ ПОТУЖНИХ СИНХРОННИХ ПРИВОДІВ ЗАСОБАМИ АВТОМАТИЧНОЇ СИСТЕМИ ЗБУДЖЕННЯ ІЗ НЕСТАНДАРТНИМ АЛГОРИТМОМ КЕРУВАННЯ
Get PDFPurpose. Development of the automatic excitation system with non-standard algorithm for controlling powerful synchronous drives of the mechanisms of the mining and metallurgical complex, which are characterized by periodic shock loads.Methodology. The positions of theory of electric machines, methods of automatic systems synthesis, mathematical modeling in the package Matlab were used for conducting researches.Findings. A variant of the model of the synchronous motor for cases of frequency control is proposed, on the basis of which the structure of the system of the automatic excitation control is synthesized, a correction coefficient for the calculation of the gain of the regulator integral part is obtained, and the algorithm of rational control of the synchronous motor is tested, the improved neutralization of the forces of destruction of the conductors insulation of the armature coils of the motor is provided.Originality. The original version of the dynamical model of the synchronous motor is proposed, which allows using the classical method of synthesis of the armature longitudinal current regulator stabilized by the magnetic flux of excitation, as well as the requirements for the implementation of a non-standard excitation control algorithm providing a significant reduction of the dynamic current of the armature at the moment of peak load action.Practical value. The use of the proposed methodology will allow the creation of an automatic system for exciting high-power synchronous motors, which can prevent accidents in the armature circuit of the motor and increase the inter-repair interval of the synchronous drive.Цель работы. Разработка автоматической системы возбуждения с нестандартным алгоритмом управления мощных синхронных приводов механизмов горно-металлургического комплекса, которые характеризуются периодическими ударными нагрузками.Методы исследования. Для проведения исследований использовались положения теории электрических машин, методы синтеза автоматических систем, математическое моделирование в пакете Matlab.Полученные результаты. Создан вариант модели синхронного двигателя для случаев частотного управления, на базе которого синтезирована структура системы автоматического управления возбуждением, получен уточняющий коэффициент для расчета усиления интегральной части регулятора и предложен алгоритм рационального управления синхронным двигателем при условии лучшей нейтрализации усилий разрушения изоляции проводников якорных катушек двигателя.Научна новизна. Предложен оригинальный вариант динамической модели синхронного двигателя, которая позволяет воспользоваться классическим методом синтеза регулятора продольного тока якоря, стабилизируемого магнитным потоком возбуждения, а также сформулированы требования к нестандартному алгоритму управления возбуждением, который обеспечивает существенное уменьшение динамического тока якоря в момент пикового действия нагрузки.Практическая ценность. Использование предложенного метода позволит создать автоматическую систему возбуждения мощных синхронных двигателей, благодаря которой возможно увеличить межремонтный период работы синхронного привода.Мета роботи. Розробка автоматичної системи збудження із нестандартним алгоритмом керування потужних синхронних приводів механізмів гірничо-металургійного комплексу, які характеризуються періодичними ударними навантаженнями.Методи досліджень. Для проведення досліджень використані положення теорії електричних машин, методи синтезу автоматичних систем, математичне моделювання у пакеті Matlab.Отримані результати. Створено варіант моделі синхронного двигуна для випадків частотного керування, на базі якого синтезовано структуру системи автоматичного керування збудженням, отримано уточнюючий коефіцієнт для розрахунку підсилення інтегральної частини регулятора та запропоновано алгоритм раціонального керування синхронним приводом за умови кращої нейтралізації зусиль руйнування ізоляції дротів якірних котушок двигуна.Наукова новизна. Запропоновано оригінальний варіант динамічної моделі синхронного двигуна, яка дозволяє скористатись класичним методом синтезу регулятора повздовжнього струму якоря, що стабілізується магнітним потоком збудження, а також сформульовано вимоги до реалізації нестандартного алгоритму керування збудженням, що забезпечує суттєве зменшення динамічного струму якоря в момент пікової дії навантаження.Практична цінність. Використання запропонованого методу дозволить створити автоматичну систему збудження потужних синхронних двигунів, завдяки якій можливо збільшити міжремонтний термін роботи синхронного приводу
ДОСЛІДЖЕННЯ ЧАСТОТНО-ТЕМПЕРАТУРНОЇ ЗАЛЕЖНОСТІ ДІЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРОНИКНОСТІ П'ЄЗОКЕРАМІКИ ЦТС В ДІАПАЗОНІ НИЗЬКИХ ЧАСТОТ
No full textPurpose. To investigate the frequency-temperature relationship of the dielectric permittivity of PZT piezoceramics in the low frequency range.Methodology. To obtain the frequency-temperature relationship of the dielectric permittivity of the PZT piezoceramics, a technique was used to determine the capacitance of the capacitor, between which plates the sample was placed. The value of the dielectric permittivity of the sample was calculated from the capacitor capacitance obtained.Findings. The frequency-temperature relationship of the dielectric permittivity of the PZT piezoceramics in the low frequency range has been obtained by the authors. The dielectric permittivity is not practically related to the frequency of the alternating voltage at a low temperature, with increasing in temperature its value increases and frequency relationship is observed. The temperature relationship of the dielectric permittivity of the PZT piezoceramics is satisfactorily described by