Electrical Engineering and Power Engineering (EE&PE - E-Journal) / Електротехніка та електроенергетика
Not a member yet
396 research outputs found
Sort by
ПІДХІД ДО ВИЗНАЧЕННЯ СТРУМІВ НЕРОБОЧОГО ХОДУ СИЛОВИХ ТРИФАЗНИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ З ПЛОСКИМ СТРИЖНЕВИМИ МАГНІТНИМИ СИСТЕМАМИ
No full textPurpose. Development a new effective approach for determining the open-circuited transformer parameters by implementing a combination of a schematic and spatial mathematical model of nonstationary electromagnetic fields in three-phase transformers, taking into account the constructive structure of the active part, the nonlinearity of the magnetic properties of electrical steels providing high accuracy and computational efficiency.Methods. The researches were carried out using the methods of the electromagnetic field theory, the theory of electrical circuits, the theory of power transformers, mathematical physics, the finite element method, regression analysis methods.Results. Theoretical researches of electromagnetic processes based on numerical realization of a three-dimensional mathematical model of a power three-phase transformer in open-circuited operation are carried out. An approach is proposed for improving the field simulation efficiency of the open-circuited operation, which consists in reducing the dimension of the computational domain and the transition to 2D models. It allow reducing the computing resources cost more than 2.8 times, time resources more than 250 times at a weighted average discrepancy of not more than 3.6%. The regularities of the distribution of flux density and the energy of the magnetic field for the active part of the transformer in open-circuited operation are determined. Their quantitative ratio value for the rods of different phases, which determining the ratio of the currents and resistances of the forward and reverse sequences of the transformer are calculated. A new approach to determine the open-circuited parameters of three-phase transformers with flat rod magnetic systems, based on the methods of circuit and 3D modeling, harmonic analysis and symmetrical components is realized. It characterized by high efficiency of numerical realization and accuracy for transient processes in switching moment of the three-phase transformer without loads. System of phase idle currents, characterized by non-sinusoidality and asymmetry, is proved. The harmonic composition of these currents is dominated by the 1st, 5th and 7th harmonics, but the first harmonic component predominates. The parameters of the forward and reverse sequence of the phases of the first harmonic for open-circuited operation, based on symmetrical components method were determinated. A corrective technique, which clarifies the traditional engineering approach, is proposed. The use of parameter correction for the researched ratios of the currents of the forward and reverse sequences will been increase the accuracy of calculation of the idle current by 12-14% and the idle losses by 9-11% in comparison with the generally known engineering design techniques.Originality. An approach is proposed for improving the efficiency of field simulation of the open-circuited operation, which consists in reducing the dimension of the computational domain and the transition to 2D models. A new approach of determination of the open-circuited parameters of three-phase transformers with flat rod magnetic systems based on the methods of circuit and 3D modeling, harmonic analysis and symmetrical components is realized. It characterized by high efficiency of numerical realization and accuracy for transient processes in switching moment of the three-phase transformer without loads.Practical value. The approaches and techniques allows to reduce the cost of computing resources by more than 2.8 times, time resources more than 250 times, with a weighted average discrepancy of not more than 3.6%, and increasing the accuracy of calculation of idle currents by 12-14% and losses of idling by 9-11% in comparison with the well-known engineering methods of designing.Цель работы. Разработать новый эффективный подхода для определения параметров холостого хода посредством реализации комбинации схемной и пространственной математической модели нестационарных электромагнитных полей в трехфазных трансформаторах с учетом конструктивного строения активной части, нелинейности магнитных свойств электротехнических сталей, обеспечивающего высокую точность и вычислительную эффективность.Методы исследования. Исследования проводились с использованием методов теории электромагнитного поля, теории электрических цепей, теории силовых трансформаторов, математической физики, метода конечных элементов, методов регрессионного и гармонического анализа.Полученные результаты. Проведены теоретические исследования электромагнитных процессов на основе численной реализации трехмерной математической модели силового трехфазного трансформатора в режиме холостого хода. Предложен подход для повышения эффективности полевого моделирования режима холостого хода, который заключается в сокращении размеров расчетной области и переходу к 2D моделям. Он позволяет сократить затраты вычислительных ресурсов более, чем в 2,8 раз, временных ресурсов более, чем в 250 раз, при средневзвешенной невязке не более 3,6%. Определены закономерности распределения индукции и энергии магнитного поля для активной части трансформатора в режиме холостого хода, установлены их количественные соотношения для стержней различных фаз, определяющие соотношения токов и сопротивлений прямой и обратной последовательности трансформатора. Реализован новый подход определения параметров холостого хода трехфазных трансформаторов с плоскими стержневыми магнитными системами на базе методов схемного и 3D моделирования, гармонического анализа и симметричных составляющих. Он характеризуется высокой эффективностью численной реализации и точностью для переходных процессов включения трехфазного трансформатора без нагрузки. Установлено, что система фазных токов холостого хода характеризуется несинусоидальностью и несимметричностью. В гармоническом составе этих токов преобладают 1-я, 5-я и 7-я гармоники. На основе метода симметричных составлявших определены параметры прямой и обратной последовательности фаз первой гармоники холостого хода и предложена корректирующая методика, уточняющая традиционный инженерный подход. Использование коррекции параметров для исследованных соотношений токов прямой и обратной последовательности, повышает точность расчета токов холостого хода на 12–14% и потерь холостого хода на 9–11% по сравнению с общеизвестными инженерными методиками проектирования.Научна новизна. Предложен подход для повышения эффективности полевого моделирования режима холостого хода, который заключается в сокращении размеров расчетной области и переходу к 2D моделям. Реализован новый подход определения параметров холостого хода трехфазных трансформаторов с плоскими стержневыми магнитными системами на базе методов схемного и 3D моделирования, гармонического анализа и симметричных составляющих. Он характеризуется высокой эффективностью численной реализации и точностью для переходных процессов включения трехфазного трансформатора без нагрузки.Практическая ценность. Предложенные в работе подходы и методики позволяют сократить затраты вычислительных ресурсов более, чем в 2,8 раз, временных ресурсов более, чем в 250 раз, при средневзвешенной невязке не более 3,6% и повысить точность расчета токов холостого хода на 12–14% и потерь холостого хода на 9–11% по сравнению с общеизвестными инженерными методиками проектирования.Мета роботи. Розробити новий ефективний підходу для визначення параметрів неробочого ходу за допомогою реалізації комбінації схемної і просторової математичної моделі нестаціонарних електромагнітних полів в трифазних трансформаторах з урахуванням конструктивної будови активної частини, нелінійності магнітних властивостей електротехнічних сталей, що забезпечує високу точність і обчислювальну ефективність.Методи дослідження. Дослідження проводились з використанням методів теорії електромагнітного поля, теорії електричних кіл, теорії силових трансформаторів, математичної фізики, методу скінченних елементів, методів регресійного та гармонійного аналізу.