Electrical Engineering and Power Engineering (EE&PE - E-Journal) / Електротехніка та електроенергетика
Not a member yet
396 research outputs found
Sort by
КОРЕКЦІЯ АЛГОРИТМУ ВИЗНАЧЕННЯ ЗАДАНОГО СТРУМУ СИЛОВОГО АКТИВНОГО ФІЛЬТРА НА ОСНОВІ ТЕОРІЇ ФРІЗЕ В УМОВАХ НЕСИМЕТРІЇ
Get PDFQuality assurance of electrical energy requires an integrated approach to the design and selection of filtering and balancing device. An analysis revealed that the formation of the current filter is performed by the algorithm, based on the power theory laid. In the course of a computer simulation found that the use of the theory of power by Fryze‘s in threephase systems, it is advisable, but in need of correction. By using the methods of electrical engineering theory and modern standards to determine the components of the power correction algorithm is proposed to determine the specified current active power filter. This additional component, are determined by the voltage and current equivalent to a direct sequence and phase angle between them. Modeling power active filter with the proposed changes in the management system proved the efficiency of the proposed solutions. As a result, it proposed to carry out the formation of the active power filter using current theory Fryze and introduction instead of the average values of active power per phase, active power direct sequence, as determined in accordance with the provisions of the standard IEEE 1459-2010Обеспечение качества электрической энергии требует комплексного подхода к проектированию и выбору фильтрокомпенсирующих и симметрирующих устройств. На основании анализа установлено, что формирование тока фильтра осуществляется по алгоритму, в основе которого заложены элементы теории мощности. В ходе моделирования на ЭВМ установлено, что использование теории мощности по Фризе в трехфазных системах целесообразно, но нуждается в коррекции. Путем использования методов теории электротехники и современных стандартов по определению составляющих мощности, предложено коррекцию алгоритма определения заданного тока силового активного фильтра. При этом дополнительно определяются составляющие напряжения и тока прямой последовательности и эквивалентный угол сдвига между ними. Моделированием силового активного фильтра с предложенными изменениями в системе управления доказана эффективность предлагаемого решения. В результате предложено выполнять формирования тока силового активного фильтра с использованием теории Фризе и введением вместо среднего значения активной мощности по фазам, активную мощность прямой последовательности, которая определена в соответствии с позициями стандарта IEEE 1459-2010.Забезпечення якості електричної енергії потребує комплексного підходу до проектування та вибору фільтрокомпенсуючих та симетруючих пристроїв. На підставі аналізу відомих робіт встановлено, що формування струму фільтру здійснюється за алгоритмом в основі якого закладені елементи теорії потужності. В ході моделювання на ЕОМ відзначено, що використання теорії потужності за Фрізе в трифазних системах доцільне, але потребує корекції. Шляхом використання методів теорії електротехніки та сучасних стандартів звизначення складових потужності, запропоновано корекцію алгоритму визначення заданого струму силового активного фільтру. При цьому, додатково визначаються складові напруги та струму прямої послідовності та еквівалентний кут зсуву. Моделюванням силового активного фільтру, із запропонованими змінами в системі керування, обґрунтовано ефективність пропонованого рішення. В результаті доведено, що виконувати формування струму силового активного фільтру з використанням теорії Фрізе введенням замість середнього значення активної потужності за фазами – активної потужності прямої послідовності, яка визначена відповідно до позицій стандарту IEEE 1459-2010
ВИЗНАЧЕННЯ СПРАЦЬОВАНОГО РЕСУРСУ ЕЛЕГАЗОВОГО ВИМИКАЧА ТИПУ H G F 100/2 B, CGECALSTHOM ЗА НЕЧІТКОЮ МОДЕЛЛЮ
Get PDFThe purpose of the work is the development of fuzzy model gas-insulated switch type HGF 100/2 B,C GEC ALSTHOM to determine the total mined-out resource.Research methods. The study was conducted through expert interviews, that became the basis for the construction of the fuzzy model of gas-insulated circuit breaker to determine the total mined-out resource. This model is implemented in MATLAB Fuzzy Logic Toolbox using the mathematical apparatus of fuzzy sets and fuzzy logic.The obtained results. The authors developed the fuzzy model which obtained the numerical value of the total resource developed gas-insulated circuit breaker with the influence of aggregate factors such as the condition of mechanical and switching systems, the state of arc suppression medium and isolation.Scientific novelty.The authors developed the new fuzzy model of gas-insulated circuit breaker to determine the total developed resource, which uses the information available for measurement or observation.Practical significance. This model is used for gas-insulated switch type GEC ALSTHOM HGF 100/2C operated on the Dnipro HPS-1, ODD-330 kV, cell L -211/1. The developed fuzzy model of assessment of the gas-insulated switch technical condition can be applied to all switches of this type.