the exponential functional dependence in the low-temperature range. The activation energy of the PZT piezoceramics polarization is determined from the graph of the dependence of the logarithm of the dielectric permittivity upon the inverse temperature. Different values of the activation energy for the two temperature regions prove on the existence of different mechanisms of the PZT piezoceramics polarization in the temperature range being investigated.Originality. The authors investigated the frequency-temperature relationship of the dielectric permittivity of the PZT piezoceramics in the low-frequency range. It is established that the temperature relationship of the dielectric permittivity of the PZT piezoceramics is satisfactorily described by an exponential functional relationship in the lowtemperature range. The activation energy of polarization is determined for two temperature sections.Practical value. The research results can be used to study the mechanism of polarization of PZT piezoceramic materials operating in electrical and electronic products under the influence of alternating electric fields of different frequencies and temperature changes.Цель работы. Исследовать частотно-температурную зависимость диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС в диапазоне низких частотМетоды исследования. Для получения частотно-температурной зависимости диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС использовалась методика определения емкости конденсатора, между обкладками которого размещался исследуемый образец. По полученному значению емкости конденсатора вычислялось значение диэлектрической проницаемости образцаПолученные результаты. Авторами получена частотно-температурная зависимость диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС в диапазоне низких частот. При низкой температуре диэлектрическая проницаемость практически не зависит от частоты переменного напряжения, с увеличением температуры ее значение возрастает и наблюдается зависимость от частоты. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС удовлетворительно описывается экспоненциальной функциональной зависимостью в диапазоне низких температур. Из графика зависимость логарифма диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС от обратной температуры определена энергия активации поляризации. Различные значения энергии активации для двух температурных участков свидетельствуют о существовании различных механизмов поляризации пьезокерамики ЦТС в исследованном температурном диапазоне.Научна новизна. Авторами исследована частотно-температурная зависимость диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС в диапазоне низких частот. Установлено, что температурная зависимость диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС удовлетворительно описывается экспоненциальной функциональной зависимостью в диапазоне низких температур. Определена энергия активации поляризации для двух температурных участков.Практическая ценность. Результаты исследований могут быть использованы для изучения механизма поляризации пьезокерамических материалов ЦТС, эксплуатируемых в электротехнических и электронных изделиях при воздействии переменных электрических полей различных частот и изменении температурыМета роботи. Дослідити частотно-температурну залежність діелектричної проникності п'єзокераміки ЦТС в діапазоні низьких частот.Методи дослідження. Для отримання частотно-температурної залежності діелектричної проникності п'єзокераміки ЦТС використовувалася методика визначення ємності конденсатора, між обкладками якого розміщувався досліджуваний зразок. За отриманого значення ємності конденсатора обчислювалося значення діелектричної проникності зразка.Отримані результати. Авторами отримано частотно-температурна залежність діелектричної проникності п'єзокераміки ЦТС в діапазоні низьких частот. При низькій температурі діелектрична проникність практично не залежить від частоти змінної напруги, зі збільшенням температури її значення зростає і спостерігається залежність від частоти. Температурна залежність діелектричної проникності п'єзокераміки ЦТС задовільно описується експоненціальною функціональною залежністю в діапазоні низьких температур. З графіка залежність логарифма діелектричної проникності п'єзокераміки ЦТС від зворотної температури визначена енергія активації поляризації. Різні значення енергії активації для двох температурних ділянок свідчать про існування різних механізмів поляризації п'єзокераміки ЦТС в дослідженому температурному діапазоні.Наукова новизна. Авторами досліджено частотно-температурна залежність діелектричної проникності п'єзокераміки ЦТС в діапазоні низьких частот. Встановлено, що температурна залежність діелектричної проникності п'єзокераміки ЦТС задовільно описується експоненціальною функціональною залежністю в діапазоні низьких температур. Визначено енергія активації поляризації для двох температурних ділянок.Практична цінність. Результати досліджень можуть бути використані для вивчення механізму поляризації п'єзокерамічних матеріалів ЦТС, експлуатованих в електротехнічних і електронних виробах при впливі змінних електричних полів різних частот і зміні температури
МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ШВИДКОДІЮЧОГО ПРИВОДА АВТОМАТИЧНОГО ВІДМИКАЧА З ІНДУКЦІЙНО-ДИНАМІЧНИМ ТА БІСТАБІЛЬНИМ МЕХАНІЗМОМ
