Electrical Engineering and Power Engineering (EE&PE - E-Journal) / Електротехніка та електроенергетика
Not a member yet
396 research outputs found
Sort by
ОСОБЛИВОСТІ ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ СИЛОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ МЕТОДАМИ СХЕМНО-ПОЛЬОВОГО МОДЕЛЮВАННЯ
No full textPurpose of the work. The research of a new highly effective approach for determining power transformer parameters in no-load and short circuit modes, based on the scheme-field modeling of electromagnetic processes which allowing to consider design features, influence of conductor nonlinear properties and ferromagnetic materials, possesses high accuracy and simplicity of numerical realization was developed.Research methods. Mathematical modeling of electromagnetic fields of three-phase transformers with flat magnetic systems in no-load and short-circuit modes by methods of theory electromagnetic fields, finite elements, the theory of electrical circuits; generalization of modeling data by linear and polynomial regression methods.The obtained results. Scheme-field model of electromagnetic processes in power transformer for no-load and short circuit mode are developed, which allowing to consider the influence of design features in the active part, also nonlinearity of conductor properties and magnetic materials. It’s established that in no-load mode magnetic flux is localized in the rods of the magnetic system, and in short-circuit mode it is displaced in the windings region and main dispersion channels. The design features of flat three-phase magnetic system causes uneven distribution of magnetic fluxes lengthways rods and yokes by symmetry of the phase magnetization currents. Therefore, the largest values ofmagnetic flux density in no-load mode are characteristic for B phase rod, and their effective values are higher by 15–18% than the analogous values in the rods A and C phases. In experimental short circuit mode, magnetic flux density values are two orders lower in comparison with no-load mode, and its distribution is symmetric for all phases of transformer active part. A highly effective method for determining power transformer parameters in no-load and short circuit modes, which is based on the scheme-field modeling of electromagnetic processes, is researched. Approbation of a new technique for transformers second and third dimensions showed the simplicity of numerical implementation and high accuracy, due to design features and influence of conductor nonlinear properties and ferromagnetic materials. Thanks to this approach is provided the decreasing an error during parameters determination for no-load mode by 12–16% and short circuit mode by 5–8% in comparison with well-known method. The method of parameters correction for various stages of the load control device is researched. This method uses linear and parabolic regression equations, which generalize the standardized no-load and short circuit characteristics for various transformers series. This significantly reduces the time spent at the stages of production design preparation, and significantly increases calculation accuracy of no-load and short circuit parameters. The relative error of the correction parameters method for no-load mode does not exceed 2.82%, and for the short-circuit mode it’s 0.7%.Scientific novelty. A new effective approach for determining power transformer parameters in no-load and short circuit modes is researched and implemented. The approach is based on the scheme-field modeling of electromagnetic processes in the power transformer and subsequent correction by the linear and polynomial regression methods of the standardized no-load and short circuit characteristics with taking into account the set positions of the load control device. This approach has high accuracy and efficiency, simplicity of numerical realization, which allows take into account the influence of design parameters, nonlinearity of electrophysical and magnetic properties of materials, and can be used for transformers of various series.Practical significance. Application of the proposed approach for determining transformer parameters based on the methods of scheme-field sumulation and standardization makes it possible to reduce the error of calculating of no-load and short-circuit parameters by 12–16% and 5–8%, respectively in comparison with wellknown engineering methods.Цель работы. Разработка нового высокоэффективного подхода для определения параметров силового трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания на основе схемно-полевого моделирования электромагнитных процессов, позволяющего учитывать особенности конструкции, влияние нелинейных свойств проводниковых и ферромагнитных материалов, обладающего высокой точностью, и простотой численной реализации.Методы исследований. Математическое моделирование электромагнитных полей трехфазных трансформаторов с плоскими магнитными системами в режимах холостого хода и короткого замыкания методами теории электромагнитных полей, конечных элементов, теории электрических цепей; обобщение данных моделирования методами линейной и полиномиальной регрессии.Основные результаты. Разработана схемно-полевая модель электромагнитных процессов в силовом трансформаторе для режимов холостого хода и короткого замыкания, позволяющая учитывать влияние особенностей конструкции активной части, нелинейность свойств проводниковых и магнитных материалов. Установлено, что в режиме холостого хода магнитный поток локализуется в стержнях магнитной системы, а в режиме короткого замыкания он вытесняется в области обмоток и главных каналов рассеяния. Особенности конструкции плоских трехфазных магнитных систем обуславливают неравномерное распределение магнитных потоков по стержням и ярмам при симметрии фазных токов намагничивания. Поэтому наибольшие индукции в режиме холостого хода характерны для стержня фазы В, а их действующие значения на 15…18% превышают аналогичные значения в стержнях фаз А и С. В режиме опытного короткого замыкания значения индукции на два порядка ниже по сравнению с режимом холостого хода, а ее распределение симметрично для всех фаз активной части трансформатора.Разработана высокоэффективная методика определения параметров силового трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания на основе схемно-полевого моделирования электромагнитных процессов. Апробация новой методики для трансформаторов второго и третьего габаритов показала простоту численной реализации и высокую точность, за счет учета особенностей конструкции и влияния нелинейных свойств проводниковых и ферромагнитных материалов. Благодаря данному подходу обеспечивается снижение погрешности при определении параметров холостого хода на 12–16% и короткого замыкания – на 5–8% по сравнению с общеизвестными методиками.Разработана методика корректировки параметров для различных ступеней РПН с использованием уравнений линейной и параболической регрессии, обобщающих нормированные характеристики холостого хода и короткого замыкания для различных серий трансформаторов, которая существенно сокращает затраты времени на этапах конструкторской подготовки производства и значительно повышает точность расчета параметров холостого хода и короткого замыкания. Относительная погрешность методики коррекции параметров для режима холостого хода не превышает 2,82%, а для режима короткого замыкания – 0,7%.