Цель работы. Разработка нечеткой модели элегазового выключателя типа HGF 100/2 B,CGECALSTHOM для определения общего выработанного ресурса.Методы исследования. Исследование проведено путем экспертного опроса, по которому построена нечеткая модель элегазового выключателя для определения общего выработанного ресурса. Данная модель реализована в пакете MATLABFuzzyLogicToolbox с использованием математического аппарата нечетких множеств и нечеткой логики.Одержанные результаты. Авторами была разработана нечеткая модель по которой получено численное значение общего выработанного ресурса элегазового выключателя с учетом влияния совокупности таких факторов как состояние механической и коммутационной системы, дугогасящей среды, состояния изоляции.Научная новизна. Авторами разработана новая нечеткая модель элегазового выключателя для определения общего выработанного ресурса, которая использует информацию доступную для измерения или наблюдения.Практическая ценность. Данная модель применена для элегазового выключателя типа GEC ALSTHOM HGF 100/2Вэксплуатируемого на Днепровской ГЭС-1, ОРУ-330 кВ, ячейки Л-211/1. Разработанная нечеткая модель оценки технического состояния элегазового выключателя может применяться для всех выключателей данного типа.Мета роботи. Розроблення нечіткої моделі елегазового вимикача типу HGF 100/2 B,CGECALSTHOM для визначення загального спрацьованого ресурсу.Методи дослідження. Дослідження проведено шляхом експертного опитування, за яким побудована нечітка модель елегазового вимикача для визначення загального спрацьованого ресурсу. Дана модель реалізована в пакеті MATLABFuzzyLogicToolbox з використанням математичного апарату нечітких множин та нечіткої логіки.Отримані результати. Авторами була розроблена нечітка модель за якою отримано чисельне значення загального спрацьованого ресурсу елегазового вимикача з врахуванням впливу сукупності таких факторів як стан механічної та комутаційної системи, дугогасильного середовища, стану ізоляції.Наукова новизна. Авторами розроблено нову нечітку модель елегазового вимикача для визначення загального спрацьованого ресурсу, яка використовує інформацію доступну для вимірювання або спостереження.Практична значимість. Дана модель застосована для елегазового вимикача типу GECALSTHOMHGF 100/2Вякий експлуатується на Дніпровській ГЕС-1, ВРП – 330 кВ, комірки Л-211/1. Розроблена нечітка модель оцінки технічного стану елегазового вимикача може застосовуватись для всіх вимикачів даного типу
РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВИХ CFD-МОДЕЛЕЙ ТРАНСФОРМАТОРНОГО УСТАТКУВАННЯ З МАСЛЯНИМ ОХОЛОДЖЕННЯМ
No full textThe purpose of the study is to ensure designing of full-function and stable CFD-simulation procedure for integrated thermal models of the transformers and the reactors, as well as to receive the approval of method of quality and abilities using the calculation examples of full-scale models of the equipment, along with autonomous models of coil-type windings having various design versions of heat-transfer intensification.Research Methods. Computational Fluid Dynamics (CFD) method of mathematical simulation of nonlinear processes as concerns hydrodynamics and heat transfer in the transformer equipment using finite-element analysis is employed.The results obtained. The paper presents the main elements of technique for creation of mathematical models; it also contains the examples of CFD-calculations as referred to axisymmetrical integrated models of furnace transformer and gapped-core shunt reactor, as well as the models of windings having design approaches of heat exchange intensification owing to «labyrinth» (partitions) and «alternation» (of number and locations) of axial cooling ducts.Scientific novelty. Scientific value of applied methodological approach lies in the fact that the developed models are the integrated ones, i.e., they consider geometry, loss, thermal parameters not only of the windings, but also of the main structural elements and cooling system. This ensures the quality and the accuracy of simulation of heat-and-mass transfer processes in complex structure of oil ducts and coils in the windings, enables to avoid erroneous «zigzag» oil flow movement through the groups of coil regular structures (without labyrinth and «alternation» of number and locations of axial ducts under conditions of transformer oil natural cooling as was deduced in the certain studies.Practical significance. Integrated models ensure calculation of oil temperature distribution within active part, including winding fields, oil temperature field between the tank and the windings, temperatures at oil outlet from the tank (top) and oil inlet into the