Отримані результати. Проведено теоретичні дослідження електромагнітних процесів на основі чисельної реалізації трьохвимірної математичної моделі силового трифазного трансформатора в режимі неробочого ходу. Запропоновано підхід для підвищення ефективності польового моделювання режиму неробочого ходу, який полягає в скороченні розмірів розрахункової області і переходу до 2D моделей. Він дозволяє скоротити витрати обчислювальних ресурсів більше, ніж в 2,8 раз, часових ресурсів більше, ніж в 250 разів, при середньозваженій нев’язці не більше 3,6%. Визначено закономірності розподілу індукції і енергії магнітного поля для активної частини трансформатора в режимі неробочого ходу, встановлені їх кількісні співвідношення для стрижнів різних фаз, що визначають співвідношення струмів і опорів прямої і зворотної послідовності трансформатора. Реалізовано новий підхід визначення параметрів неробочого ходу трифазних трансформаторів з плоскими стрижневими магнітними системами на базі методів схемного і 3D моделювання, гармонійного аналізу і симетричних складових. Він характеризується високою ефективністю чисельної реалізації і точністю для перехідних процесів включення трифазного трансформатора без навантаження. Встановлено, що система фазних струмів неробочого ходу характеризується несинусоїдністю та несиметричністю. У гармонійному складі цих струмів переважають 1-я, 5-я і 7-я гармоніки, але при цьому домінує перша гармонійна складова. На основі методу симетричних складових визначені параметри прямої і зворотної послідовності фаз першої гармоніки неробочого ходу і запропонована коригуюча методика, уточнююча традиційний інженерний підхід. Використання корекції параметрів для досліджених співвідношень струмів прямої і зворотної послідовності, підвищує точність розрахунку струмів неробочого ходу на 12-14% і втрат неробочого ходу на 9-11% в порівнянні з загальновідомими інженерними методиками проектування.Наукова новизна. Запропоновано підхід для підвищення ефективності польового моделювання режиму неробочого ходу, який полягає в скороченні розмірів розрахункової області і переходу до 2D моделей. Реалізовано новий підхід визначення параметрів неробочого ходу трифазних трансформаторів з плоскими стрижневими магнітними системами на базі методів схемного і 3D моделювання, гармонійного аналізу і симетричних складових. Він характеризується високою ефективністю чисельної реалізації і точністю для перехідних процесів включення трифазного трансформатора без навантаження.Практична цінність. Запропоновані в роботі підходи та методики дозволяють скоротити витрати обчислювальних ресурсів більше, ніж в 2,8 раз, часових ресурсів більше, ніж в 250 разів, при середньозваженій нев’язці не більше 3,6% і підвищити точність розрахунку струмів неробочого ходу на 12-14% і втрат неробочого ходу на 9-11% в порівнянні з загально-відомими інженерними методиками проектування
МЕТОДОЛОГІЧНИЙ ПІДХІД ДО ПОБУДОВИ ЕНЕРГООЩАДНОЇ СИСТЕМИ АВАРІЙНОГО ОСВІТЛЕННЯ
Get PDFPurpose. The research of methodological approach to construction of reliable and effective emergency lighting system, which works without the use of stationary electric networks from electricity, producible in result of photovoltaic conversion of artificial radiation from lamp of working (general) lighting in visible range of spectrum.Methodology. The experimental researches concerned the construction of the energy-efficient emergency lighting system which works without the use of stationary power source are conducted.Research results. As result of research the experimental model of lamp was constructed showing the possibility of emergency illumination realization on the base of the most widespread common illumination luminescent lamps of ceiling type due to electric power produced at conversion of luminescent lamps artificial light stream by the sun panels placed on their surfaces.Originality. Within the bounds of developed methodological approach the first time it was shown the possibility of multifunction energy-efficient lamp construction combining the working and emergency illumination functions without the use of the stationary power systems.Practical value. With use of the developed methodological approach on the base of standard constructions of the luminescent lighting systems it is possible to design the multifunction energy-efficient lamp, that will help to resolve the problem of energy-saving that gains in importance last years in connection with the all increasing electric power use including lighting needs.Цель работы. Разработка методологического подхода к построению надежной и эффективной системы аварийного освещения, которая работает от электричества, производимого в результате фотоэлектрического преобразования света искусственного излучения видимого диапазона спектра лампы рабочего (общего) освещения без использования стационарных электрических сетей.Методы исследований. Проведены экспериментальные исследования, касающиеся построения энергосберегающей осветительной системы, работающей без использования стационарных источников питания.Полученные результаты. В ходе исследования была построена экспериментальная модель светильника, продемонстрировавшая возможность реализации аварийного освещения на базе наиболее распространенных конструкций люминесцентных светильников потолочного типа общего освещения за счет электроэнергии, вырабатываемой в результате преобразования искусственного светового потока люминесцентных ламп размещенными на их поверхностях солнечными панелями.Научная новизна. В рамках разработанного методологического подхода впервые была показана возможность построения многофункционального энергосберегающего светильника, объединяющего функции рабочего и аварийного освещения, без использования стационарных систем питания.Практическая значимость. На основе разработанного методологического подхода возможно создание на базе стандартных конструкций люминесцентных осветительных систем многофункционального энергосберегающего светильника, что поможет решить проблему энергосбережения, приобретшую за последние годы особенную важность в связи с все возрастающим использованием электроэнергии, в том числе на осветительные нужды.Мета роботи. Розробка методологічного підходу до побудови надійної і ефективної системи аварійного освітлення, що працює від електрики, вироблюваної в результаті фотоелектричного перетворення світла штучного випромінювання видимого діапазону спектру лампи робочого (загального) освітлення без використовування стаціонарних електричних мереж.Методи досліджень. Проведені експериментальні дослідження щодо побудови енергоощадної освітлювальної системи, яка працює без використанні стаціонарних джерел живлення.Отримані результати. В ході дослідження була побудована експериментальна модель світильника, яка продемонструвала можливість реалізації аварійного освітлення на базі найбільш розповсюджених конструкцій люмінесцентних світильників стельового типу загального освітлення за рахунок електроенергії, що виробляється в наслідок перетворення штучного світлового потоку люмінесцентних ламп розміщеними на їх поверхнях сонячними панелями.Наукова новизна. В рамках розробленого методологічного підходу вперш була показана можливість побудови багатофункціонального енергозберігаючого світильника, що поєднує функції робочого і аварійного освітлення, без використання стаціонарних систем живлення.Практична значимість. На основі розробленого методологічного підходу можливо створення на базі стандартних конструкцій люмінесцентних освітлювальних систем багатофункціонального енергозберігаючого світильника, що допоможе вирішити проблему енергозбереження, яка придбала за останні роки особливу важливість в зв'язку, у тому числі, зі все зростаючим споживанням електроенергії на освітлювальні потреби
АНАЛІЗ ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ІННОВАЦІЙНИХ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИХ ПРОВОДІВ ДЛЯ ПОВІТРЯНИХ ЛІНІЙ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧІ
No full textPurpose. Determination of the capacity of wires of overhead power transmission lines based on innovative materials without changing the currently used structures, as well as the possibility of increasing the voltage class of overhead transmission lines when using wires based on aluminum-zirconium materials.Methodology. Analytical method for determining the throughput capacity of overhead power transmission lines. Comparative analysis of electrical characteristics of wires of overhead power transmission lines.Findings. The possibility of increasing the capacity of overhead power transmission lines while maintaining the wire cross-section, using an innovative material based on an aluminum-zirconium alloy, has been proved. The reduction of the weight of the wire based on innovative materials is justified, while maintaining the current throughput. The advantages and disadvantages of European wire structures for overhead power transmission lines are revealed using innovative material based on an aluminum-zirconium alloy. The optimal design of wires based on the innovative material of the aluminum-zirconium alloy for overhead transmission lines, permissible for use on the territory of Ukraine, has been determined.Originality. The expediency of using the traditional designs of the wires of overhead power transmission lines has been proved, in the case of using innovative material. The possibility of increasing the voltage class of overhead power transmission lines using wires based on aluminum-zirconium materials has been substantiated.Practical value. The results are obtained regarding the electrical resistance of overhead power transmission lines to peak loads, taking into account the low costs of modernization with the use of an innovative material based on an alloy of aluminum and zirconium. The use of innovative material creates conditions for increasing the voltage class of overhead power transmission lines, which allows increasing the transmitted power to the consumer. The use of materials based on aluminum-zirconium alloys makes it possible to carry out measures for the reconstruction of electric supply networks without replacement of supports and additional work on land allocation, as in the case of reconstruction without increasing the voltage line class of power lines, and in case of increasing the voltage class.