Get PDFPurpose. Development of a mathematical model of an induction-dynamic drive of a switch with two coils, working with a bistable mechanism, which ensures the fixation of the instant-dynamic mechanism (IDM) in trajectory extreme positions of the contact system.Methodology. The solution of the problems posed in the work was carried out using methods for calculating the electromagnetic field, finite elements, theoretical mechanics, and solving differential equations.Findings. The mathematical model of quick-driving actuator as part of instant dynamic and bistable mechanism was developed. It was based on electrical circuit’s electromagnetic equations and kinematic movements of the switching mechanism. Advantage of the given model is possibility of a breaker drive dynamic analysis basing on data of a contact pressure, pretravel and snatch gap. Initial data of the model formulation were outer circuit inductance, resistance of coils, which calculated on conductor cross-section and coils configuration. Initial conditions corresponded by Dirichlet conditions. Mathematical model equations system was calculated in cylindrical coordinate system. Problem was solved with the help ComsolMultiphysics system. Motion of the IDM movement part was modeled by deformation of a computational grid. Spring force and stress in a bistable mechanism construction were determined by initial data of a contact pressure, pretravel and snatch gap. Graphs by calculation data are shown, which allow to analyze of springing elements chose and make necessary adjustments on design stage and debugging construction. Operation parameters of mechanism work on IDM switch on and switch off stages were calculated. Value of movement, motion speed of armature breaker, currents of accelerating and retarding coils, summed electromagnetic and opposite force were figured. Originality. The mathematical model of quick-driving actuator as part of instant-dynamic and bistable mechanism was developed. The model contains equations of electromagnetic field and motion equation. The mathematical model describes properly of physical process and can be used for development and research a design of quick-driving actuator.Practical value. It follows from the calculations that with the help of variants of calculations it is possible to obtain the required drive parameters: a) short switching-on time which allows avoiding contact bounce during switching; b) high initial speed, hole short time (less than 1 ms) of contacts opening and reduce dynamic force on actuator elements and contact system.Цель работы. Разработка математической модели индукционно-динамического привода выключателя с двумя катушками, работающего с бистабильным механизмом, обеспечивающим фиксацию индукционнодинамического механизма (ИДМ) в крайних положениях траектории движения контактной системы.Методы исследования. Решение поставленных в работе задач выполнялось с использованием методов расчёта электромагнитного поля, конечных элементов, теоретической механики и решения дифференциальных уравнений.Полученные результаты. Разработана математическая модель быстродействующего привода на базе индукционно-динамического и бистабильного механизма, которая базировалась на уравнениях электромагнитного поля электрической цепи и кинематики движения механизма переключения. Преимуществом данной модели является возможность динамического расчета привода выключателя на основании данных по контактному нажатию, ходу и провалу контактов. Исходными данными построения модели являлись: индуктивность внешней цепи; активные сопротивления катушек, рассчитанные исходя из сечения проводника и геометрии катушек. Начальные условия удовлетворяли условиям Дирихле. Система уравнений математической модели решалась в цилиндрической системе координат. Решение задачи проводилось в системе Comsol Multiphysics. Движение подвижной части ИДМ моделировалось деформацией расчетной сетки. На основании исходных данных о контактном нажатии, а также ходе и провале контактов, определялась жесткость пружины и усилия в конструкции бистабильного механизма. По расчетным данным представлены графики, позволяющие проанализировать выбор упругих элементов и внести необходимые корректировки на стадии проектирования и отладки конструкции. Рассчитаны параметры работы механизма в стадии включения и отключения ИДМ. Представлены графические значения хода и скорости движения якоря выключателя, токи ускоряющей и тормозящей катушки, значение суммарной электромагнитной силы и суммарной противодействующей силы.Научная новизна. Разработана математическая модель быстродействующего привода на основе ИДМ и бистабильного механизма, который включает в себя уравнения электромагнитного поля электрической цепи и уравнения движения. Модель корректно описывает физические процессы и может быть использована для разработки и изучения конструкций высокоскоростных приводов.Практическая ценность. На основании вариантных расчетов можно решать задачи, по поиску требуемых параметров привода ставя целью получить: а) малое временя замыкания контактов и избегать «дребезг» при включении; б) высокую начальную скорость и общее малое время (менее 1 мс) размыкания контактов, уменьшить динамические нагрузки на элементы привода и контактную систему.Мета роботи. Розробка математичної моделі індукційно-динамічного привода відмикача з двома катушками, працюючого з бістабільним механізмом, що забезпечує фіксацію індукційно-динамічного механізму (ІДМ) у крайніх положеннях траєкторії руху контактної системи.Методи дослідження. Рішення поставлених в роботі задач виконувалося з використанням методів розрахунку електромагнітного поля, кінцевих елементів, теоретичної механіки і рішення диференціальних рівнянь.Отримані результати. Розроблена математична модель швидкодіючого привода на базі індукційнодинамічного та бістабільного механізму, яка заснована на рівняннях електромагнітного поля електричного кола і кінематики руху механізму перемикання. Перевагою даної моделі є можливість динамічного розрахунку привода відмикача на основі даних по контактному натисканню, ходу і провалу контактів. Вхідними даними побудови моделі були: індуктивність зовнішнього кола; активний опір катушок, розраховані за перерізом провідника та геометрії катушок. Початкові умови вимоги відповідали умовам Дирихле.