tank (bottom). Calculations allow estimation of mean temperature distribution over the crosssection of winding coils, mean winding temperatures by means of averaging of the temperatures within the coils, detection of location and maximum temperature on the surface of conductors relevant to the most heated coil. The latter is treated as winding hot spot temperature (HST) and used to evaluate the aging of the contacting insulation. Determination of winding hot spot locations and temperatures (HST) is used as support data for installation areas of fiber optic probes for measurement during type testing, as well as in operational monitoring systems of the equipment. The results presented above are practically applied for industrial designing and testing of transformers and reactors.Цель работы заключается в обеспечении расчетного проектирования полнофункциональной и устойчивой в вычислительном процессе CFD-методикой моделирования комплексных тепловых моделей трансформаторов и реакторов, а также в апробации ее качества и возможностей на примерах расчетов натурных образцов оборудования, а также автономных моделей катушечных обмоток с различными конструктивными способами интенсификации теплообмена.Методы исследований. Использован CFD-метод (Computational Fluid Dynamics) математического моделирования нелинейных процессов гидродинамики и теплообмена в трансформаторном оборудовании с применением систем конечно-элементного анализа.Полученные результаты. Представлены основные элементы методики формирования математических моделей и примеры CFD-расчетов осесимметричных комплексных моделей печного трансформатора и шунтирующего реактора с зазорами в стержне магнитной системы, а также моделей обмоток с конструктивными способами интенсификации теплообмена за счет «лабиринта» (перегородок) и с «чередованием» (числа и мест) осевых охлаждающей каналов.Научная новизна. Научная ценность использованного методологического подхода заключается в том, что разработанные модели являются комплексными, то есть учитывают геометрию, потери, тепловые параметры не только обмоток, но и основных элементов конструкции и системы охлаждения. Научной новизной работы является достижение авторами определенными качественными настройками вычислительного процесса устойчивого решения средствами инвариантной системы численного моделирования нелинейных уравнений Навье-Стокса. Это обеспечило качество и точность моделирования процессов тепломассопереноса в сложной структуре масляных каналов и катушек в обмотках, позволило избежать полученного в некоторых исследованиях ложного «зигзагообразного» движения масла по группам регулярных структур катушек (без лабиринта и без «чередования» числа и мест осевых каналов) при условиях естественного охлаждения трансформаторным маслом.Практическая значимость. Комплексные модели обеспечивают расчет распределения температур масла в активной части, включая области обмоток, поле температур масла между баком и обмотками, температуры в местах выхода масла из бака (верх) и входа в бак (низ). Расчеты позволяют определить распределениесредних температур по сечению катушек обмоток, средние температуры обмоток путем усреднения температур в катушках, определение места и максимальной температуру на поверхности проводников наиболее нагретой катушки. Последние, трактуемые как температуры наиболее нагретой точки (ННТ) обмоток, используются при оценке старения соприкасающейся изоляции. Определение мест и температур ННТ обмоток используются для обоснования места установки оптоволоконных датчиков для измерений при типовых испытаниях и в эксплуатационных системах мониторинга оборудования. Представленные результаты применены в практике промышленного проектирования и испытания трансформаторов и реакторов.Мета роботи полягає в забезпеченні розрахункового проектування повнофункціональною і стійкою в обчислювальному процесі CFD-методикою моделювання комплексних теплових моделей трансформаторів і реакторів, а також в апробації її якості і можливостей на прикладах розрахунків натурних зразків устаткування, а також автономних моделей котушкових обмоток з різними конструктивними способами інтенсифікації теплообміну.Методи досліджень. Використаний CFD-метод (Computational Fluid Dynamics) математичного моделювання нелінійних процесів гідродинаміки і теплообміну в трансформаторному обладнанні з застосуванням систем скінчено-елементного аналізу.Отримані результати. Представлені основні елементи методики формування математичних моделей і приклади CFD-розрахунків осесиметричних комплексних моделей перетворювального трансформатора і шунтувального реактора з проміжками в стрижні магнітної системи, а також моделей обмоток з конструктивними способами інтенсифікації теплообміну за рахунок «лабіринту» (перегородок) та «почережності» (числа та місць) осьових охолодних каналів.