Цель. Определение пропускной способности проводов воздушных линий электропередачи на основе инновационных материалов без изменения используемых в настоящее время конструкций, а также возможности повышения класса напряжения воздушных линий электропередачи при использовании проводов на основе алюминиево-циркониевых материалов.Методы исследования. Аналитический метод определения пропускной способности проводов воздушных линий электропередачи. Сравнительный анализ электротехнических характеристик проводов воздушных линий электропередачи.Полученные результаты. Доказана возможность увеличения пропускной способности воздушных линий электропередачи при сохранении сечения провода, при использовании инновационного материала на основе сплава алюминий-цирконий. Обосновано снижение массы провода на основе инновационных материалов при сохранении пропускной способности по току. Выявлены преимущества и недостатки европейских конструкций проводов для воздушной линий электропередачи при использовании инновационного материала, на основе сплава алюминий-цирконий. Определена оптимальная конструкция проводов на основе инновационного материала из сплава алюминий-цирконий для воздушных линий электропередач, допустимая к использованию на территории Украины.Научная новизна. Доказана целесообразность использования традиционных конструкций проводов воздушных линий электропередачи, в случае применения инновационного материала. Обоснована возможность повышения класса напряжения воздушных линий электропередачи при использовании проводов на основе алюминиево-циркониевых материалов.Практическая ценность. Получены результаты относительно электрической стойкости воздушных линий электропередачи к пиковым нагрузкам, с учетом незначительных затрат на модернизацию при использовании инновационного материала на основе сплава алюминия и циркония. Использование инновационного материала создает условия для повышения класса напряжения воздушных линий электропередач, что позволяет проводить увеличение передаваемой мощности к потребителю. Использование материалов на основе алюминиево-циркониевых сплавов позволяет проводить мероприятия по реконструкции сетей электрического снабжения без замены опор и дополнительных работ по землеотводу, как в случае проведения реконструкции без увеличения класса напряжения линии электропередач, так и в случае повышения класса напряжения.Мета роботи. Визначення пропускної здатності проводів повітряних ліній електропередачі на основі інноваційних матеріалів без зміни використовуваних в даний час конструкцій, а також можливості підвищення класу напруги повітряних ліній електропередачі при використанні проводів на основі алюмінієво-цирконієвих матеріалів.Методи дослідження. Аналітичний метод визначення пропускної здатності проводів повітряних ліній електропередачі. Порівняльний аналіз електротехнічних характеристик проводів повітряних ліній електропередачі.Отримані результати. Доведено можливість збільшення пропускної спроможності повітряних ліній електропередачі при збереженні перетину дроту, при використанні інноваційного матеріалу на основі сплаву алюміній-цирконій. Обґрунтовано зниження маси дроту на основі інноваційних матеріалів при збереженні пропускної здатності по току. Виявлено переваги та недоліки європейських конструкцій проводів для повітряної ліній електропередачі при використанні інноваційного матеріалу, на основі сплаву алюміній-цирконій. Визначено оптимальну конструкцію проводів на основі інноваційного матеріалу зі сплаву алюміній-цирконій для повітряних ліній електропередач, допустима для використання на території України.Наукова новизна. Доведено доцільність використання традиційних конструкцій проводів повітряних ліній електропередачі, в разі застосування інноваційного матеріалу. Обґрунтовано можливість підвищення класу напруги повітряних ліній електропередачі при використанні проводів на основі алюмінієво-цирконієвих матеріалів.Практична цінність. Отримано результати щодо електричної стійкості повітряних ліній електропередачі до пікових навантажень, з урахуванням незначних витрат на модернізацію при використанні інноваційного матеріалу на основі сплаву алюмінію і цирконію. Використання інноваційного матеріалу створює умови для підвищення класу напруги повітряних ліній електропередач, що дозволяє проводити збільшення переданої потужності до споживача. Використання матеріалів на основі алюмінієво-цирконієвих сплавів дозволяє проводити заходи щодо реконструкції мереж електричного постачання без заміни опор та додаткових робіт щодо землевідведення, як у випадку проведення реконструкції без збільшення класу напруги лінії електропередач, так і в разі підвищення класу напруги
ЧИСЛОВИЙ БЕЗІТЕРАЦІЙНИЙ МЕТОД МОДЕЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ ПРОЦЕСІВ В АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ
No full textPurpose. Development of calculation of electromagnetic and electromechanic transients is in asynchronous engines without iterations.Methodology. Numeral methods of integration of usual differential equations, programming. Findings. As the system of equations, describing the dynamics of asynchronous engine, contents the products of rotor and stator currents and product of rotation frequency of rotor and currents, so this system is nonlinear one. The numeral solution of nonlinear differential equations supposes an iteration process on every step of integration. Time-continuing and badly converging iteration process may be the reason of calculation slowing. The improvement of numeral method by the way of an iteration process removing is offered. As result the modeling time is reduced. The improved numeral method is applied for integration of differential equations, describing the dynamics of asynchronous engine.Originality. The improvement of numeral method allowing to execute numeral integrations of differential equations containing product of functions is offered, that allows to avoid an iteration process on every step of integration and shorten modeling time.Practical value. On the basis of the offered methodology the universal program of modeling of electromechanics processes in asynchronous engines could be developed as taking advantage on fast-acting.Цель работы. Разработка безытерационного метода расчета переходных электромагнитных и электромеханических процессов в асинхронных двигателях.Методы исследования. Численные методы интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений, программирование.Полученные результаты. Поскольку в систему уравнений, описывающих динамику асинхронного двигателя, входят произведения токов ротора и статора и произведение частоты вращения ротора и токов, то эта система нелинейная. Численное решение нелинейных дифференциальных уравнений предполагает итерационный процесс на каждом шаге интегрирования. Этот итерационный процесс может быть длительным и плохо сходящимся, что замедляет процесс расчета. Предложено усовершенствование численного метода, устраняющее итерационный процесс и сокращающее время моделирования. Усовершенствованный численный метод применен для интегрирования дифференциальных уравнений, описывающих динамику электромагнитных и электромеханических асинхронного двигателя.Научна новизна. Предложено усовершенствование численного метода, позволяющее выполнять численное интегрирования дифференциальных уравнений, содержащих произведение функций, что позволяет избежать итерационного процесса на каждом шаге интегрирования и сократить время моделирования.Практическая ценность. На основании предложенной методики может быть разработана универсальная программа моделирования электромеханических процессов в асинхронных двигателях, имеющая преимущество по быстродействию.Мета роботи. Розробка безітераційного методу розрахунку перехідних електромагнітних і електромеханічних процесів в асинхронних двигунах.Методи дослідження. Числові методи інтегрування звичайних диференціальних рівнянь, програмування.Отримані результати. Оскільки в систему рівнянь, що описують динаміку асинхронного двигуна, входять добутки струмів ротора і статора і добуток частоти обертання ротора і струмів, то ця система нелінійна. Числовий розв’язок нелінійних диференціальних рівнянь передбачає ітераційний процес на кожному кроці інтегрування. Цей ітераційний процес може бути тривалим і погано збігатися, що уповільнює процес розрахунку. Запропоновано удосконалення числового методу, що усуває ітераційний процес і скорочує час моделювання. Вдосконалено числовий метод застосований для інтегрування диференціальних рівнянь, що описують динаміку асинхронного двигуна.Наукова новизна. Запропоновано удосконалення числового методу, що дозволяє виконувати числове інтегрування диференціальних рівнянь, які містять добуток функцій, що дозволяє уникнути ітераційного процесу на кожному кроці інтегрування і скоротити час моделювання.Практична цінність. На підставі запропонованої методики може бути розроблена універсальна програма моделювання електромеханічних процесів в асинхронних двигунах, що має перевагу по швидкодії. асинхронних двигунах, що має перевагу по швидкодії