Научная новизна. Разработан и реализован новый эффективный подход для определения параметров силового трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания, на основе схемно-полевого моделирования электромагнитных процессов в силовом трансформаторе с последующей корректировкой методами линейной и полиномиальной регрессии нормированных характеристик холостого хода и короткого замыкания с учетом заданных положений РПН. Он обладает высокой точностью и эффективностью, простотой численной реализации, позволяет учитывать влияние конструктивных параметров, нелинейность электрофизических и магнитных свойств материалов и может применяться для трансформаторов различных серий.Практическая значимость. Применение предложенного подхода для определения параметров трансформатора на основе методов схемно-полевого моделирования и нормирования позволяет снизить погрешность расчета параметров холостого хода и короткого замыкания на 12–16% и 5–8%, соответственно, по сравнению с общеизвестными методиками.Мета роботи. Розробка нового високоефективного підходу для визначення параметрів силового трансформатора в режимах неробочого ходу і короткого замикання на основі схемно-польового моделювання електромагнітних процесів, що має високу точність, простоту чисельної реалізації і дозволяє враховувати особливості конструкції і вплив нелінійних властивостей провідникових і феромагнітних матеріалів.Методи досліджень. Математичне моделювання електромагнітних полів трифазних трансформаторів з плоскими магнітними системами в режимах неробочого ходу і короткого замикання методами теорії електромагнітних полів, скінчених елементів, теорії електричних ланцюгів; узагальнення даних моделювання методами лінійної і поліноміальної регресії.Основні результати. Розроблено схемно-польову модель електромагнітних процесів у силовому трансформаторі для режимів неробочого хода и короткого замикання, що дозволяє враховувати вплив особливостей конструкції активної частини, нелінійність властивостей провідникових і магнітних матеріалів. Встановлено, що в режимі неробочого ходу магнітний потік локалізується в стрижнях магнітної системи, а в режиме короткого замикання він зосереджений в області обмоток і головних каналів розсіювання. Особливості конструкції плоских трифазних магнітних систем обумовлюють нерівномірний розподіл магнітних потоків по стрижнях і ярмах при симетрії фазних струмів намагнічування. Тому найбільші індукції в режимі неробочого ходу характерні для стрижня фази В, а їх діючі значення на 15–18% перевищують аналогічні значення в стрижнях фаз А і С. В режимі дослідного короткого замикання значення індукції на два порядки нижче в порівнянні з режимом неробочого ходу, а її розподіл симетричний для всіх фаз активної частини трансформатору.Розроблено високоефективну методику визначення параметрів силового трансформатора в режимах неробочого ходу і короткого замикання на основі схемно-польового моделювання електромагнітних процесів. Апробація нової методики для трансформаторів другого та третього габаритів показала простоту чисельної реалізації та високу точність, за рахунок врахування особливостей конструкції і впливу нелінійних властивостей провідникових і феромагнітних матеріалів. Завдяки цьому підходу забезпечується зниження похибки при визначенні параметрів неробочого ходу на 12–16% і короткого замикання - на 5–8% в порівнянні з загальновідомими інженерними методиками.Розроблено методику коригування параметрів для різних ступенів РПН з використанням рівнянь лінійної і параболічної регресії, узагальнюючих нормовані характеристики неробочого ходу і короткого замикання для різних серій трансформаторів, яка істотно скорочує витрати часу на етапах конструкторської підготовки виробництва і значно підвищує точність розрахунку параметрів неробочого ходу і короткого замикання. Відносна похибка методики корекції параметрів для режиму неробочого ходу не перевищує 2,82%, а для режиму короткого замикання – 0,7%.Наукова новизна. Розроблено та реалізовано новий ефективний підхід для визначення параметрів силового трансформатора в режимах неробочого ходу і короткого замикання, на основі схемно-польового моделювання електромагнітних процесів в силовому трансформаторі і подальшого корегування методами лінійної і поліноміальної регресії нормованих характеристик неробочого ходу та короткого замикання з урахуванням заданих положень РПН. Він має високу точність і ефективність, простоту чисельної реалізації, дозволяє враховувати вплив конструктивних параметрів, нелінійність електрофізичних і магнітних властивостей матеріалів та може застосовуватися для трансформаторів різних серій.Практична значимість. Застосування запропонованого підходу для визначення параметрів трансформатора на основі методів схемно-польового моделювання та нормування дозволяє знизити похибки розрахунку параметрів неробочого ходу і короткого замикання на 12–16% і 5–8%, відповідно, в порівнянні з загальновідомими інженерними методиками
ДОСЛІДЖЕННЯ СПЕКТРАЛЬНОЇ ЗАЛЕЖНОСТІ ДІЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРОНИКНОСТІ ДЕЯКИХ ПОЛЯРНИХ ДІЕЛЕКТРИКІВ У ДІАПАЗОНІ НИЗЬКИХ ЧАСТОТ
No full textThe purpose of the work. Research of the spectral depandence of the dielectric permittivity of polar dielectrics with different degree of packing of the crystal structure in the low frequency range.Research methods. To obtain the spectral depandence of the dielectric permittivity of polar dielectrics used method of determining the capacitance of the capacitor, between the plates which are placed the sample under study. According to the received capacity value of the capacitor calculated value of the dielectric constant of the sample.The results obtained. The authors obtained spectral depandence of the dielectric permittivity of dielectric materials with different degree of packing of the crystal lattice. Mathematical processing of the obtained experimental results allowed to establishing the linear character of the spectral depandence in logarithmic coordinates. Based on this proposed a power function adequately describing the spectral depandence of the dielectric permittivity of polar dielectrics at low frequencies.Scientific novelty. The authors numerically determined power-law coefficient α, which depends on the nature of the dielectric and it can be regarded as a criterion of the packing density of the crystal lattice of the polar dielectrics.Practical significance. The research results can be used to study the mechanism of polarization of polar dielectrics, used in electrical products under the influence of alternating electric fields of different frequencies.Цель работы. Исследовать спектральную зависимость диэлектрической проницаемости полярных диэлектриков с различной степенью упаковки кристаллической структуры в диапазоне низких частот.Методы исследований. Для получения спектральной зависимости диэлектрической проницаемости полярных диэлектриков использовалась методика определения емкости конденсатора, между обкладками которого размещался исследуемый образец. По полученному значению емкости конденсатора вычислялось значение диэлектрической проницаемости образца.