Наукова новизна. Наукова цінність використаного методологічного підходу полягає в тому, що розроблені моделі є комплексними, тобто враховують геометрію, втрати, теплові параметри не тільки обмоток, а й основних елементів конструкції і системи охолодження. Науковою новизною роботи є досягнення авторами певним якісним налаштування обчислювального процесу сталого рішення засобами інваріантної системи чисельного моделювання нелінійних рівнянь Нав’є-Стокса. Це забезпечило якість і точність моделювання процесів тепломасопереносу в складній структурі масляних каналів і котушок в обмотках, дозволило уникнути отриманого в деяких дослідженнях помилкового «зиґзаґоподібного» руху масла по групах регулярних структур котушок (без лабіринту і без «почережності» числа та місць осьових каналів) за умов природного охолодження трансформаторним маслом.Практична значимість. Комплексні моделі забезпечують розрахунок розподілу температур масла в активній частини, включаючи області обмоток, поле температур масла між баком і обмотками, температури в місцях виходу масла з бака (верх) і входу в бак (низ). Розрахунки дозволяють визначити розподіл середніх температур по перетину котушок обмоток, середні температури обмоток шляхом усереднення температур в котушках, визначення місця і максимальну температуру на поверхні провідників найбільш нагрітої котушки. Останні, які тлумачаться як температури найбільш нагрітої точки (ННТ) обмоток, використовуються при оцінці старіння доторкної ізоляції. Визначення місць і температур ННТ обмоток використовуються для обґрунтування місця установки оптоволоконних датчиків для вимірів при типових випробуваннях і в експлуатаційних системах моніторингу обладнання. Представлені результати застосовані в практиці промислового проектування і випробування трансформаторів і реакторів
ОСОБЛИВОСТІ РОЗПОДІЛЕННЯ МАГНІТНИХ ПОТОКІВ У РЕЖИМІ НЕРОБОЧОГО ХОДУ СИЛОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ
Get PDFPurpose. The development of a new implementation of mathematical modeling in the FEMM tools structure to timevariable processes of electromagnetic energy transformation in power distribution transformers and determination ofidle parameters in view of nonlinear magnetic properties of electrical steels and features design of three phase magneticsystems to provide the accuracy increase of the magnetic flux distribution and idle parameters.Research methods. Numerical modeling of the conjugate electric and magnetic fields in the three-phase power transformer by finite element method and theory of electromagnetic field.The obtained results. The theoretical research and modeling of the conjugate electric and magnetic processes on the basis of realization by numerical finite element method of the generalized two-dimensional models of the three-phase power transformer are proposed. The nonlinearity of the magnetic properties of electrical steel and the change of the phase angles of the currents in the phase windings at idle are taken into account. The distribution and form of the time dependences of the magnetic fluxes in the magnetic system of the three-phase power transformer are analyzed. The harmonic components of the time dependences of the magnetic fluxes in the cores, the yokes, the magnetic system corners and related non-sinusoidal coefficients are defined. The correction of the distribution of the magnetic flux values in the corners and calculations of the three-phase systems active and reactive power are made. The calculation accuracy of parameters of three-phase distribution transformer idling is increased.Scientific novelty. The technique for the analysis of distribution and form of the time dependences of the magnetic fluxes in the magnetic system of the three-phase power transformer are presented, the non-linear magnetic properties of electrical steel and the change of the phase angles of the currents in the phase windings at idle are taken into account. The harmonic components of the time dependences of the magnetic fluxes and related non-sinusoidal coefficients are defined, their differences in the cores, the yokes, the magnetic system corners are set.Practical significance. The method of correction for the distribution of the magnetic flux value in the corners and calculations of the three-phase systems active and reactive power are proposed. The calculation accuracy of parameters of three-phase distribution transformer idling (relative error is to 5%) at the design stage is increased.Цель работы. Разработка нового подхода к математическому моделированию в структуре средств FEMM переменных во времени процессов электромагнитного преобразования энергии в силовых распределительных трансформаторах и определение параметров холостого хода с учетом нелинейности магнитных свойств электротехнических сталей и особенностей конструкции трёхфазных шихтованных магнитных систем, которая обеспечивает повышение точности определения распределения магнитных потоков и параметров холостого хода.