МАТРИЧНО-ТОПОЛОГІЧНА МОДЕЛЬ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ КІЛ
No full textPurpose. To develop a digital model of electromagnetic devices for research and optimization of powerful secondary electric power sources and electromagnetic converters.Methodology. Nodal potential method, Contour current method, Topologically isomorphic transformations.Findings. The purpose of this work is to create a mathematical apparatus that allows solving problems of modeling and researching electromagnetic devices in parts (by types of accumulated energy). This will simplify the research and optimization of technical characteristics such as efficiency, weight and size indicators, etc. The proposed mathematical model of electromagnetic circuits has the greatest degree of detail of the electric and magnetic circuit. The magnetic circuit is represented in the same detail as the electric circuit, and is described by a contour matrix. A mathematical description of electromagnetic devices is obtained in which inductive parameters are determined by the geometric dimensions and characteristics of magnetic circuits. The topology of the electrical circuit is represented by matrix blocks, which allowed obtaining a mathematical description, which simultaneously takes into account the distribution of currents and charges in the elements of the circuit. The system of equations reduces to the Cauchy form and is composed with respect to increments of magnetic fluxes and potentials on capacitors, which simplifies its solution by numerical methods on a computer. Thus, it is convenient to monitor the energy processes in the reactive powerconsuming elements of the circuit. A stable and adaptive digital model of electromagnetic circuits has been developed that makes it possible to combine several methods of integrating a system of differential equations. Feedback is provided through a special parameter. This makes it possible to maximize the correctness of the computations for the energy components in the simulation of the electromagnetic circuit. The originality of the mathematical description lies in the fact that the topology of the electromagnetic circuit is represented in the form of separate matrices that are connected by a matrix of coil connections. The practical value of the digital model of the electromagnetic circuit is that the parameters of the magnetic circuits are introduced in the form of geometric dimensions of the magnetic circuits. This eliminates the need for equivalent transformations to produce data for a specific model. This simplifies the study of secondary power supplies and other powerful electric power consumers by efficiency criteria, weight and size parameters.Originality. The topology of the electromagnetic circuit is represented in the form of separate matrices that are connected by a matrix of coil connections.Practical value. The parameters of the magnetic circuits are introduced in the form of geometric dimensions of the magnetic circuits.Цель работы. Разработать цифровую модель электромагнитных устройств для исследования и оптимизации мощных вторичных источников питания и электромагнитных преобразователей.Методы исследования. Метод узловых потенциалов, метод контурных токов, топологическиизоморфные преобразования.Полученные результаты. Современные системы автоматизированного проектирования требуют разработки специального математического обеспечения. Основными требованиями к разработке моделей могут быть наибольшая степень детализации, допустимое качество моделирования, простота получения параметров модели. В автономных электроэнергетических системах все устройства можно подразделить на три группы: источники питания, преобразователи и потребители электроэнергии. Среди них устройства, относящиеся ко второй группе, по массе и габаритам иногда соизмеримы с источниками питания и часто превышают по этим параметрам потребители электроэнергии. К тому же преобразователи электроэнергии также является своего рода потребителями энергии, которая используется для управления коммутационными элементами и выделяется в виде тепла. Количество потребленной энергии преобразователем влияет в худшую сторону на экономичность автономной системы и поэтому часто является критерием исследования. Целью данной работы является создание математического аппарата, позволяющего решать задачи моделирования и исследования электромагнитных устройств по частям (по видам накапливаемой энергии). Это позволит упростить исследование и оптимизацию таких технических характеристик, как коэффициент полезного действия, массогабаритные показатели и т.д. Предложенная математическая модель электромагнитных цепей имеет наибольшую степень детализации электрической и магнитной цепи. Магнитная цепь представлена так же подробно, что и электрическая цепь, и описывается контурной матрицей. Получено математическое описание электромагнитных устройств, в которых индуктивные параметры определяются геометрическими размерами и характеристиками магнитных цепей. Топология электрической цепи представлена матричными блоками, что позволило получить математическое описание, которое одновременно учитывает распределение токов и зарядов в элементах схемы. Система уравнений сводится к форме Коши и составлена относительно приращений магнитных потоков и потенциалов на конденсаторах, что упрощает ее решение численными методами на компьютере. Таким образом, удобно следить за энергетическими процессами в реактивных энергоемких элементах схемы. Разработана устойчивая и адаптивная цифровая модель электромагнитных схем, позволяющая объединить несколько методов интегрирования системы дифференциальных уравнений. Обратная связь предоставляется через специальный параметр. Это позволяет добиться максимальной корректности вычислений для энергетических компонентов при моделировании электромагнитной цепи. Оригинальность математического описания заключается в том, что топология электромагнитной цепи представлена в виде отдельных матриц, которые связаны между собой матрицей витковых зацеплений. Практическая ценность цифровой модели электромагнитной цепи заключается в том, параметры магнитных цепей вводятся в виде геометрических размеров магнитопроводов. Это исключает необходимость проводить эквивалентные преобразования для подготовки данных конкретной модели. Это упрощает изучение вторичных источников питания и других мощных потребителей электроэнергии по критериям эффективности, весовых и размерных параметров.Научна новизна. Топология электромагнитной цепи представлена в виде отдельных матриц, соединенных матрицей витковых зацеплений.Практическая ценность. Параметры магнитных цепей вводятся в виде геометрических размеров магнитных цепей.Мета роботи. Розробити цифрову модель електромагнітних пристроїв для дослідження та оптимізації потужних вторинних джерел живлення та електромагнітних перетворювачів.Методи дослідження. Метод вузлових потенціалів, метод контурних струмів, топологічно-ізоморфні перетворення.Отримані результати. Сучасні системи автоматизованого проектування вимагають розробки спеціального математичного забезпечення. Основними вимогами до розробки моделей можуть бути найбільша ступінь деталізації, допустима якість моделювання, простота отримання параметрів моделі. В автономних електроенергетичних системах всі пристрої можна поділити на три групи: джерела живлення, перетворювачі і споживачі електроенергії. Серед них пристрої, що відносяться до другої групи, за масою і габаритами іноді сумірні з джерелами живлення і часто перевищують за цими параметрами споживачі електроенергії. Кількість спожитої енергії перетворювачем впливає в гіршу сторону на економічність автономної системи і тому часто є критерієм дослідження. Метою даної роботи є створення математичного апарату, що дозволяє вирішувати задачі моделювання та дослідження електромагнітних пристроїв по частинах (за видами накопичуваної енергії). Це дозволить спростити дослідження і оптимізацію таких технічних характеристик, як коефіцієнт корисної дії, масогабаритні показники тощо. Запропонована математична модель електромагнітних кіл має найбільший ступінь деталізації електричного і магнітного кола. Магнітне коло представлено так само докладно, що і електричне коло, і описується контурної матрицею. Отримано математичний опис електромагнітних пристроїв, в которому індуктивні параметри визначаються геометричними розмірами і характеристиками магнітного кола. Топологія електричного кола представлена матричними блоками, що дозволило отримати математичний опис, котрий одночасно враховує розподіл струмів і зарядів в елементах схеми. Система рівнянь зводиться до форми Коші і складена відносно приросту магнітних потоків і потенціалів на конденсаторах, що спрощує її рішення чисельними методами на комп'ютері. Таким чином, зручно стежити за енергетичними процесами в реактивних енергоємних елементах схеми. Розроблена стійка і адаптивна цифрова модель електромагнітних кіл, що дозволяє об'єднати кілька методів інтегрування системи диференціальних рівнянь. Зворотній зв'язок надається через спеціальний параметр. Це дозволяє домогтися максимальної коректності обчислень для енергетичних компонентів при моделюванні електромагнітного кола. Оригінальність математичного опису полягає в тому, що топологія електромагнітного кола представлена у вигляді окремих матриць, котрі пов'язані між собою матрицею виткових зачеплень. Практична цінність цифрової моделі електромагнітного кола полягає в тому, що параметри магнітних кіл вводяться в вигляді геометричних розмірів магнітопроводів. Це виключає необхідність проводити еквівалентні перетворення для підготовки даних конкретної моделі. Це спрощує вивчення вторинних джерел живлення та інших потужних споживачів електроенергії за критеріями ефективності, вагових і розмірних параметрів.Наукова новизна. Топологія електромагнітного кола представлена у вигляді окремих матриць, з'єднаних матрицею виткових зачеплень.Практична цінність. Параметри магнітних кіл вводяться у вигляді геометричних розмірів магнітних кіл