Полученные результаты. Авторами были получены спектральные зависимости диэлектрической проницаемости материалов, обладающих разной степенью упаковки кристаллической решетки. Математическая обработка полученных экспериментальных результатов позволила установить линейный характер спектральной зависимости в логарифмических координатах. На основании этого предложена степенная функция, удовлетворительно описывающая спектральные зависимости диэлектрической проницаемости полярных диэлектриков в области низких частот.Научная новизна. Авторами численно определен степенной коэффициент α, который зависит от природы диэлектрика и его можно рассматривать в качестве критерия плотности упаковки кристаллической решетки полярных диэлектриков.Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы для изучения механизма поляризации полярных диэлектриков, эксплуатируемых в электротехнических изделиях при воздействии переменных электрических полей различных частотМета роботи. Дослідити спектральну залежність діелектричної проникності полярних діелектриків з різним ступенем упаковки кристалічної структури у діапазоні низьких частот.Методи досліджень. Для отримання спектральної залежності діелектричної проникності полярних діелектриків використовувалася методика визначення ємності конденсатора, між обкладками якого розміщувався досліджуваний зразок. За отриманим значенням ємності конденсатора обчислювалося значення діелектричної проникності зразка.Отримані результати. Авторами були отримані спектральні залежності діелектричної проникності діелектричних матеріалів з різним ступенем упаковки кристалічної решітки. Математична обробка отриманих експериментальних результатів дозволила встановити лінійний характер спектральної залежності в логарифмічних координатах. На підставі цього запропоновано степенева функція, щозадовільно описує спектральні залежності діелектричної проникності полярних діелектриків в області низьких частот.Наукова новизна. Авторами чисельно визначено степеневий коефіцієнт α, який залежить від природи діелектрика і його можна розглядати як критерій щільності упаковки кристалічної решітки полярних діелектриків.Практична значимість. Результати досліджень можуть бути використані для вивчення механізму поляризації полярних діелектриків, що експлуатуються в електротехнічних виробах при дії змінних електричних полів різних частот
ДОВГОТРИВАЛА ЕЛЕКТРИЧНА МІЦНІСТЬ ПОЛІМЕРНИХ ПЛІВОК ПІД ДІЄЮ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ
Get PDFPurpose – to study the durability of polymer films in electric field of direct current , define the type of the process of polymer films’ electric destruction under conditions of partial discharge suppression.Research methods – experimental, results were processing by means of mathematical statistics.The results – the electrical durability of micron thickness polymer films exponentially decreases with increasing of average field strength. Evaluation of studied polymer films’ electric strength based on the definition of their longevity allow to considered polypropylene film as the most electrically strong in these testing conditions.Scientific novelty – experimentally was determined kinetic type of various polymeric dielectrics films’ electrical aging in electric field of direct current in terms of partial discharge suppression.The practical significance – data on breakdown strength and durability of polymeric insulating films are useful for evaluating the efficiency limit of power capacitors and other devices with polymer dielectric films, forecasting the duration of their operability.Цель работы – изучение долговечности полимерных пленок в электрическом поле постоянного тока, определение характера процесса электрического разрушения полимерных пленок в условиях подавления частичных разрядовМетоды исследований – экспериментальные с обработкой результатов средствами математической статистики.Полученные результаты – установлено, что электрическая долговечность полимерных пленок микронной толщины экспоненциально уменьшается при увеличении средней напряженности поля. Оценка электрической прочности исследованных полимерных пленок на основании определения их долговечности позволяет рассматривать пленку полипропилена, как наиболее электрически прочную в данных условиях испытаний.Научная новизна – экспериментально определены кинетические закономерности электрического старения различных диэлектрических пленок в электрическом поле постоянного тока в условиях ограничения частичных разрядов.Практическая значимость – данные о пробивной напряженности и электрической долговечности диэлектрической пленки полезны для оценки предельной работоспособности силовых конденсаторов и других устройств с полимерными диэлектрическими пленками, прогнозирования продолжительности их работоспособного состояния.Мета роботи – вивчення довговічності полімерних плівок в усталеному електричному полі постійного струму, визначення характеру процесу електричного руйнування полімерних плівок за умов заглушення часткових розрядів.Методи досліджень – експериментальні з обробкою результатів засобами математичної статистики.Отримані результати – встановлено, що електрична довговічність полімерних плівок мікронної товщини експоненціально зменшується при збільшенні середньої напруженості поля. Оцінка електричної міцності досліджених полімерних плівок на підставі визначення їхньої довговічності дозволяє розглядати плівку поліпропілену, як найбільш електрично міцну в даних умовах випробувань.Наукова новизна – експериментально визначені кінетичні закономірності електричного старіння різних плівкових полімерних діелектриків у постійному електричному полі в умовах обмеження часткових розрядів.Практична значимість – дані з пробивної напруженості і довговічності плівкових полімерних діелектриків корисні для оцінювання працездатності силових конденсаторів та інших пристроїв з полімерними діелектричними плівками, прогнозування термінів збереження їх працездатного стану
СХЕМНО-ПОЛЬОВЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВ В АСИНХРОННИХ ДВИГУНАХ