Методика исследования. Численное моделирование сопряженных электрических и магнитных полей в силовых распределительных трехфазных трансформаторах методами конечных элементов и теории электромагнитного поля.Полученные результаты. Представлены теоретические исследования моделирования сопряженных электрических и магнитных полей на основе численной реализации методом конечных элементов обобщенной 2D модели силового распределительного трансформатора, которая позволяет учесть нелинейность магнитных свойств электротехнической стали и изменения угловых смещений токов фазных обмоток в режиме холостого хода. Проанализированы распределения и формы временных кривых магнитных потоков в магнитной системе трехфазного распределительного трансформатора. Определены гармоничный состав временных кривых магнитных потоков в стержнях, ярмах, углах магнитной системы и соответствующие коэффициенты несинусоидальности. Выполнено корректировка распределения действующих значений магнитных потоков в углах для определения активной и реактивной мощности в трехфазных магнитных системах, которая обеспечивает повышение точности расчета параметров холостого хода трехфазного распределительного трансформатора.Научная новизна. Предложена методика анализа распределения и формы временных кривых магнитных потоков в магнитной системе трехфазного распределительного трансформатора, которая позволяет учесть нелинейность магнитных свойств электротехнической стали и изменения угловых смещений токов фазных обмоток в режиме холостого хода. Определены гармоничный состав временных кривых магнитных потоков магнитной системе трехфазного распределительного трансформатора и соответствующие коэффициенты несинусоидальности, а также установлены их количественные различия в стержнях, ярмах, углах магнитной системы.Практическая значимость. Предложена методика корректировки распределения действующих значений магнитных потоков в углах для определения активной и реактивной мощности в трехфазных магнитных системах, которая обеспечивает повышение точности расчета параметров холостого хода трехфазного распределительного трансформатора (относительная погрешность до 5%) на этапе конструкторской подготовки производства.Мета роботи. Розробка нового підходу до математичного моделювання у структурі засобів FEMM змінних у часі процесів електромагнітного перетворення енергії в силових розподільчих трансформаторах і визначення параметрів неробочого ходу з урахуванням нелінійних магнітних властивостей електротехнічних сталей і особливостей конструкції трифазних шихтованих магнітних систем, що забезпечує підвищення точності визначення розподілення магнітних потоків і параметрів неробочого ходу.Методи досліджень. Чисельне моделювання зв’язаних електричних та магнітних полів в силових розподільчих трансформаторах методами скінчених елементів та теорії електромагнітного поля.Отримані результати. Представлено теоретичні дослідження моделювання зв’язаних електричних та магнітних полів на основі чисельної реалізації методом скінчених елементів узагальненої 2D моделі силового розподільчого трансформатору, яка дозволяє врахувати нелінійність магнітних властивостей електротехнічної сталі та зміни кутових зсувів струмів фазних обмоток у режимі неробочого ходу. Проаналізовано розподілення і форми часових кривих магнітних потоків у магнітній системі трифазного розподільчого трансформатора. Визначено гармонійний склад часових кривих магнітних потоків у стрижнях, ярмах, кутах магнітної системи і відповідні коефіцієнти несинусоїдальності. Виконано корегування для розподілу діючих значень магнітних потоків у кутах для визначення активної та реактивної потужності в трифазних магнітних системах, що забезпечує підвищення точності розрахунку параметрів неробочого ходу трифазного розподільчого трансформатора.Наукова новизна. Запропоновано методику для аналізу розподілення і форми часових кривих магнітних потоків у магнітній системі трифазного розподільчого трансформатора, яка дозволяє врахувати нелінійність магнітних властивостей електротехнічної сталі та зміни кутових зсувів струмів фазних обмоток у режимі неробочого ходу. Визначено гармонійний склад часових кривих магнітних потоків в магнітній системі трифазного розподільчого трансформатора і відповідні коефіцієнти несинусоїдальності, а також встановлено їх кількісні відмінності у стрижнях, ярмах, кутах магнітної системи.Практична значимість. Запропоновано методику корегування для розподілу діючих значень магнітних потоків у кутах для визначення активної та реактивної потужності в трифазних магнітних системах, яка забезпечує підвищення точності розрахунку параметрів неробочого ходу трифазного розподільчого трансформатора (відносна похибка до 5%) на етапі конструкторської підготовки виробництва
ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІЧНИХ РЕЖИМІВ ЕЛЕКТРОДВИГУНА ПОСЛІДОВНОГО ЗБУДЖЕННЯ З ІМПУЛЬСНИМИ СХЕМАМИ РЕГУЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДУ
Get PDFPurpose: The purpose of the work is to research the dynamics of DC motor of series excitation with pulse speed control and determine the possibility of the drive circuit simplification.Research methods: With the help of simulation and analytical methods of calculation techniques developed a simulation model, identified the advantages of using a modernized impulse control scheme.The obtained results: The modernized scheme of series excitation DC current motor pulse control is designed. For the proposed and existing pulse regulation schemes the models are developed; they help to investigate the electromechanical processes of electric drive in these schemes and to perform the comparative analysis. The results of the modernized DC motor speed impulse control scheme investigation in the acceleration mode, overrun and electro-dynamic braking are given.Scientific novelty: Developed advanced pulse regulating sequential excitation DC motor scheme. For existing and proposed schemes impulse regulation developed models that allow study of electromechanical processes in electric drive for existing and proposed impulse control schemes.The practical significance: It is shown that the addition of a shunt field winding diode to pulsed regulator scheme reducing the rate of current decay in the winding. It is determined that the proposed upgrade allows to use electro-dynamic braking mode at the motor self-excitation. The proposed scheme design avoids the use of additional independent power sources and simplify the technical implementation and reduce costs.Цель: Целью работы является исследование динамики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения с импульсным регулированием частоты вращения и определениее возможности упрощения схемы электропривода.Методика: Методы имитационного моделирования и аналитические методы расчета и исследований электромеханических процессов в сериесном двигателе постоянного тока при различных схемах импульсного управления.Результаты: Разработана усовершенствованная схема импульсного регулирования двигателя постоянного тока последовательного возбуждения. Для предложенной и существующей схем импульсного регулирования разработаны модели, с помощью которых исследованы электромеханические процессы тягового электропривода в этих схемах и выполнен их сравнительный анализ. Приведены результаты исследования модернизированной импульсной схемы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока в режимах разгона, выбега и электродинамического торможения. Проведен анализ величины пульсаций тока якоря и влияние на нее частоты коммутации при использовании модернизированной схемы импульсного регулирования.Научная новизна: Разработаны новые имитационные модели, которые позволяют проводить исследования электромеханических процессов тягового электропривода в различных схемах импульсного регулирования.Практическая значимость Разработана усовершенствованная схема импульсного регулирования двигателя постоянного тока последовательного возбуждения. Проведено усовершенствование схемы импульсного регулирования двигателя постоянного тока последовательного возбуждения за счет введения в схему импульсного регулятора диода, шунтирующего обмотку возбуждения, что позволяет снизить скорость затухания тока в обмотке возбуждения и использовать режим электродинамического торможения при самовозбуждении электродвигателя. Предложенное схемное решение позволяет избежать применения дополнительных независимых источников тока, упростить техническую реализацию и уменьшить расходы.Мета: Метою роботи є дослідження динаміки двигуна постійного струму послідовного збудження з імпульсним регулюванням частоти обертання і визначення можливості спрощення схеми електропривода.Методика: Методи імітаційного моделювання й аналітичні методи розрахунку та дослідження електромеханічних процесів в серієсному двигуні постійного струму при різних схемах імпульсного керування.Результати: Розроблено вдосконалену схему імпульсного регулювання двигуна постійного струму послідовного збудження. Для запропонованої і існуючої схем імпульсного регулювання розроблені моделі, за допомогою яких досліджені електромеханічні процеси тягового електроприводу в цих схемах і виконано їх порівняльний аналіз. Наведено результати дослідження модернізованої імпульсної схеми регулювання частоти обертання двигуна постійного струму в режимах розгону, вибігу і електродинамічного гальмування. Проведено аналіз величини пульсацій струму якоря та вплив на неї частоти комутації при використанні модернізованої схеми імпульсного регулювання.Наукова новизна: Розроблено нові імітаційні моделі, які дозволяють виконувати дослідження електромеханічних процесів тягового електроприводу при різних схемах імпульсного регулювання.Практична значимість: Розроблено вдосконалену схему імпульсного регулювання двигуна постійного струму послідовного збудження. Вдосконалено схему імпульсного регулювання двигуна постійного струму послідовного збудження за рахунок введення в схему імпульсного регулятора діода, який шунтує обмотку збудження, що дозволяє знизити швидкість загасання струму в обмотці збудження та використовувати режим електродинамічного гальмування при самозбудженні електродвигуна. Запропоноване схемне рішення дозволяє уникнути застосування додаткових незалежних джерел струму та спростити технічну реалізацію і зменшити витрати