ВАРТІСНО-ЦІЛЬОВІ АСПЕКТИ МОНІТОРИНГУ РІВНІВ ЕЛЕКТРОСПОЖИВАННЯ НА ПІДПРИЄМСТВАХ ЗАЛІЗОРУДНОЇ ГАЛУЗІ КРИВОРІЗЬКОГО РЕГІОНУ
Get PDFPurpose. Conduct a cost-target analysis as part of monitoring electricity consumption levels and develop recommendations for a rational strategy for consuming electricity from mining enterprises with underground mining of iron ore.Methodology. The study is based on the use of laws, regularities and categorical apparatus. In the process of scientific research, general scientific methods of research (comparison, generalization, analogy method, structural analysis and synthesis), methods of logical-theoretical analysis, special economic-mathematical methods were used.Findings. The indicators of electricity consumption at iron ore enterprises of the Krivoy Rog region are analyzed. A comparative analysis of the planned and actual energy consumption is carried out. The trend components of electricity consumption indicators at iron ore enterprises of the Krivoy Rog region are highlighted. Dynamics of structural transformation of unit cost of electric energy production at iron ore enterprises of the Krivoy Rog region is determined.Originality. When forming the cost-target component of monitoring the energy consumption levels, it is suggested to use the index methodology in combination with trend models, which will allow to determine the forecast of electricity consumption and realize rational management of power consumption. An index system of structural transformation of the unit cost of electric energy production at mining enterprises of the Krivoy Rog region is proposed.Practical value. Dynamics analysis of the structural transformation of the unit cost of electric power consumption of iron ore enterprises of the Krivoy Rog region is carried out. The system of indices of the unit cost of electricity consumption is defined: the index of the average unit cost of electricity consumption of variable composition; index of unit cost of power consumption of fixed composition; the index of the average unit cost of power consumption of structural shifts. The deterministic component of the time series of electricity consumption for the iron ore enterprises of the Krivoy Rog region was singled out and analyzed. The obtained trend models give grounds for determining the forecast of electricity consumption levels with an appropriate level of reliability. The indicators of electricity consumption levels provide the formation of an information-analytical component of the relevant monitoring. The carried out researches allow to formulate the strategy of electricity consumption at the enterprises of iron ore industry of the Krivoy Rog region. The problems highlighted in the article are closely related to the scientific and practical tasks of rational use and distribution of available energy resources.Цель работы. Провести стоимостные-целевой анализ в составе мониторинга уровней электропотребления и разработать рекомендации по рациональной стратегии потребления электрической энергии горных предприятий с подземными видами добычи железорудного сырья.Методы исследования. Исследование основано на использовании законов, закономерностей и категориальном аппарата. В процессе научного исследования использовались общенаучные методы исследования (сравнение, обобщение, метод аналогий, структурный анализ и синтез), приемы логико-теоретического анализа, специальные экономико - математические методы.Полученные результаты. Проанализированы показатели потребления электроэнергии на железорудных предприятиях Криворожского региона. Проведен сравнительный анализ запланированного и фактического энергопотребления. Выделено трендовые составляющие показателей потребления электроэнергии на железорудных предприятиях Криворожского региона. Определена динамика структурной трансформации удельной стоимости электрической энергии производства на железорудных предприятиях Криворожского региона.Научная новизна. При формировании стоимостно-целевой составляющей мониторинга уровней электропотребления предложено использовать индексную методологию в совокупности с трендовыми моделями, что позволит определять прогноз потребления электроэнергии и реализовать рациональное управление электропотреблением. Предложена индексная система структурной трансформации удельной стоимости электрической энергии производства на горнорудных предприятиях Криворожского региона.Практическая ценность. Проведен в динамике анализ структурной трансформации удельной стоимости электропотребления предприятий железорудной отрасли Криворожского региона. Определена система индексов удельной стоимости потребления электроэнергии: индекс средней удельной стоимости электропотребления переменного состава; индекс удельной стоимости электропотребления фиксированного состава; индекс средней удельной стоимости электропотребления структурных сдвигов. Выделена и проанализирована детерминированная компонента временного ряда потребления электроэнергии для железорудных предприятий Криворожского региона. Полученные трендовые модели дают основания для определения прогноза уровней потребления электроэнергии с соответствующим уровнем достоверности. Показатели уровней потребления электроэнергии обеспечивают формирование информационно-аналитическую составляющую соответствующего мониторинга. Проведенные исследования позволяют сформировать стратегию потребления электроэнергии на предприятиях железорудной промышленности Криворожского региона. Проблемы, освещенные в статье, тесно связанны с научными и практическими задачами по рациональному использованию и распределению имеющихся энергетических ресурсов.Мета роботи. Провести вартісно-цільовий аналіз в складі моніторингу рівнів електроспоживання та розробити рекомендації щодо раціональної стратегії споживання електричної енергії гірничих підприємств з підземними видами видобутку залізорудної сировини.Методи дослідження. Дослідження засноване на використанні законів, закономірностей і категоріальному апарату. У процесі наукового дослідження використовувалися загальнонаукові методи дослідження (порівняння, узагальнення, метод аналогій, структурний аналіз і синтез), прийоми логіко-теоретичного аналізу, спеціальні економіко - математичні методи.Отримані результати. Проаналізовано показники споживання електроенергії на залізорудних підприємствах Криворізького регіону. Проведено порівняльний аналіз запланованого та фактичного рівня споживання електроенергії. Виділено трендові складові показників споживання електроенергії на залізорудних підприємствах Криворізького регіону. Визначено динаміку структурної трансформації питомої вартості електричної енергії виробництва на залізорудних підприємствах Криворізького регіону.Наукова новизна. При формуванні вартісно-цільової складової моніторингу рівнів електроспоживання запропоновано використовувати індексну методологію в сукупності з трендовими моделями, що дозволить визначати прогноз споживання електроенергії та реалізувати раціональне управління електроспоживанням. Означена індексна система структурної трансформації питомої вартості електричної енергії виробництва на гірничорудних підприємствах Криворізького регіону.Практична цінність. Проведений в динаміці аналіз структурної трансформації питомої вартості електроспоживання підприємств залізорудної галузі Криворізького регіону. Визначено систему індексів питомої вартості споживання електроенергії: індекс середньої питомої вартості електроспоживання змінного складу; індекс питомої вартості електроспоживання фіксованого складу; індекс середньої питомої вартості електроспоживання структурних зрушень. Виділено і проаналізовано детерміновану компоненту часового ряду споживання електроенергії для залізорудних підприємств Криворізького регіону. Отримані трендові моделі дають підстави для визначення прогнозу рівнів споживання електроенергії з відповідним рівнем достовірності. Означено показники рівнів споживання електроенергії, які забезпечать формування інформаційно-аналітичного складової відповідного моніторингу. Проведені дослідження дозволяють сформувати стратегію споживання електроенергії на підприємствах залізорудної промисловості Криворізького регіону. Проблеми, висвітлені в роботі, тісно пов’язані з науковими та практичними завданнями щодо раціонального використання та розподілу наявних енергетичних ресурсів