Система рівнянь математичної моделі вирішувалась у циліндричній системі координат. Рішення задачі проводилось у системі Comsol Multiphysics. Рух рухомої частини ІДМ моделювався за допомоги деформації розрахункової сітки. На основі вхідних даних о контактним натисканні, а також ході та провалу контактів визначалась жорсткість пружини і зусилля у конструкції бістабільного механізму. За розрахунковими даними представлені графіки, що дозволяють проаналізувати вибір пружних елементів та внести необхідні корективи та стадії проектування і налагодження конструкції. Розраховані параметри роботи механізму в стадії включення та відключення ІДМ. Представлені графічні значення ходу та швидкості руху якоря відмикача, струмоприскорюючої та гальмуючої котушки, значення сумарної електромагнітної сили і сумарної протидіючої сили.Наукова новизна. Розроблена математична модель швидкодіючого привода на основі ІДМ і бістабільного механізму, яка включає рівняння електромагнітного поля електричного кола та рівняння руху. Модель коректно описує фізичні процеси та може бути використана для розробки та вивчення конструкції високошвидкісних проводів.Практична цінність. На основі варіативних розрахунків можна вирішувати задачі по пошуку необхідних параметрів привода маючи на меті отримати: а) мале значення часу замикання контактів та уникати «брязкіт» при включені; б) високу початкову швидкість та загальне мале значення часу (менш за 1 мс) розмиканняконтактів, зменшити динамічні навантаження та елементи привода і контактну систему
МОДЕЛІ ШІМ-КОНТРОЛЕРІВ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ АСУ В SPICEСУМІСНИХ ПРОГРАМАХ ECAD
No full textPurpose. To improve simulation and design of Automatic Control Systems in the SPICE-compatible programs and to obtain separate economic and universal macromodels of PWM controller. Development of an PWM controller economical macromodel for the study of automatic control systems (ACS) in computer-aided design (ECAD) programs, which does not generate algorithmic failures in comparison with the existing models of PWM.Findings. Analysis of SPICE-family applications’ mathematical basis allowed to classifying existing models of PWM-controllers, defining their suitability for ACS simulation. The criteria for the synthesis of new models have been defined. For the SPICE 3G algorithms, the Switch and Averaged models based on behavioral elements has been developed. Universal and economical PWM controller macromodel based on the simple algorithm for determining the output signal with minimum numbers of input parameters has been designed. For the Automated Measuring magnetic susceptibility System, the macromodel of quasi-PWM signal generator have been designed, which is used in the compensation subsystem. This model is different from the existing ones: it synthesizes the staircase output signal instead the pulse one, thus, there is direct control of the amplitude of the output signal, which is taken averaged. The adequacy of the models is confirmed as comparison of the simulation results during investigations of the model already existing in the SPICE program, as well as the results of experiments with real ACS. The modeling of the PWM controller was carried out on the basis of behavioral elements from the ECAD library, simulation (solution of algebra-differential equations systems with programming elements) is based on SPICE algorithms. The object of the study was the simulation process of ACS with the pulse-width principle of adjusting the output value. The subject of the research are the models of PWM controllers.Originality. The new macromodel of PWM controller that meets the criteria of adequacy, reliability and economy, synthesized on the basis of a new approach in modeling objects at the macro level in accordance with the theory of automatic control. Macromodels based in capabilities of behavioral modeling in the program of computer-aided design in Electronics (ECAD). As part of the compensation system studying, the new controller model has been developed, that turns pulse-width modulated signal into amplitude-modulated signal by a certain algorithm. This approach (obtaining a quasi-PWM signal) made it possible to significantly simplify the control unit model, and the model of ACS at whole.Practical value. PWM macromodels expands the mathematical support of ECAD, reduces the probability of the appearance of algorithmic failures and accelerates the modeling of ACS in ECAD. Approach, which used during its synthesis, allows us to build similar models for other software (CAS, CAE).Цель. Улучшить моделирования и проектирования систем автоматического управления (САУ) в SPICEсовместимых программах, и получить отдельные экономические и универсальные макромодели ШИМконтроллера. Разработать экономичную макромодель ШИМ-контроллера для задач исследования систем автоматического управления в программах автоматизированного проектирования (ECAD), которая не генерирует алгоритмические сбои.Методы исследования. Моделирование контроллера ШИМ осуществлялось на основе поведенческих элементов из библиотеки ECAD, симуляция (решение систем алгебро-дифференциальных уравнений с элементами программирования) базируется на алгоритмах SPICE. Объектом исследования был процесс моделирования САУ принципу широтно-импульсного регулирования выходного значения. Предметом исследования являются модели контроллеров ШИМ.