Get PDFPurpose. Development of a new approach for increasing thermal calculations accuracy by thermal field and scheme combinating simulation in determining the effective heat conductivities in details and nodes of induction motor.Research methods: the heat conductivity theory, heat transfer, thermal equivalent circuit, thermal potentials, thermal field simulation, finite elements methods.The obtained results. The integrated method for conversion data of field modeling into thermal circuit model parameters is researched, which significantly reduces influence of nodes quantity of the thermal circuit on the accuracy of parameters determination by matrix invariancy of geometrical conductivities to temperature changes of heat conductivity values of induction motors constructional and active materials. By means of this method, for discretization induction motor spatial model on separate components, it is possible in advance to determine the components of matrix conductivities and to prevent the degeneration of this matrix in the scheme model.Scientific novelty. A new method of scheme model conversion with the use of an integral thermal potential is researched, which allows to pass from heat resistances, as a parameters of thermal equivalent circuit, to geometric conductivities of this scheme. It has been proved that by processing the data arrays of field modeling for determination geometric conductivities of thermal equivalent circuit, it is possible to prevent degeneration of matrix conductivities for the stationary thermal mode of induction motor in short-circuit mode, having provided reduction of nodes quantity and increase in computing efficiency and accuracy.Practical significance. The integrated method for converting data of induction motor field modeling into thermal model parameters allows at increase in the number of nodes in thermal scheme from one to ten to reduce the average value of a relative error from 9,2% to 2,42%, what completely meets requirements at designing of induction motors, and also for imitating modeling of thermal processes dynamics at the variable operating conditions.Цель. Разработка нового подхода для повышения точности тепловых расчетов путем сочетания полевого и схемного моделирования для определения эффективных тепловых проводимостей деталей и узлов асинхронного двигателя.Методы исследований. Методы теории теплопроводности, теплопередачи, тепловых схем замещения, тепловых потенциалов, полевого моделирования, конечных элементов.Основные результаты. Разработан интегральный метод для преобразования данных полевого моделирования в параметры тепловой схемной модели, который существенно уменьшает влияние плотности распределения узлов тепловой схемы на точность определения ее параметров благодаря инвариантности матрицы геометрических проводимостей относительно температурных изменений значений теплопроводности конструкционных и активных материалов асинхронного двигателя. Данным методом при дискретизации пространственной модели асинхронного двигателя на отдельные составляющие, можно заранее определять компоненты матрицы проводимостей и предотвращать создание узлов с наименьшими их значениями и, как следствие, вырождение матрицы проводимостей в схемной модели. Таким образом, обеспечивается существенное повышение точности определения узловых температур и превышений температур в тепловых расчетах асинхронных двигателей в постоянных и переменных режимах нагрузок.Научная новизна. Разработан новый метод преобразования схемной модели с применением интегрального теплового потенциала, который позволяет перейти от температурных сопротивлений, в качестве параметров тепловой схемы замещения, к геометрическим проводимостям данной схемы. Доказано, что путем обработки массивов данных полевого моделирования для определения геометрических проводимостей тепловой схемы замещения можно предотвратить вырождение матрицы проводимостей для стационарного теплового режима асинхронного двигателя, обеспечить уменьшение количества узлов схемы и повышение вычислительной эффективности и точности.Практична значимость. Интегральный метод преобразования данных полевого моделирования асинхронного двигателя в параметры тепловой модели позволяет при увеличении числа узлов тепловой схемы от одного до десяти уменьшить средневзвешенное значение относительной погрешности от 18,76% до 2,427%, что полностью удовлетворяет требованиям точности как при проектировании асинхронных двигателей, так и при имитационном моделировании динамики тепловых процессов при переменных режимах работы.Мета: Розробка нового підходу для підвищення точності теплових розрахунків шляхом поєднання польового і схемного моделювання при визначенні ефективних теплових провідностей деталей і вузлів асинхронного двигуна.Методи досліджень: Методи теорії теплопровідності, теплопередачі, теплових схем заміщення, теплових потенціалів, польового моделювання, кінцевих елементів.Основні результати: Розроблено інтегральний метод для перетворення даних польового моделювання в параметри теплової схемної моделі, який істотно зменшує вплив кількості вузлів теплової схеми на точність визначення її параметрів завдяки інваріантності матриці геометричних провідностей до температурних змін значень теплопровідності конструкційних і активних матеріалів асинхронного двигуна. За даним методом для дискретизації просторової моделі асинхронного двигуна на окремі складові можна заздалегідь визначати компоненти матриці провідностей та запобігати виродженню цієї матриці у схемній моделі. Таким чином забезпечується істотне підвищення точності визначення вузлових температур і перевищень температур у теплових розрахунках асинхронних двигунів у сталих та змінних режимах навантаження.Наукова новизна: Розроблено новий метод перетворення схемної моделі із застосуванням інтегрального теплового потенціалу, який дозволяє перейти від температурних опорів, як параметрів теплової схеми заміщення, до геометричних провідностей даної схеми. Доведено, що шляхом оброблення масивів даних польового моделювання для визначення геометричних провідностей теплової схеми заміщення можна запобігти виродженню матриці провідностей для стаціонарного теплового режиму асинхронного двигуна у режимі короткого замикання, забезпечивши зменшення кількості вузлів схеми та підвищення обчислювальної ефективності та точності.Практична значимість: Інтегральний метод перетворення даних польового моделювання асинхронного двигуна у параметри теплової моделі дозволяє при збільшенні числа вузлів теплової схеми від одного до десяти зменшити середньозважене значення відносної похибки від 9,2% до 2,42%, що повністю задовольняє вимогам при проектуванні асинхронних двигунів і для імітаційного моделювання динаміки теплових процесів у змінних режимах роботи
РОЗРОБКА АЛГОРИТМУ АВТОМАТИЗОВАНОГО КОНТРОЛЮ ЕЛЕКТРОХІМІЧНИХ НАКОПИЧУВАЧІВ ЕНЕРГІЇ
No full textObjective. Improvement of the process of automated monitoring of the current state of the electrochemical energy storage without disturbing the regular mode of its operation.Method of research. Investigations were carried out by implementing a pulse method for monitoring the state of an electrochemical energy storage device, in which the values of its parameters are determined from the response signal of the drive to the test current pulse according to the developed algorithm.Results. Information about the status of the drive is displayed on the monitor screen in the form of the current values of its main parameters and is stored in the memory of the monitoring system, which allows you to monitor its dynamics.Scientific novelty. The authors developed an improved method of automated monitoring of the current state of the energy store, based on the identification of its parameters with the parameters of the electrochemical process.Practical significance. The software is developed that can be used for automated monitoring of the current state of energy storage devices as part of autonomous power supply systemsЦель работы. Совершенствование процесса автоматизированного контроля текущего состояния электрохимического накопителя энергии без нарушения штатного режима его работы.