ОСОБЛИВОСТІ ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ СХЕМИ ЗАМІЩЕННЯ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА ДЛЯ РЕЖИМУ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ
Get PDFPurpose. Development of a new method for determining the parameters of an induction motor, based on a three-dimensional transient mathematical model of the electrical and magnetic fields, that provides high accuracy and reliability of results and considering the design features of induction motors, nonlinearity of the electrophysical and magnetic properties of active and structural materials.Methods. Numerical simulation of the conjugate spatial transient electrical and magnetic fields of the induction motor in the short-circuit mode, with help methods of the theory of electromagnetic fields, finite element, theory of electrical machines and electrical circuits. Results. Theoretical researches and simulation results, which based on numerical realization of the finite element method of three-dimensional transient mathematical model of the electrical and magnetic fields in induction motor which displayed the features of the processes of AC energy conversion in the experimental short-circuit mode are obtained.The magnetic field energy is localized mainly in the area of the cores and slots of the stator and rotor of the low-power induction motors by researches was determined. In the zone of the frontal parts of the stator windings, up to 15% of the magnetic field energy of the induction motor is evolved. In the central area of the active part of the induction motor, a length up to 60% of the total length of the stator and rotor core, the magnetic field has plane-parallel form, but is transformed into zones of coil ends of the stator windings and near its end of the core. The influence of the characteristic features of the magnetic field distribution, its energy on the substitution circuit parameters of the low power induction motor and its operating modes are defined. The ratios between the resistances inductive coil ends zone of the stator windings and slots zone stator and rotor windings for an induction motor in short-circuit mode were respectively 14.7% and 85.3%.Originality. The regularities of the spatial distribution of induction and the energy of the magnetic field in the experimental short-circuit mode are defined. When the localization of the magnetic field energy in the frontal parts zone of the stator windings and in the cores and slots regions of the stator and rotor of low-power induction motors, the quantitative relations between the inductive resistances are determined.Practical value. Through the implementation of the dynamic spatial model of electromagnetic fields by the finite element method and numerical simulation data of the short-circuit dynamic mode of the induction motor, the parameters taking into account the structural features of the stator and rotor, and the nonlinear properties of active materials in the multicomponent modeling domain of its substitution circuit are determined. It is proved, that the new approach to the determination of the substitution circuit parameters of induction motors based on simulation data field provides a significant increase in accuracy compared to conventional iterative-empirical methods.Цель. Разработка новой методики определения параметров асинхронного двигателя посредством реализации трехмерной математической модели нестационарных электрических и магнитных полей, обеспечивающей высокую точность и достоверность результатов при учете особенностей конструкции асинхронных двигателей, нелинейности электрофизических и магнитных свойств активных и конструкционных материалов.Методика. Численное моделирование сопряженных пространственных нестационарных электрических и магнитных полей асинхронного двигателя в режиме короткого замыкания методами теории электромагнитных полей, конечных элементов, теории электрических машин и электрических цепей.Результаты. Представлены теоретические исследования и данные моделирования на основе численной реализации методом конечных элементов трехмерной нестационарной математической модели электромагнитных полей в асинхронном двигателе, отображающей особенности процессов преобразования энергии переменного тока в режиме опытного короткого замыкания. Исследованиями установлено, что в асинхронных двигателях малой мощности энергия магнитного поля локализуется в основном в областях сердечников и пазов статора и ротора. Но при этом в зоне лобовых частей обмоток статора выделяется до 15% от энергии магнитного поля асинхронного двигателя. В центральных зонах, протяженность которых достигает 60% длины сердечников статора и ротора, магнитное поле имеет плоскопараллельный характер, а в зонах торцов сердечников и лобовых частей обмоток статора существенно трансформируется. Установлено влияние характерных особенностей распределения магнитного поля, его энергии на параметры короткого замыкания асинхронного двигателя малой мощности и режимы его работы. Соотношения между индуктивными сопротивлениями лобовых частей обмоток статора и пазовых частей статора и ротора для исследуемого асинхронного двигателя для режима опытного короткого замыкания составили соответственно 14,7% и 85,3%.Научная новизна. Установлены закономерности пространственного распределения индукции и энергии магнитного поля в режиме опытного короткого замыкания, определены количественные соотношения между индуктивными сопротивлениями при локализации энергии магнитного поля в области лобовых частей обмоток статора и в областях сердечников и пазов статора и ротора асинхронных двигателей малой мощности.Практическая значимость. Посредством реализации динамической пространственной модели электромагнитных полей методом конечных элементов и данных численного моделирования динамического режима опытного короткого замыкания асинхронного двигателя определены параметры его схемы замещения с учетом конструктивных особенностей статора и ротора, нелинейности свойств активных материалов в многокомпонентной области моделирования. Обосновано, что новый подход к определению параметров схемы замещения асинхронных двигателей на основе данных полевого моделирования обеспечивает существенное повышение точности по сравнению с общеизвестными итерационно-эмпирическими методами.Мета. Розробка нової методики визначення параметрів асинхронного двигуна за допомогою реалізації тривимірної математичної моделі нестаціонарних електричних і магнітних полів, що забезпечує високу точність і достовірність результатів при врахуванні особливостей конструкції асинхронних двигунів, нелінійності електрофізичних і магнітних властивостей активних та конструкційних матеріалів.Методика. Чисельне моделювання сполучених просторових нестаціонарних електричних і магнітних полів асинхронного двигуна в режимі короткого замикання методами теорії електромагнітних полів, кінцевих елементів, теорії електричних машин і електричних кіл.Результати. Представлені теоретичні дослідження і дані моделювання на основі чисельної реалізації методом кінцевих елементів тривимірної нестаціонарної математичної моделі електромагнітних полів в асинхронному двигуні, що відображає особливості процесів перетворення енергії змінного струму в режимі дослідного короткого замикання. Дослідженнями встановлено, що в асинхронних двигунах малої потужності енергія магнітного поля локалізується в основному в областях сердечників і пазів статора і ротора. Але при цьому в зоні лобових частин обмоток статора виділяється до 15% від енергії магнітного поля асинхронного двигуна. У центральних зонах, протяжність яких сягає 60% довжини сердечників статора і ротора, магнітне поле наближається до плоскопаралельного поля, істотно видозмінюючись в зонах торців сердечників і лобових частин обмоток статора. Встановлено вплив характерних особливостей розподілу магнітного поля, його енергії на параметри короткого замикання асинхронного двигуна малої потужності і режими його роботи. Співвідношення між індуктивними опорами лобових частин обмоток статора і пазових частин статора і ротора для досліджуваного асинхронного двигуна для режиму дослідного короткого замикання склали відповідно 14,7% і 85,3%.Наукова новизна. Встановлено закономірності просторового розподілу індукції і енергії магнітного поля в режимі дослідного короткого замикання, визначені кількісні співвідношення між індуктивними опорами при локалізації енергії магнітного поля в області лобових частин обмоток статора і в областях сердечників і пазів статора і ротора асинхронних двигунів малої потужності.Практична значимість. За допомогою реалізації динамічної просторової моделі електромагнітних полів методом кінцевих елементів і даних чисельного моделювання динамічного режиму дослідного короткого замикання асинхронного двигуна визначено параметри його схеми заміщення з урахуванням конструктивних особливостей статора і ротора, нелінійності властивостей активних матеріалів в багатокомпонентної області моделювання. Обґрунтовано, що новий підхід до визначення параметрів схеми заміщення асинхронних двигунів на основі даних польового моделювання забезпечує істотне підвищення точності в порівнянні з загальновідомими ітераційно-емпіричними методами