Полученные результаты. Анализ математической обеспечения SPICE-совместимых программ ECAD и других математических процессоров позволил классифицировать существующие модели ШИМ-контроллеров, определив их пригодность для симуляции САУ. Определены критерии синтеза новых моделей. Для алгоритмов SPICE 3G разработаны ключевая и усредненная модели на основе элементов поведения. Разработана универсальная и экономическую макромодель контроллера ШИМ на основе простых алгоритмов для определения выходного сигнала с минимальным числом входных параметров. Для автоматизированной системы измерения магнитной восприимчивости была разработана макромодель генератора квазиШИМ сигнала, которая используется для исследования компенсационной подсистемы этой САР. Эта модель отличается от существующих тем, что она синтезирует выходной сигнал ступенчатой формы, а не импульсной, таким образом, существует прямой контроль амплитуды выходного сигнала, принимаемого усредненным. Адекватность моделей подтверждается сравнением результатов моделирования в ходе исследований с существующей в программе SPICE модели и с результатами экспериментов с реальной САУ.Научная новизна. Новые макромодели контроллера ШИМ соответствуют критериям адекватности, надежности и экономичности, синтезированные на основе нового подхода в моделировании объектов на макроуровне согласно теории автоматического управления. Макромодели синтезированы с использованием современных возможностей поведенческого моделирования в программах автоматизированного проектирования в электронике (ECAD). Для задач исследования системы компенсации, была разработана новая модель контроллера, которая превращает ШИМ-сигнал в амплитудно-модулированный сигнал по определенному алгоритму. Такой подход (получение квази-ШИМ) позволил значительно упростить модель как управляющего устройства, так модель САУ в целом.Практическая ценность. Макромодели PWM расширяют математическое обеспечение ECAD, уменьшают вероятность появления алгоритмических сбоев и ускоряют процесс моделирования САУ в ECAD. Подход, который использовался в процессе их синтеза, позволяет разрабатывать аналогичные модели для другогопрограммного обеспечения (CAS, CAE).Мета. Покращити моделювання та проектування систем автоматичного управління (САУ) в програмах, сумісних з SPICE, та отримати окремі економічні та універсальні макромоделі ШІМ-контролера. Розробити економічну макромодель ШІМ-контролера,що не генерує алгоритмічні збої для задач вивчення систем автоматичного управління в програмах автоматизованого проектування (ECAD).Методи дослідження. Моделювання контролера ШІМ здійснювалось на основі поведінкових елементів з бібліотеки ECAD, моделювання (розв’язання систем алгебро-диференціальних рівнянь з елементами програмування) базується на алгоритмах SPICE. Об'єктом дослідження був процес моделювання САУ з принципом широтно-імпульсного регулювання вихідного значення. Предметом дослідження є моделі контролерів ШІМ.Отримані результати. Аналіз математичної забезпечення SPICE-сумісних програм ECAD та інших математичних процесорів дозволив класифікувати існуючі моделі ШІМ-контролерів, визначивши їхню придатність для симуляції САУ. Визначені критерії синтезу нових моделей. Для алгоритмів SPICE 3G розроблено ключовута усереднену моделі на основі елементів поведінки. Розроблено універсальну та економічну макромодель контролера ШІМ на основі простих алгоритмів длявизначення вихідного сигналу з мінімальним числом вхідних параметрів. Для автоматизованої системи вимірювання магнітної сприйнятливості було розроблено макромодель генератора квазі-ШІМ сигналів, яка використовується для дослідження компенсаційної підсистеми цієї САР. Ця модель відрізняється від існуючих тим, що вона синтезує вихідний сигнал ступінчастої форми, а не імпульсний, таким чином, існує прямий контроль амплітуди вихідного сигналу, який приймається усередненим. Адекватність моделей підтверджується порівнянням результатів моделювання під час досліджень із існуючою в програмі SPICE моделлю та із із результатами експериментів з реальною САУ. Наукова новизна. Нові макромоделі контролера ШІМ, які відповідають критеріям адекватності, надійності та економічності, синтезовані на основі нового підходу в моделюванні об'єктів на макрорівні відповідно до теорії автоматичного управління. Макромоделі синтезовані із використанням можливостей поведінкового моделювання в програмах автоматизованого проектування в електроніці (ECAD). Як частина вивчення системи компенсації, була розроблена нова модель контролера, яка перетворює ШІМ-сигнал в амплітудномодульований сигнал за певним алгоритмом. Такий підхід (отримання квазі-ШІМ) дозволив значно спростити модель як керуючого пристрою, так і модель САУ в цілому.Практична цінність. Макромоделі PWM розширюють математичне забезпечення ECAD, зменшують ймовірність появи алгоритмічних збоїв та прискорюють моделювання САУ в ECAD. Підхід, який використовувався під час їхнього синтезу, дозволяє створювати аналогічні моделі для іншого програмного забезпечення(CAS, CAE
ГРАНИЧНІ УМОВИ ТЕПЛООБМІНУ В КІНЦЕВИХ УЩІЛЬНЕННЯХ ЦВТ ТА ЦНТ ТУРБІНИ К-1000-60/3000
No full textPurpose. Investigation of operating conditions of a wet-steam turbine with a capacity of 1000 MW, development of a calculation procedure and determination of the boundary conditions for heat transfer for end seals of high and low pressure rotors in the variable operating modes of power units for the subsequent evaluation of low cycle fatigue of the K-1000-60 / 3000 turbine rotors, determining the degree of possible damage to the main metal, calculating the residual operating time, as well as an individual resource.Methodology. When modeling the geometry of the seals, the first stage of verification calculation developed a technique for creating spatial structures of turbomachine elements using the Solid Works software and the mathematical calculation method, which is embedded in it (the finite element method) for the RVD and RND.Findings. The boundary conditions of the sections of the end seals of the RVD and RND at the starts from cold, non-heated and hot states are calculated taking into account the change in the regime parameters. It is established that the value of the heat transfer coefficient increases with increasing turbine power and has a maximum value at the nominal mode. The maximum value of the heat transfer coefficient for the RVD is α = 2168.8 W / (m2 K), for RND α = 701.5 W / (m2 · K). An approximating dependence of the heat transfer coefficient for the initial section of the high-pressure rotor on the relative steam consumption on the turbine in the range 0.4-1.0 has been obtained.Originality. The authors for the first time calculated the values of the heat transfer coefficient for the end seals of high and low pressure rotors for three types of starting-from a cold, non-heated and hot state, depending on the thermal state of the rotors and the relative steam flow to the turbine. The approximated dependence of the heat transfer coefficient for the initial section of the high-pressure rotor on the relative steam consumption on the turbine in the range 0.4-1.0 makes it possible to perform the necessary calculations for other types of starts and the temperature states of the rotors.Practical value. The results of calculating the heat transfer coefficient at the sections of the RVD and RND end seals during starts from different thermal states make it possible to calculate the thermally stressed state of the turbine rotors and to estimate the value of the low-cycle fatigue of the CVP and LPC rotors.Цель работы. Исследование режимов работы влажно-паровой турбины мощностью 1000 МВт, разработка методики расчета и определении граничных условий теплообмена для концевых уплотнений роторов высокого и низкого давлений на переменных режимах работы энергоблоков для последующего выполнения оценки малоцикловой усталости роторов турбины К-1000-60/3000, определение степени возможной поврежденности основного метала, расчета остаточной наработки, а также индивидуального ресурса.Методы исследования. При моделировании геометрии уплотнений на первом этапе поверочного расчета разработана методика создания пространственных конструкций элементов турбомашин с применением для РВД и РНД программного продукта Solid Works и математического метода расчета, который заложен в нем (метод конечных элементов).Полученные результаты. Выполнены расчеты граничных условий участков концевых уплотнений РВД и РНД при пусках из холодного, неостывшего и горячего состояний с учетом изменения режимных параметров. Установлено, что значение коэффициента теплообмена увеличивается с ростом мощности турбины и имеет максимальную величину при номинальном режиме. Максимальная величина коэффициента теплоотдачи для РВД α =2168,8 Вт/(м2·К), для РНД α = 701,5Вт/(м2·К). Получена аппроксимирующая зависимость коэффициента теплоотдачи для начального участка ротора высокого давления от относительного расхода пара на турбину в диапазоне 0,4 – 1,0.Научна новизна. Авторами впервые проведены расчеты значений коэффициента теплоотдачи для концевых уплотнений роторов высокого и низкого давлений для трех видов пуска – из холодного, неостывшего и горячего состояния в зависимости от теплового состояния роторов и относительного расхода пара на турбину. Полученная аппроксимирующая зависимость коэффициента теплоотдачи для начального участка ротора высокого давления от относительного расхода пара на турбину в диапазоне 0,4 – 1,0 дает возможность выполнить необходимые расчеты при других видах пусков и температурном состояний роторов.Практическая ценность. Полученные результаты расчетов коэффициента теплоотдачи на участках концевых уплотнений РВД и РНД при пусках из различных тепловых состояний дают возможность рассчитать термонапряженное состояние роторов турбины и оценить величину малоцикловой усталости роторов ЦВД и ЦНД.Мета роботи. Дослідження режимів роботи волого-парової турбіни потужністю 1000 МВт, розробка методики розрахунку і визначення граничних умов теплообміну для кінцевих ущільнень роторів високого та низького тисків на змінних режимах роботи енергоблоків для подальшого виконання оцінки малоциклової втоми роторів турбіни К-1000-60/3000, визначення ступеня можливого пошкодження основного металу, розрахунку залишкового напрацювання, а також індивідуального ресурсу.Методи дослідження. При моделюванні геометрії ущільнень на першому етапі перевірочного розрахунку розроблена методика створення просторових конструкцій елементів турбомашин з застосуванням для РВД і РНД програмного продукту Solid Works.Отримані результати Виконано розрахунки граничних умов ділянок кінцевих ущільнень РВТ і РНТ при пусках з холодного, неостиглого і гарячого станів з урахуванням зміни режимних параметрів. Встановлено,що значення коефіцієнту теплообміну збільшується з ростом потужності турбіни і має максимальну величину при номінальному режимі. Максимальна величина коефіцієнта тепловіддачі для РВТ α =2168,8 Вт/(м2·К), для РНТ α = 701,5 Вт/(м2·К). Отримано залежність коефіцієнту тепловіддачі для початкової ділянки РВТ від відносної витрати пари на турбіну в діапазоні 0,4 – 1,0.Наукова новизна. Авторами вперше проведено розрахунки значень коефіцієнту тепловіддачі для кінцевих ущільнень ЦВТ і ЦНТ для трьох видів пуску – із холодного, неостиглого і гарячого станів в залежності від теплового стану роторів і відносної витрати пари на турбіну. Отримана апроксимуюча залежність коефіцієнту тепловіддачі для початкової ділянки РВТ від відносної витати пари на турбіну дає можливість виконувати необхідні розрахунки при різних видах пусків турбіни і температурному стані роторів.Практична цінність. Отримані результати розрахунків щодо коефіцієнтів тепловіддачі на ділянках кінцевих ущільнень РВТ і РНТ при пусках з різних теплових станів дають можливість розрахувати термона-напружений стан роторів турбіни і оцінити величину мало циклової втоми роторів ЦВТ і ЦНТ
ТОПОЛОГІЧНІ МОДЕЛІ ТРИФАЗНОГО П’ЯТИСТРИЖНЕВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