Метод исследования. Исследования проведены путем реализации импульсного метода контроля состояния электрохимического накопителя энергии, при котором значения его параметров определяются из сигнала отклика накопителя на тестовый импульс тока по разработанному алгоритму.Полученные результаты. Информация о состоянии накопителя отображается на экране монитора в виде текущих значений его основных параметров и заносится в память контрольно-измерительной системы, что позволяет контролировать его динамику.Научная новизна. Авторами разработан усовершенствованный метод автоматизированного контроля текущего состояния накопителя энергии, основанный на идентификации его параметров с параметрами электрохимического процесса.Практическая значимость. Разработано программное обеспечение, которое может быть использовано для автоматизированного контроля текущего состояния накопителей энергии в составе автономных систем электроснабженияМета роботи. Удосконалення процесу автоматизованого контролю поточного стану електрохімічного накопичувача енергії без порушення штатного режиму його роботи.Метод досліджень. Дослідження проведені шляхом реалізації імпульсного методу контролю стану електрохімічного накопичувача енергії, при якому значення його параметрів визначаються з сигналу відгуку накопичувача на тестовий імпульс струму за розробленим алгоритмом.Отримані результати. Інформація про стан накопичувача відображається на екрані монітора у вигляді поточних значень його основних параметрів і заноситься в пам’ять контрольно-вимірювальної системи, що дозволяє контролювати його динаміку.Наукова новизна. Авторами розроблений удосконалений метод автоматизованого контролю поточного стану накопичувача енергії, заснований на ідентифікації його параметрів з параметрами електрохімічного процесу.Практична значимість. Розроблено програмне забезпечення, яке може бути використане для автоматизованого контролю поточного стану накопичувачів енергії в складі автономних систем електропостачанн
ОПТИМІЗАЦІЯ ЧАСІВ РОЗГОНУ І ГАЛЬМУВАННЯ ПОЗИЦІЙНИХ ЧАСТОТНОРЕГУЛЬОВАНИХ АСИНХРОННИХ ЕЛЕКТРОПРИВОДІВ
No full textPurpose. Obtaining analytical dependencies for calculating the optimum speedup and speeddown times for a frequencycontrolled asynchronous motor that minimize the main electromagnetic energy losses of the engine for small displacements of its shaft, and also the estimation of the influence of these optimal speedup and speeddown times on the value of the main electromagnetic energy losses in the frequency-controlled asynchronous motor various types of engine tachograms (with linear and parabolic forms or hyperbolic sine form).Methodology. Methods of optimal control and simulation modelling.Findings. Analytical dependencies are obtained and a graphoanalytical method proposed for calculating the optimum speedup and speedown times for the frequency-controlled asynchronous motor that minimizes the main electromagnetic energy losses of the motor with small displacements of its shaft. The effect of these optimal speedup and speeddown times on the value of the main electromagnetic energy losses in the frequency-controlled asynchronous motor under different types of motor tachograms (with linear and parabolic forms or the form of the hyperbolic sine) are estimated. Originality. For the first time, analytical dependencies are obtained for calculating the optimal speedup and spedddown times for small displacements of the frequency-controlled asynchronous motor, by which the electromagnetic losses in the motor is minimized. For the first time, a graphoanalytical method developed to determine these optimum speedup and speeddown times for the frequency-controlled asynchronous motor when was working out small displacements.Practical value. An approach to energy saving in positional frequency-controlled asynchronous electric drives is proposed, by optimizing their speedup and speeddown times, which allows in practice without significant capital costs to reduce power losses in these electric drivesЦель работы. Получение аналитических зависимостей для расчета оптимальных времен разгона и торможения частотнорегулируемого асинхронного двигателя, обеспечивающих минимизацию основных электромагнитных потерь энергии двигателя при малых перемещениях его вала, а также – оценка влияния упомянутых оптимальных времен разгона и торможения на значение основных электромагнитных потерь энергии в частотнорегулируемом асинхронном двигателе при различных видах тахограмм двигателя (с линейной и параболической формами или формой гиперболического синуса).Методы исследования. Методы оптимального управления и имитационного моделирования.Полученные результаты. Получены аналитические зависимости и предложена графоаналитическая методика для расчета оптимальных времен разгона и торможения частотнорегулируемого асинхронного двигателя, обеспечивающих минимизацию основных электромагнитных потерь энергии двигателя при малых перемещениях его вала. Выполнена оценка влияния упомянутых оптимальных времен разгона и торможения на значение основных электромагнитных потерь энергии в частотнорегулируемом асинхронном двигателе при различных видах тахограмм двигателя (с линейной и параболической формами или формой гиперболического синуса).Научная новизна. Впервые получены аналитические зависимости для расчета оптимальных времен разгона и торможения при малых перемещениях частотнорегулируемого асинхронного двигателя, посредством которых обеспечивается минимизация электромагнитных потерь в двигателе. Впервые разработана графоаналитическая методика для определения указанных оптимальных времен разгона и торможения частотнорегулируемого асинхронного двигателя при отработке малых перемещений.Практическая ценность. Предложен подход к энергосбережению в позиционных частотнорегулируемых асинхронных электроприводах посредством оптимизации их времен разгона и торможения, что позволяет на практике без существенных капитальных затрат снизить потери электроэнергии в этих электроприводах.Мета роботи. Отримання аналітичних залежностей для розрахунку оптимальних часів розгону і гальмування частотнорегульованого асинхронного двигуна, що забезпечують мінімізацію основних електромагнітних втрат енергії двигуна при малих переміщеннях його вала, а також – оцінка впливу згаданих оптимальних часів розгону і гальмування на значення основних електромагнітних втрат енергії в в частотнорегульованому асинхронному двигуні при різних видах тахограм двигуна (з лінійної і параболічної формами або формою гіперболічного синуса).Методи дослідження. Методи оптимального управління і імітаційного моделювання.Отримані результати. Отримано аналітичні залежності і запропонована графоаналітична методика для розрахунку оптимальних часів розгону і гальмування частотнорегульованого асинхронного двигуна, що забезпечують мінімізацію основних електромагнітних втрат енергії двигуна при малих переміщеннях його вала. Виконано оцінку впливу згаданих оптимальних часів розгону і гальмування на значення основних електромагнітних втрат енергії в частотнорегульованому асинхронному двигуні при різних видах тахограм двигуна (з лінійної і параболічної формами або формою гіперболічного синуса).Наукова новизна. Вперше отримано аналітичні залежності для розрахунку оптимальних часів розгону і гальмування при малих переміщеннях частотнорегульованого асинхронного двигуна, за допомогою яких забезпечується мінімізація електромагнітних втрат в двигуні. Вперше розроблено графоаналітична методика для визначення зазначених оптимальних часів розгону і гальмування частотнорегульованого асинхронного двигуна при відпрацюванні малих переміщень.Практична цінність. Запропоновано підхід до енергозбереження в позиційних частотнорегульованих асинхронних електроприводах за допомогою оптимізації їх часів розгону і гальмування, що дозволяє на практиці без істотних капітальних витрат знизити втрати електроенергії в цих електропривода
ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМУ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА КОГЕНЕРАЦІЙНОЇ УСТАНОВКИ ПРИ ПАРАЛЕЛЬНІЙ ТА АВТОНОМНІЙ РОБОТІ З УРАХУВАННЯМ ЯВИЩА НАСИЧЕННЯ МАГНІТНОЇ СИСТЕМИ ГЕНЕРАТОРА
Get PDFDespite the relatively low power generators and cogeneration plants they work in parallel with the network, the power of which can exceed the capacity of the machine, there are a number of problems associated with the redistribution of energy flows in the resulting pattern when unbalanced load. This redistribution, as shown in the work, resulting in a change of quality indicators of the functioning of the generator and the electrical system. Based on the analysis of the known methods to repel saturation processes steel magnetic synchronous machine system, using the theory of electrical machines, developed a model of a synchronous generator, taking into account the load unbalance. The package of visual programming simulated power system of small industrial enterprises, in which the composition is used synchronous generator. A series of experiments with simulation of the synchronous generator, taking into account the saturation of steel, a load in parallel with a comprehensive network and autonomously. As a result of analysis of time dependencies mode settings established the influence of asymmetry on the dynamic performance mode parameters and observed a significant impact of asymmetry in parallel operation with the power supply system. The results can be used in the construction of the drive control system of the machine under load unbalance.Несмотря на сравнительно невысокую мощность генераторов когенерационных установок и их работу параллельно с сетью, мощность которой может превышать мощность машины, возникает ряд задач связанных с перераспределением потоков энергии в результирующей схеме при несиметрии нагрузки. Это перераспределение, как показано в работе, приводит к изменению качественных показателей функционирования генератора, так и системы электроснабжения. На основании анализа известных приемов по отражению процессов насыщения стали магнитной системы синхронной машины, с использованием теории электрических машин, при учете несимметрии нагрузки разработана модель синхронного генератора. В пакете визуального программирования выполнено моделирование системы электроснабжения малого промышленного предприятия, в составе которой используется синхронный генератор. Проведена серия экспериментов с имитацией работы синхронного генератора, с учетом насыщения стали, на комплексную нагрузку параллельно с сетью и автономно. В результате анализа временных зависимостей параметров режима установлено влияние несимметрии на динамические показатели параметров режима и отмечено существенное влияние несимметрии при параллельной работе с системой электроснабжения. Полученные результаты могут быть использованы при построе нии систем управления возбуждением машины в условиях несимметрии нагрузкиЗважаючи на порівняно невисоку потужність генераторів когенераційних установок та їх роботу паралельно з мережею, потужність якої може перевищувати потужність машини, виникає ряд задач пов’язаних з перерозподілом потоків енергії у результуючій схеміза умов несиметрії навантаження. Цей перерозподіл, як показано в роботі, призводить до зміни якісних показників функціонування як генератора, так і системи електропостачання. На підставі аналізу відомих прийомів щодо відображення процесів насичення сталі магнітної системи синхронної машини, з використанням теорії електричних машин, з урахуванням несиметрії навантаження розроблено модель синхронного генератора. В пакеті візуального програмування виконано моделювання системи електроспоживання малого промислового підприємства в складі якої використовується синхронний генератор. Проведено серію експериментів з імітацією роботи синхронного генератора, з урахуванням насичення сталі,на комплексне навантаження паралельно з мережею та автономно. В результаті аналізу часових залежностей параметрів режиму встановлено вплив несиметрії на динамічні показники параметрів режиму та відмічено суттєвий вплив несиметрії при паралельній роботі з системою електропостачання. Отримані результати можуть бути використані при побудові систем керування збудженням машини в умовах несиметрії навантаження
РОЗРАХУНОК ВТРАТ В ЕЛЕМЕНТАХ КОНСТРУКЦІЇ СИЛОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ І РЕАКТОРІВ МЕТОДОМ КІНЦЕВИХ ЕЛЕМЕНТІВ З ГРАНИЧНИМИ УМОВАМИ ІМПЕДАНСНОГО ТИПУ
No full textThe purpose of the work. This paper offers the well founded mathematical model based on the applying of the finite element method, which allows more effective modeling of the eddy currents and losses in the tank of power transformers, reactors and elements of their constructions, caused by the dispersion fields.Research methods. Based on assumptions of equality to the zero of normal components of the magnetic and electric fields’ intensities in ferromagnetic half-space, this mathematical model enters the surface eddy current density in FEM equations.The obtained results. Conclusion that the offered mathematical model allows to calculate eddy currents and losses in the power transformers tank, reactors and elements of their constructions more effectively is done. Reduction in tens of times of the resulting system of equations is also arrived, that results to considerable decreasing of calculation time and computer resources without accuracy losses.Scientific novelty. The novelty of the offered mathematical model is the form that is comfortable for programmatic realization of the known surface impedance boundary condition describing the electromagnetic field distribution in a tank and construction elements and in addition these elements are represented as ferromagnetic conducting half-space.Practical importance. Examples of single-phase autotransformer 167MVA 345kV 161kV calculation in a program complex ELMAG - 3d software, created on the basis of the described method and in the program complex ANSYS software with the use of classic approach of solid modeling of transformer, demonstrate applicability and required accuracy of the described method in the context of problems of losses calculation in the tank and construction elements of power transformers.Цель работы. Данная статья предлагает обоснованную математическую модель, основанную на приложении метода конечных элементов (МКЭ), которое позволяет более эффективно моделировать вихревые токи и потери, вызванные полями рассеяния, в баке силовых трансформаторов и реакторов и элементах их конструкций.