ЗАСТОСУВАННЯ ПРОСТОРОВИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ ПОЛІВ ЗАДЛЯ СТВОРЕННЯ ТЕПЛОВИХ ПЕРЕШКОД У КАМЕРНИХ ПЕЧАХ
Get PDFPurpose. A research of a possibility of use of spatial electric field for creation of a thermal barrier to improve of turbulent gases motion in working space of the chamber furnace and increase in their density in an arrangement zone gardens from metal which heats up.Methodology. By means of a complex of programs which allow to predict the movement of furnace gases taking into account turbulence of streams settlement researches of fields of their speeds in the camera are conducted.Findings. The settlement research of whirl of products of combustion in the chamber furnace is executed. The picture of fields of speeds of gases in working volume is received and the analysis concerning efficiency of their use in a zone of an arrangement of metal products which heat up is carried out. It is established that the main part of warmth heats the top part of the furnace and only then falls down cameras where gases of insignificant density contact to metal, at the same time their bigger quantity just is removed through smoke windows, without having given warmth. The last leads to an excessive consumption of primary energy resource and reduction of power efficiency of the furnace in general. It is offered to create a thermal barrier by the direction of a quantity of the last perpendicular to that their part that are removed from the furnace. As the operating influence at this case serves noted ratio of volumes of gases. Results of modeling of the circulating movement of oven gases in the presence of a thermal barrier showed that their mass expense nearby of preparation grows, and it testifies to a possibility of achievement of the necessary temperature of metal at smaller expense of natural gas.Originality. It is for the first time proved that it is expedient to apply a thermal barrier by creation of spatial electric field in the camera of the furnace between the burner and cages the metal.Practical value. Introduction of the offered way of creation of a thermal barrier by means of spatial electric field can promote increase in energy efficiency of chamber furnaces.Цель работы. Исследование возможности применения пространственного электрического поля для создания теплового барьера с целью улучшения турбулентного движения газов в рабочем пространстве камерной печи и увеличения их плотности в зоне расположения нагреваемой садки металла.Методы исследований. С помощью комплекса программ, позволяющих прогнозировать с учетом турбулентности потоков движение печных газов, проведены расчетные исследования полей их скоростей в камере.Полученные результаты. Выполнено расчетное исследование турбулентного движения продуктов сгорания в камерной печи. Получено картину полей скоростей газов в рабочем объеме и проведен анализ по эффективности их использования в зоне расположения металлических изделий, которые нагреваются. Установлено, что основная часть теплоты нагревает верхнюю часть печи и только потом опускается вниз камеры, где газы незначительной плотности контактируют с металлом, при этом большее их количество просто удаляется через дымовые окна, не отдав теплоты. Последнее приводит к перерасходу первичного энергоресурса и уменьшения энергетической эффективности печи в целом. Предложено создать тепловой барьер путем направления некоторого количества последних перпендикулярно той их части, которые удаляются из печи. Управляющим воздействием в данном случае служит указанное соотношение объемов газов. Результаты моделирования циркуляционного движения печных газов при наличии теплового барьера показали, что их массовый расход вблизи заготовки растет, а это свидетельствует о возможности достижения нужной температуры металла при меньшем расходе природного газа.Научная новизна. Впервые доказано, что применять тепловой барьер целесообразно путем создания пространственного электрического поля в камере печи между горелкой и садкой металла.Практическая ценность. Внедрение предложенного способа создания теплового барьера с помощью пространственного электрического поля может способствовать повышению энергоэффективности камерных печей.Мета роботи. Дослідження можливості застосування просторового електричного поля для створення теплового бар’єру з метою покращення турбулентного руху газів у робочому просторі камерної печі та збільшення їх щільності у зоні розташування садки з металу, що нагрівається.Методи досліджень. За допомогою комплексу програм, що дозволяють прогнозувати з урахуванням турбулентності потоків рух пічних газів, проведені розрахункові дослідження полів їх швидкостей у камері.Отримані результати. Виконано розрахункове дослідження турбулентного руху продуктів згоряння в камерній печі. Отримано картину полів швидкостей газів в робочому об’ємі та проведено аналіз щодо ефективності їх використання у зоні розташування металевих виробів, що нагріваються. Встановлено, що основна частина теплоти нагріває верхню частину печі і лише потім опускається вниз камери, де гази незначної щільності контактують з металом, при цьому більша їх кількість просто видаляється через димові вікна, не віддавши теплоти. Останнє призводить до перевитрати первинного енергоресурсу та зменшення енергетичної ефективності печі у цілому. Запропоновано створити тепловий бар’єр шляхом направлення деякої кількості останніх перпендикулярно тій їх частині, що видаляються з печі. Керуючим впливом у даного випадку слугує зазначене співвідношення обсягів газів. Результати моделювання циркуляційного руху пічних газів за наявності теплового бар’єра показали, що їх масова витрата поблизу заготівки зростає, а це свідчить про можливість досягнення потрібної температури металу за меншої витрати природного газу.Наукова новизна. Вперше доказано, що застосовувати тепловий бар’єр доцільно шляхом створення просторового електричного поля у камері печі між пальником і садкою металу.Практична значимість. Впровадження запропонованого способу створення теплового бар’єру за допомогою просторового електричного поля може сприяти підвищенню енергоефективності камерних печей
МОДЕЛЬ КРОКОВОГО ДВИГУНА ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО ПОЗИЦІЮВАННЯ В ECAD
Get PDFPurpose. Development of an economical Stepping Motor’s (SM) macromodel for the study of positioning systems and other robotic mechatronic systems in computer-aided design (ECAD) programs, which does not generate algorithmic failures in comparison with the existing models of SM.Methodology. The modeling of the Stepping Motor was carried out on the basis of behavioral elements from the ECAD library, the model of the system was obtained in terms of the theory of automatic control. For effective simulation of automatic control systems in the acausal mathematical environment, models are given up to causality through dependent sources, controlled by voltage. The object of the study is simulation of ACS with SM as actuators in ECAD; the subject of the study is the models of SM.Findings. Based on the analysis of the adequacy areas and the mathematical apparatus of the existing SM models, criteria for the synthesis of an economical model suitable for adequate macromodeling of ACS with SM in the ECAD environment have been identified. The compact model of SM was developed, which was investigated in the steady state under the load. During the approbation and verification by simulation of the positioning subsystem of the automated system for determining the surface potential, it is established that the model provides high speed and algorithmic reliability of the simulation and high accuracy analysis of dynamic characteristics. The macromodel is installed in the Micro Cap 11 library.Originality. The new macromodel of SM that meets the criteria of adequacy, reliability and economy, synthesized on the basis of a new approach in modeling objects at the macro level, which combines the principles of constructing structures and links of automatic control systems in accordance with the theory of automatic control with the capabilities of behavioral modeling in the program of computer-aided design in Electronics (ECAD). Transfer functions for such models are constructed as a function of time, without transition to a complex plane, which allows expanding the range of their adequacy, in comparison with the classical models. Such macromodels allow us to study dynamic modes in automated positioning systems. Practical value. SM macromodel expands the mathematical support of ECAD reduces the likelihood 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 работы. Разработка динамической макромодели шагового двигателя (ШД) для задач исследования систем позиционирования и других робототехнических мехатронных систем в программах автоматизированного проектирования для электроники (ЕCAD), которая соответствует критериям экономичности и надежности.Методы исследования. Моделинг ШД осуществлен на базе поведенческих элементов из библиотеки ЕCAD, модель системы позиционирования получена в терминах теории автоматического управления в виде композиции звеньев. Для эффективного моделирования (симуляции) подобных САУ на основе акаузального по сути математического аппарата ЕCAD, моделям приданы признаки каузальности с помощью зависимых источников, управляемых напряжением. Объектом исследования является процесс моделирования автоматизированных систем с ШД в качестве актуаторов в бреде ЕCAD, предметом исследования являются модели ШД.