ВИЗНАЧЕННЯ ОПТИМАЛЬНОЇ ЧАСТОТИ КОМУТАЦІЇ ВЕНТИЛІВ ПЕРЕТВОРЮВАЧА ЗА СХЕМОЮ ЧАСТОТНО-СТРУМОВОГО АСИНХРОННОГО-ВЕНТИЛЬНИХ КАСКАДА
No full textoai:ojs.journals.uran.ua:article/85977The article discusses the issue of increasing the energy efficiency of electric drive systems by determining the optimum value of the adjusting parameter converter, providing maximum efficiency of the drive system on the example of a frequency-current asynchronous gate cascade. The aim work is to develop easy to implement methods for determining the optimum switching frequency of the power switches of the converter in the form of analytical expressions with which the condition of minimization of losses in the drive. The object of investigation is the process of converting electromagnetic energy in the motor-converter system. The subject of this investigation is frequency-current asynchronous-gate cascade drive system. The methods of calculation of the losses in the AC motor and the power converter elements are considered. The objective function of total losses in the electric drive system, depending on the switching frequency of the power switches and the total harmonic distortion of the stator and rotor currents AC motor are determined. As a result, the objective function of total losses in the electric drive system has been converted into the form of a single variable, depending only on the frequency switching keys of the power converter. With the help of the simulation of the losses in the drive control system, which based peculiarities of electromagnetic and energetic processes in this class drive system are calculated. The adequacy of the calculation of the proposed simplified method to determine the effective frequency of power switches in the converter are confirmed. The proposed method of the determining the optimal frequency switching of the power switchers can be applied to engineering design and commissioning of the converter depending on the class and modes of operation of the drive control system.В статье рассматривается вопрос повышения энергоэффективности систем электропривода путем определения оптимального значения регулировочного параметра преобразователя, обеспечивающего максимальный коэффициент полезного действия системы электропривода на примере частотно-токового асинхронно-вентильного каскада. Цель работы заключается в разработке простой в реализации методики определения оптимальной частоты коммутации силовых ключей преобразователя в виде аналитических выражений при которой выполняется условие минимизации потерь в электроприводе. Объектом исследования являются электромагнитные процессы преобразовании энергии в системе двигатель-преобразователь. Предметом исследования является электропривод по схеме частотно-токового асинхронно-вентильного каскада. Приведена методика расчета потерь как в двигателе, так и в силовых элементах преобразователя. Определена целевая функция суммарных потерь в электроприводе в зависимости от частоты коммутации силовых ключей и коэффициентов гармонических искажений токов статора и ротора асинхронного двигателя. Целевая функция суммарных потерь в электроприводе преобразована к однокритериальной зависимости (частоты коммутации силовых ключей преобразователя). С помощью имитационного моделирования выполнен расчет потерь в электроприводе, с учетом особенностей электромагнитных и энергетических процессов для данного класса электропривода, который подтвердил адекватность предложенного упрощенного способа определения оптимальной частоты коммутации силовых ключей в преобразователе. Предложена методика определения оптимальной частоты коммутации силового ключа, которая может быть применена при наладочных работах преобразователей, инженерном проектировании электропривода различных классов и режимов работы.У статті розглядається питання підвищення енергоефективності систем електроприводу шляхом визначення оптимального значення регулювального параметра перетворювача, що забезпечує максимальний коефіцієнт корисної дії системи електроприводу на прикладі частотно-струмового асинхронно-вентильного каскаду. Мета роботи полягає в розробці простій в реалізації методики визначення оптимальної частоти комутації силових ключів перетворювача у вигляді аналітичних виразів при якій виконується умова мінімізації втрат в електроприводі. Об’єктом дослідження є електромагнітні процеси перетворення енергії в системі двигун-перетворювач. Предметом дослідження є електропривід за схемою частотно-струмового асинхронновентильного каскаду. Наведено методику розрахунку втрат як в двигуні, так і в силових елементах перетворювача. Визначено цільову