No full textPurpose. To show capabilities of topological models of three-phase, five-limb transformer to correctly represent transformer operation in regimes with high flux densities in the core. As a practically important example, time domain response of transformer subjected to geomagnetically induced currents (GIC) is analyzed and compared with results of a comprehensive field experiment.Methodology. Transformer magnetic model, which takes into account geometry of the core and windings, is transformed in a dual electric equivalent scheme, whose transient is calculated by using EMTP-ATP. The results obtained demonstrate the importance of incorporating the positive and zero sequence impedances of power network.Findings. A simple and reliable model of five-limb transformer is proposed. It was found that the presence of the transformer tank can be effectively accounted for by linear inductances representing the paths of the off-core fluxes from yoke to yoke. The modeling of GIC events represented in the paper is the most accurate ever obtained for three-phase, five-leg transformers. The model is validated by close agreement of the predicted values and waveforms of the phase currents and reactive power with those measured in tests performed on two 400 MVA transformers connected back-to-back and to a 400 kV power network. Originality. It is shown that a simplified non-hysteresis model developed portrays the behavior of the of five-limb transformer under GIC condition with the same good accuracy as its hysteresis model. Both the transformer models are well grounded. So, the paper dispels some misconceptions about the influence of the hysteresis properties of the core material and tank in transient modeling of five-leg transformers.Practical value. The practical value and significance of the paper is caused by the fact that the model proposed is a simple and reliable tool for power system studies. The paper warns of using unnecessary complicated models whose parameters are difficult to be estimated by experiments or calculations. Цель работы. Показать, что на основе топологических моделей трехфазного пятистержневого трансформатора возможно корректно воспроизводить его работу в режимах больших индукций в сердечнике. В качестве практически важного примера, анализируется временной отклик трансформатора на воздействие геомагнитно-индуцированных токов (ГИТ). Результаты моделирования сравниваются с результатами натурного эксперимента.Методы исследования. Магнитная модель трансформатора, учитывающая геометрию сердечника и обмоток, преобразуется в дуальную электрическую схему замещения, переходный процесс в который рассчитывается в среде EMTP-ATP. Полученные результаты демонстрируют необходимость учета сопротивлений прямой и нулевой последовательности энергосистемы.Полученные результаты. Разработана адекватная простая и надежная модель пятистержневого трансформатора. Установлено, что присутствие бака трансформатора может быть учтено посредством линейных индуктивностей, представляющих пути магнитных потоков вне сердечника (потоков от ярма к ярму). Точность представленного моделирования процессов в трансформаторе при наличии ГИТ превышает точность известных моделей трехфазных пятистержневых трансформаторов. Адекватность модели подтверждается близостью предсказанных действующих значений и кривых фазных токов, а также потребляемой реактивной мощности, к соответствующим величинам, измененным в эксперименте, проведенном на двух 400 MBA трансформаторах, которые соединены параллельно к энергосистеме напряжением 410 кВ и последовательно по отношению к источнику постоянного напряжения.Научная новизна. Разработана упрощенная безгистерезисная модель пятистержневого трансформатора, которая воспроизводит поведение трансформатора с той же высокой точностью, что и гистерезисная модель, отличающаяся тем, что выбор безгистерезисной модели научно обоснован.Практическая ценность. Практическая ценность и значение статьи обусловлено тем, что предложенная модель трансформатора является простым и надежным инструментом для исследования электрических сетей. Статья предостерегает от использования излишне усложненных моделей, параметры которых не могут быть определены в эксперименте или посредством вычислений.Мета роботи. Показати, що на основі топологічних моделей трифазного п’ятистрижневого трансформатора можливо коректно відтворювати його роботу в режимах великих індукцій в осерді. В якості практично важливого прикладу, аналізується часовий відгук трансформатора на дію геомагнітно-індукованих струмів (ГІТ). Результати моделювання порівнюються з результатами натурного експерименту.Методи дослідження. Магнітна модель трансформатора, що враховує геометрію осердя і обмоток, перетворюється в дуальну електричну схему заміщення, перехідний процес в якій розраховується в середовищі EMTP-ATP. Отримані результати демонструють необхідність урахування опорів прямої і нульової послідовності енергосистеми.Отримані результати. Розроблено адекватну, просту і надійну модель п’ятистрижневого трансформатора. Встановлено, що присутність бака трансформатора може бути врахована за допомогою лінійних індуктивностей, що представляють шляхи магнітних потоків поза осердям (потоків від ярма до ярма). Точність представленого моделювання процесів в трансформаторі в присутності ГІТ перевищує точність відомих моделей трифазних п’ятистрижневих трансформаторів. Адекватність моделі підтверджується близькістю прогнозованих діючих значень і кривих фазних струмів, а також споживаної реактивної потужності, до відповідних величин, виміряних в експерименті, проведеному на двох 400 MBA трансформаторах, які були під’єднані паралельно до енергосистеми напругою 410 кВ і послідовно відносно джерела постійної напруги.Наукова новизна. Розроблено спрощену безгістерезисну модель п’ятистрижневого трансформатора, яка відтворює поведінку трансформатора з такою ж високою точністю, що і гістерезисна модель, яка відрізняється тем, що вибір безгістерезисної моделі є науково обґрунтованим.Практична цінність. Практична цінність і значимість статті обумовлено тим, що запропонована модель трансформатора являє собою простий і надійний інструмент для дослідження електричних мереж. Стаття застерігає від використання надмірно ускладнених моделей, параметри яких не можуть бути визначені в експерименті або знайдені шляхом розрахунків