Методы исследований. Основываясь на допущениях равенства нулю нормальных составляющих напряженностей магнитного и электрического полей в ферромагнитном полупространстве, данная математическая модель вводит поверхностную плотность вихревого тока в уравнения МКЭ.Основные результаты. Сделан вывод, что предложенная математическая модель позволяет более эффективно рассчитывать вихревые токи и потери, вызванные полями рассеяния, в баке силовых трансформаторов и реакторов и элементах их конструкций. При этом достигается существенное уменьшение результирующей системы уравнений (в десятки раз), что приводит к значительному сокращению времени расчета и компьютерных ресурсов без потери в точности.Научная новизна. Новизной предложенной математической модели является форма, удобная для программной реализации известных граничных условий импедансного типа, описывающих распределение электромагнитного поля в баке и элементах конструкции, причем эти элементы представляются как ферромагнитное проводящее полупространство.Практическая значимость. Примеры расчета однофазного автотрансформатора 167МВА 345кВ 161кВ в программном комплексе ELMAG-3D, созданном на основе описанного метода и в программном комплексе ANSYS с использованием классического подхода solid моделирования трансформатора, показывают применимость и достаточную точность описанного метода в контексте задач расчета потерь в баке и элементах конструкции силовых трансформаторов.Мета роботи. Дана стаття пропонує обґрунтовану математичну модель, засновану на застосуванні методу скінченних елементів, яке дозволяє більш ефективно моделювати вихрові струми і втрати, викликані полями розсіювання, у баку силових трансформаторів і реакторів та елементах їх конструкцій.Методи досліджень. Ґрунтуючись на припущеннях рівності нулю нормальних складових напруженостей магнітного і електричного полів у феромагнітному півпросторі дана математична модель вводить поверхневу щільність вихрового струму в рівняння МКЕ.Основні результати. Зроблено висновок, що запропонована математична модель дозволяє більш ефективно розраховувати вихрові струми і втрати у баку силових трансформаторів і реакторів та елементах їх конструкцій. При цьому досягається істотне зменшення результуючої системи рівнянь (в десятки разів), що приводить до значного скорочення часу розрахунку і комп’ютерних ресурсів без втрати точності.Наукова новизна. Новизною запропонованої математичної моделі є форма, зручна для програмної реалізації відомих граничних умов імпедансного типу, що описують розподіл електромагнітного поля в баку і елементах конструкції, причому ці елементи подаються як феромагнітний електропровідний півпростір.Практична значимість. Приклади розрахунку однофазного автотрансформатора 167МВА 345кВ 161кВ в програмному комплексі ELMAG-3D, створеному на основі описаного методу і в програмному комплексі ANSYS, з використанням класичного підходу solid моделювання трансформатора показують застосовність і необхідну точність описаного методу в контексті завдань розрахунку втрат в баку і елементах конструкції силових трансформаторів і реакторів
ДОСЛІДЖЕННЯ ПОХИБОК ТРАНСФОРМАТОРІВ СТРУМУ У СИСТЕМАХ РЕЛЕЙНОГО ЗАХИСТУ В УСТАЛЕНИХ ТА ПЕРЕХІДНИХ РЕЖИМАХ ЕНЕРГОСИСТЕМИ
Get PDFPurpose. The main idea of the paper is investigation of the maximum values of current and angle errors of the current transformers and the nature of their changes in steady-state and transient power system conditions in which the possible output of errors beyond the normalized range of values, as well as a comparison of the degree of change of current and angle errors of the current transformers for power supply auxiliary wiring devices of relaying protection in these conditions.Research methods. The authors used the method of simulation and visualization of the current transformer operation of computers, intended for supply of secondary circuits of relay protection devices in steady and transient conditions of supply power system and different operating modes.The obtained results. The authors defined the percentage of the maximum current and angular error of the primary current transformation to the secondary circuit of the current transformer which are caused by the presence of the magnetizing current and resistive losses in the magnetic system of the test current transformer; their comparison is performed and conclusions are drawn regarding their changes in steady-state and transient conditions, in particular, the fact is established that the current errors in emergency conditions vary to a much greater extent than the angular and under certain conditions may extend beyond the value of the normalized state standards.Scientific novelty. The authors developed the modern method of investigation of current and angle errors of the current transformers for auxiliary supply of relay protection devices based on the use of a computer model of an ideal current transformer with a linear no hysteresis B-H curve, which has similar characteristics and primary and secondary circuit parameters to study the real transformer current.Practical significance. The results can be used in researching the optimum operating current transformers conditions and the development of new principles of perform measurement and logical circuits of relaying protection, in particular, it was concluded that in order to provide the more sensitive and selective protection we can use the devices based on the principle of their action to respond only to the phase relation between the currents of the current transformers and connections that have to be rebuilt only from the angle measurement errors.Цель работы. Определение максимальных значений токовых и угловых погрешностей трансформаторов тока и характера их изменения в установившихся и переходных режимах энергосистемы, при которых возможен выход их погрешностей за пределы диапазона нормируемых значений, а также сравнение степени изменения токовых и угловых погрешностей трансформаторов тока, предназначенных для питания вторичных цепей устройств релейной защиты в этих режимах.Методы исследований. Исследование проведено путем использования метода имитационного моделирования и визуализации на ЭВМ функционирования трансформатора тока, предназначенного для питания вторичных цепей устройств релейной защиты, в установившихся и переходных режимах энергосистемы и при разных условиях его эксплуатации.Полученные результаты. Авторами были определены в процентном соотношении максимальные токовые и угловые погрешности трансформации первичного тока во вторичную цепь трансформатора тока, которые обусловлены наличием тока намагничивания и активных потерь в магнитной системе исследуемого трансформатора тока, выполнено их сравнение, а также сделаны выводы относительно их изменения в установившихся и переходных режимах, в частности, установлен тот факт, что токовые погрешности в аварийных режимах изменяются в значительно большей степени, чем угловые и при определенных условиях могут выходить за пределы нормированных государственными стандартами значений.