Полученные результаты. На основе анализа областей адекватности и математического аппарата существующих моделей ШД, сформированы критерии для разработки экономической модели, пригодной для адекватного макромоделирование САУ с ШД в среде ЕCAD. Разработана минимальная модель ШД, которая испротестирована для установленного режима в нагруженном состоянии. В ходе апробации и верификации путем моделирования подсистемы позиционирования автоматизированной системы определения поверхностного потенциала установлено, что модель обеспечивает высокую скорость и алгоритмическую надежность симуляции при высокой точности результатов анализа динамических характеристик. Макромодель инсталлирована в библиотеку программы Micro Cap 11.Научная новизна. Новая макромодель ШД, которая соответствует критериям адекватности, надежности и экономичности, синтезированная на основе нового подхода в моделинге объектов на макро-уровне, который сочетает принципы построения структур и звеньев САУ согласно теории автоматического управления с возможностями поведенческого моделирования в среде программ автоматизированного проектирования в электронике (ЕCAD). Передаточные функции для таких моделей строятся как функции времени, без перехода в комплексную плоскость, что позволяет расширить область их адекватности, по сравнению с классическими моделями. Такие макромодели позволяют исследовать динамические режимы в автоматизированных системах позиционирования.Практическая ценность. Макромодель ШД расширяет математическое обеспечение ЕCAD, снижает вероятность появления алгоритмических сбоев и ускоряет моделирование САУ в ЕCAD. Использованный при ее синтезе подход позволяет строить аналогичные модели для другого программного обеспечения (CAS, CAE).Мета роботи. Розробка динамічної макромоделі крокового двигуна (КД) для задач дослідження систем позиціювання та інших робототехнічних мехатронних систем в програмах автоматизованого проектування для електроніки (ЕCAD), яка відповідає критеріям економічності та надійності. Методи дослідження. Моделінг КД здійснено на базі поведінкових елементів з бібліотеки ЕCAD, модель системи позиціювання отримано в термінах теорії автоматичного управління у вигляді сполучення ланок, передаточні функції для яких отримані як функції часу. Для ефективного моделювання (симуляції) подібних САУ на основі акаузального по суті математичного апарату ЕCAD, моделям надано ознаки каузальності за допомогою залежних джерел, керованих напругою. Об’єктом дослідження є процес моделювання автоматизованих систем із КД в якості актуаторів в середовищі ЕCAD, предметом дослідження є моделі КД. Отримані результати. На основі аналізу областей адекватності та математичного апарату існуючих моделей КД, сформовані критерії для розробки економічної моделі, придатної для адекватного макромоделювання САУ із КД в середовищі ЕCAD. Розроблено мінімальну модель КД, яку досліджено для встановленого режиму в навантаженому стані. В ході апробації та верифікації шляхом моделювання підсистеми позиціювання автоматизованої системи визначення поверхневого потенціалу, встановлено, що модель забезпечує високу швидкість та алгоритмічну надійність симуляції при високій точності результатів аналізу динамічних характеристик. Макромодель інстальовано в бібліотеку програми Micro Cap 11. Наукова новизна. Нова макромодель КД, яка відповідає критеріям адекватності, надійності та економічності, синтезована на основі нового підходу у моделінгу об’єктів на макрорівні, який поєднує принципи побудови структур та ланок САУ згідно теорії автоматичного управління (ТАУ) із можливостями поведінкового моделювання в середовищі програм автоматизованого проектування в електроніці (ЕCAD). Передаточні функції для таких моделей будуються як функції часу, без переходу в комплексну площину, що дозволяє розширити область їхньої адекватності, порівняно із класичними моделями. Такі макромоделі дозволяють досліджувати динамічні режими в автоматизованих системах позиціювання. Практична цінність. Макромодель КД розширює математичне забезпечення ЕCAD, знижує імовірність появи алгоритмічних збоїв та прискорює моделювання САУ в ЕCAD. Використаний при її синтезі підхід дозволяє будувати аналогічні моделі для іншого програмного забезпечення (CAS, CAE
ВИЗНАЧЕННЯ РОБОЧОЇ ОБЛАСТІ ІППН У СКЛАДІ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОЇ СИСТЕМИ ВЕУ ЗІ ЗМІННОЮ ШВИДКІСТЮ ОБЕРТАННЯ
No full textPurpose. Development of the method for matching of the input and output voltage ranges of the pulse DC voltage converter, as part of the electrical equipment of the wind power plant with a variable speed of rotation of the wind turbine shaft.Methods. Graphoanalytical calculation methods, which are also a means of the results visualization for determinate the parameters of the pulse DC voltage converter was offered.Results. The graph interpretation of the «guaranteed controllability» area, «non-unlocking» area, and «non-locking» area with the help of the grapho-analytical method of matching of the input and output voltage ranges of the pulse dc voltage converter are defined. The first area corresponds to the operation modes of the pulse dc voltage converter, for which a stable operation of the wind turbine with a variable rotation speed of the wind turbine shaft is provided. The second and third areas correspond to the emergency operating modes of the power plant.Originality. The graphoanalytical interpretation of the converter voltage variation ranges as part of the electromechanical system of the wind power plant, which allows to visually presenting the problem of matching of the operation modes of the wind power plant equipment is offered.Practical value. The order of matching the ranges of input and output voltages of the pulse DC voltage converter in the structure of the electrical equipment for wind power plant with variable rotation speed of the wind turbine shaft, which allowing to determinate the zone of guaranteed controllability of the wind power plant is proposedЦель. Разработка методики согласования диапазонов входного и выходного напряжения импульсного преобразователя постоянного напряжения, в составе электрооборудования ветроэнергетической установки с переменной скоростью вращения вала ветротурбины.Методика. Для определения параметров импульсного преобразователя постоянного напряжения был предложен графоаналитический метод расчета, который также являются средством визуализации результатов.Результаты. С помощью графоаналитического метода согласования диапазонов входного и выходного напряжений импульсного преобразователя постоянного напряжения определены область «гарантированной управляемости», область «не отпирания», а также область «не запирания». Первая область соответствует режимам работы импульсного преобразователя постоянного напряжения , для которых обеспечивается устойчивая работа ветроэнергетической установки с переменной скоростью вращения вала ветротурбины. Вторая и третья области соответствуют аварийным режимам работы ветроэнергетической установки.Научная новизна. Предложена графоаналитическая интерпретация диапазонов изменения напряжений импульсного преобразователя постоянного напряжения в составе электромеханической системы ветроэнергетической установки , которая позволяет наглядно представить проблему согласования режимов работы оборудования ветроэнергетической установки .Практическая значимость. Предложен порядок согласования диапазонов входного и выходного напряжений импульсного преобразователя постоянного напряжения в составе электрооборудования для ветроэнергетической установки с переменной скоростью вращения вала ветротурбины, позволяющий определить область гарантированной управляемости ветроэнергетической установки .Мета. Розробка методики узгодження діапазонів вхідної та вихідної напруг імпульсного перетворювача постійної напруги (ІППН), в складі електрообладнання вітроенергетичної установки (ВЕУ) зі змінною швидкістю обертання валу вітротурбіни.Методика. Для визначення параметрів ІППН були використані графоаналітичні методи розрахунку, які також є засобом візуалізації результатів.Результати. За допомогою графоаналітичного методу узгодження діапазонів вхідної та вихідної напруги ІППН, визначені область «гарантованої керованості», область «не відмикання», а також область «не замикання». Перша область відповідає режимам роботи ІППН, для яких забезпечується стійка робота ВЕУ зі змінною швидкістю обертання валу вітротурбіни. Друга та третя області відповідають аварійним режимам роботи ВЕУ.Наукова новизна. Запропоновано графоаналітичну інтерпретацію діапазонів зміни напружень ІППН в складі електромеханічної системи ВЕУ, яка дозволяє наочно уявити проблему узгодження режимів роботи обладнання ВЕУ.Практична значимість. Запропоновано порядок узгодження діапазонів вхідного і вихідного напруг ІППН в складі електрообладнання для ВЕУ зі змінною швидкістю обертання валу вітротурбіни, що дозволяє визначити область гарантованої керованості ВЕ