ВПЛИВ НЕСТАЦІОНАРНИХ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПРОЦЕСІВ НА ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ ПАРАМЕТРИ У СИНХРОННОМУ ЕЛЕКТРОПРИВОДІ
Get PDFPurpose. Investigation of the influence of sharply variable electric load on non-stationary electromagnetic phenomena and electromechanical processes in a synchronous electric drive.Methodology. Theoretical and experimental methods of research and analysis of a set of parameters of sharply varying loads of electrotechnological complexes and electromagnetic processes in electrical equipment; physical and analytical methods for obtaining dependencies of the influence of electrotechnical loads on the technical condition, the breakdown of electrical equipment, additional losses and non-stationary electromagnetic phenomena in systems and equipment.Findings. The calculations of the excess of the oscillatory processes of the synchronous electric drive shaft are performed, which are excited by sharply varying loads, relative to the norms standardized by state standards. Proceeding from the primary requirements of the electric drive and providing normalized oscillations of the motor shaft and increasing requirements to reliability, efficiency and energy consumption per unit of output, the effect of non-stationary electromagnetic processes on the electromechanical parameters of the electric drive was investigated.Originality. A mathematical technique is proposed for non-stationary electromagnetic processes in a synchronous electric drive, which allows one to investigate the effect of non-sinusoidal and unbalanced currents and voltages on electromechanical parameters. An engineering technique for estimating the oscillatory function of a shaft is given, depending on the nature of non-stationary electromagnetic processes in a synchronous motor.Practical value. An engineering technique for estimating the oscillations of a synchronous electric drive shaft is proposed for non-stationary electromagnetic processes, which lead to an increase in the parameters of normative and technical documentation.Цель работы. Исследование влияния резкопеременной электрической нагрузки на нестационарные электромагнитные явления и электромеханические процессы в синхронном электроприводе.Методы исследования. Теоретические и экспериментальные методики исследований и анализа совокупности параметров резкопеременных нагрузок электротехнологических комплексов и электромагнитных процессов в электрооборудовании; физико-аналитические методики для получения зависимостей влияния электротехнологических нагрузок на техническое состояние, аварийность электрооборудования, добавочные потери и нестационарных электромагнитных явлений в системах и оборудовании.Полученные результаты. Выполнены расчеты превышения колебательных процессов вала синхронного электропривода, которые возбуждаются резкопеременными нагрузками, относительно нормированных государственными стандартами. Исходя из первостепенных требований электропривода и обеспечения нормируемых колебаний вала двигателя и возрастающих требований к надежности, эффективности и снижения энергозатрат на единицу вырабатываемой продукции было исследовано влияние нестационарных электромагнитных процессов на электромеханические параметры электропривода.Научна новизна. Предложена математическая методика нестационарных электромагнитных процессов в синхронном электроприводе, которая позволяет исследовать влияние несинусоидальности и несимметрии токов и напряжений на электромеханические параметры. Приведена инженерная методика оценки колебательной функции вала в зависимости от характера нестационарных электромагнитных процессов в синхронном электродвигателе.Практическая ценность. Предложена инженерная методика оценки колебаний вала синхронного электропривода при нестационарных электромагнитных процессах, приводящих к увеличению показателей нормативно-технической документации.Мета роботи. Дослідження впливу різкозмінного електричного навантаження на нестаціонарні електромагнітні явища та електромеханічні процеси у синхронному електроприводі.Методи дослідження. Теоретичні та експериментальні методики дослідження і аналізу сукупності параметрів різкозмінних навантажень електротехнологічних комплексів і електромагнітних процесів в електрообладнанні; фізико-аналітичні методики для отримання залежності впливу електротехнологічних навантажень на технічний стан, аварійність електрообладнання, додаткові втрати та нестаціонарних електромагнітних явищ в системах і обладнанні.Отримані результати. Виконано розрахунки перевищення коливальних процесів валу синхронного електроприводу, які збуджуються різкозмінними навантаженнями, відносно нормованих державними стандартами. Виходячи з першорядних вимог електроприводу і забезпечення нормованих коливань валу двигуна і зростаючих вимог до надійності, ефективності та зниження енерговитрат на одиницю вироблюваної продукції було досліджено вплив нестаціонарних електромагнітних процесів на електромеханічні параметри електроприводу.Наукова новизна. Запропоновано математичну методику нестаціонарних електромагнітних процесів в синхронному електроприводі, яка дозволяє досліджувати вплив несинусоїдальності і несиметрії струмів і напруг на електромеханічні параметри. Наведено інженерну методику оцінки коливальної функції валу залежно від характеру нестаціонарних електромагнітних процесів в синхронному електродвигуні.Практична цінність. Запропоновано інженерну методику оцінки коливань валу синхронного електроприводу при нестаціонарних електромагнітних процесах, що призводять до збільшення показників нормативно-технічної документації.