Научная новизна. Авторами был разработан современный метод исследования токовых и угловых погрешностей трансформаторов тока, предназначенных для питания вторичных цепей устройств релейной защиты, основанный на использовании компьютерной модели идеального трансформатора тока с линейной безгистерезисной кривой намагничивания, которая имеет схожие характеристики и параметры первичной и вторичной цепи с исследуемым реальным трансформатором тока.Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при определении оптимальных условий эксплуатации трансформаторов тока и разработке новых принципов выполнения измерительных и логических органов устройств релейной защиты элементов электрических станций и сетей, в частности, был сделан вывод о том, что для обеспечения более чувствительной и селективной защиты могут быть использованы устройства , которые по принципу своего действия реагируют только лишь на фазные соотношения между токами трансформаторов тока присоединений и должны быть отстроены только от угловых погрешностей измерений.Мета роботи. Визначення максимальних величин струмових та кутових похибок трансформаторів струму та характеру їх зміни в усталених та перехідних режимах енергосистеми, за яких можливий вихід величин похибок за межі діапазону нормованих значень, а також у порівнянні ступеня зміни струмових та кутових похибок трансформаторів струму, призначених для живлення вторинних кіл пристроїв релейного захисту, за цих режимів.Методи досліджень. Дослідження проведено шляхом застосування методу імітаційного моделювання та візуалізації на ПВМ функціонування трансформатора струму, призначеного для живлення вторинних кіл пристроїв релейного захисту, в усталених та перехідних режимах енергосистеми та за різних умов його експлуатації.Отримані результати. Авторами було визначено у відсотковому співвідношенні максимальні струмові та кутові похибки трансформації первинного струму до вторинного кола трансформатора струму, які обумовлені наявністю струму намагнічування та активних втрат в магнітній системі досліджуваного трансформатору струму, виконано їх порівняння, а також зроблені висновки щодо їх зміни в усталених та перехідних режимах, зокрема, встановлено той факт, що струмові похибки в аварійних режимах змінюються в значно більшому ступені, ніж кутові та за певних умов можуть виходити за межі нормованих державними стандартами значень.Наукова новизна. Авторами було розроблено сучасний метод дослідження струмових та кутових похибок трансформаторів струму, призначених для живлення вторинних кіл пристроїв релейного захисту, заснований на використанні комп’ютерної моделі ідеального трансформатора струму з лінійною безгістерезисною характеристикою намагнічування, що має подібні характеристики та параметри первинного і вторинного кола з досліджуваним реальним трансформатором струму.Практична значимість. Отримані результати можуть бути використанні при визначенні оптимальних умов експлуатації трансформаторів струму та розробці нових принципів виконання вимірювальних та логічних органів пристроїв релейного захисту елементів електричних станцій та мереж, зокрема, було зроблено висновок про те, що для забезпечення більш чутливого та селективного захисту можуть бути використані пристрої, що за принципом своєї дії реагують лише на фазні співвідношення між струмами трансформаторів струму приєднань, які мають бути відлаштовані лише від кутових похибок вимірювань
МОДЕЛЬ РОЗРАХУНКУ МИТТЄВИХ ПАРАМЕТРІВ РЕЖИМУ СИСТЕМИ ТЯГОВОГО ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ПРИ РУСІ ЕЛЕКТРОВОЗУ
Get PDFBased on the methods of analysis for calculating the electrical parameters of the mode of the traction power supply systems identified deficiencies related to the readability of the calculation and use of non-sinusoidal currents difficulties in that peculiar modern traction complexes with semiconductor converters. Using the methods of electrical engineering theory developed a model for calculating a continuous instantaneous mode parameters of the traction power supply systems, is different from the calculation methods that have been used previously by the fact that the original data is not averages, and pre-defined instantaneous values of electric current and speed. The model, in contrast to these methods is not large discreteness calculations, which greatly improves the quality of the calculation of the sudden change between the different modes of operation of electric and informative value in the calculation of power quality. The possibility of continuous operation for the entire simulation interval based on the location of the place of electric locomotives that move count distribution of voltage drop, loss of power and non-sinusoidal voltage coefficient for each of the electric contacts in place.На основании анализа методов расчета электрических параметров режима систем тягового электроснабжения выявленные недостатки связаны с дискретностью расчета и сложностями использования при несинусоидальних токах, собственно современным тяговым комплексам с полупроводниковыми преобразователями. Целью работы было создание непрерывной модели расчета мгновенных параметров системы электроснабжения с расчетом параметров качества электроэнергии. С использованием методов теории электротехники разработана модель непрерывного расчета мгновенных параметров режима систем тягового электроснабжения, отличается от тех, которые использовались ранее тем, что исходными данными является не средние значения, а предварительно определены мгновенные значения тока и скорости электровоза. Модель в отличие от рассматриваемых не имеет большой дискретности расчетов, что значительно повышает качество расчета при резком изменении между различными режимами работы электровозов и информативность при расчете показателей качества электроэнергии. Реализована возможность в непрерывном режиме для всего интервала моделирования на основании места расположения электровозов, которые движутся, рассчитывать распределение падения напряжения, потерь мощности и коэффициент несинусоидальности напряжения для каждого из электровозов в месте контакта.На підставі аналізу моделей розрахунку електричних параметрів режиму систем тягового електропостачання виявлені недоліки пов’язані з дискретністю розрахунку та складнощами використання при несинусоідальних струмах, що властиво сучасним тяговим комплексам з напівпровідниковими перетворювачами. Метоюроботи було створення безперервної моделі розрахунку миттєвих параметрів системи електропостачання з розрахунком параметрів якості електроенергії. З використанням методів теорії електротехніки розроблена модель безперервного розрахунку миттєвих параметрів режиму систем тягового електропостачання, відрізняється від тих, які використовувались раніше тим, що вихідними даними є не середні значення, а попередньо визначені миттєві значення струму і швидкості електровозу. Модель на відміну від аналізованих не має великої дискретності розрахунків, що значно підвищує якість розрахунку при різкій зміні між різними режимами роботи електровозів та інформативність при розрахунку показників якості електроенергії. Реалізована можливість у безперервному режимі для всього інтервалу моделювання на підставі місця розташування електровозів, які рухаються, розраховувати розподіл падіння напруги, втрат потужності та коефіцієнт несинусоідальності напруги для кожного з електровозів у місці контакту