функцію сумарних втрат в електроприводі в залежності від частоти комутації силових ключів та коефіцієнтів гармонійних спотворень струмів статора та ротора асинхронного двигуна. Цільова функція сумарних втрат в електроприводі була перетворена до однокритеріальної залежності (частоти комутації силових ключів перетворювача.) За допомогою імітаційного моделювання виконано розрахунок втрат в електроприводі з урахуванням особливостей електромагнітних та енергетичних процесів для даного класу електроприводу, який підтвердив адекватність запропонованого спрощеного способу визначення оптимальної частоти комутації силових ключів в перетворювачі. Запропонована методика визначення оптимальної частоти комутації силового ключа, котра може бути застосована при налагоджувальних роботах перетворювачів, інженерному проектуванні електроприводу різних класів та режимів роботи
ОСОБЛИВОСТІ ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ СИЛОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ ЗАСОБАМИ ПОЛЬОВОГО МОДЕЛЮВАННЯ
Get PDFmetod of final elements for defining the parameters of the power transformer short circuit in FEMM structure is introduced. The peculiarities of the structural construction of the transformer active part, distribution of winding electromotive force, the impact of non-linear electrophysical features in magnetic systems, transformer tank, pressing rings and winding beams on magnetic field energy were taken into account. Computation of transformer circuit parameters is realized on the basis of electromagnetic field mathematical model in the vector magnetic potential formulation for sinusoidal current in windings and phase shifts. Improving accuracy of magnetic field energy, interlinkage and winding inductance was provided by calculation of discrete arrays of dimensional distribution of the magnetic induction field in certain time moment. Model adequacy, computation reliability and accuracy are proved by comparison with classic techniques data and test experimental data in short-circuit conditions. It was proved that application of the field modeling tools allowed to reduce computation error nearly by 2–3 times.Представлено использование метода конечних элементов для определения параметров короткого замыкания силового трансформатора в структуре FEMM. Осуществлен учет особенностей конструктивного строения активной части трансформатора, распределение электродвижущих сил обмоток, влияние нелинейных электрофизических свойств магнитных систем, бака трансформатора, прессующих колец и балок обмоток на энергию магнитного поля. Расчет параметров короткого замыкания трансформатора проведено на основе математической модели электромагнитного поля в формулировках векторного магнитного потенциала для синусоидальных токов в обмотках и фазовых сдвигов. Повышение точности определения энергии магнитного поля, потокосцеплений и индуктивностей обмоток обеспечено расчетом дискретных массивов пространственного распределения индукции магнитного поля в определенные моменты времени. Адекватность модели, достоверность и точность расчетов доказано сравнением с данными классической методике и экспериментальными данными испытания в режиме короткого замыкания. Показано, что применение средств полевого моделирования позволило уменьшить погрешность расчетов в 2–3 раза.Представлено застосування методу кінцевих елементів для визначення параметрів короткого замикання силового трансформатора в структурі засобів FEMM. Здійснено врахування особливостей конструктивної будови активної частини трансформатора, розподілу електрорушійних сил обмоток, впливів нелінійних електрофізичних властивостей магнітних систем, баку трансформатора, пресуючих кілець і балок обмоток на енергію магнітного поля. Розрахунок параметрів короткого замикання трансформатора проведено на основі математичної моделі електромагнітного поля в формулюваннях векторного магнітного потенціалу для синусоїдальних струмів в обмотках і фазових зсувів. Підвищення точності визначення енергії магнітного поля, потокозчеплень і індуктивностей обмоток забезпечено розрахунками дискретних масивів просторового розподілу індукції магнітного поля у визначений момент часу. Адекватність моделі, достовірність і точність розрахунків доведено порівнянням із даними класичної методики і експериментальними даними випробування в режимі короткого замикання. Показано, що застосування засобів польового моделювання дозволило зменшити похибку розрахунків майже в 2–3 рази
ВПЛИВ СКЛАДУ І МОРФОЛОГІЇ КОНДЕНСАТОРНИХ ПОЛІМЕРНИХ ПЛІВОК НА ТЕРМОСТАБІЛЬНІСТЬ ЇХ КОРОТКОЧАСНОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МІЦНОСТІ
Get PDFThe implementation of purposeful actions set with the view of the level of modern electronics’ and electrical insulating materials’ development increasing requires a clear understanding of the nature and character of destructive processes in the dielectric. The thermal stability of the components of impregnated polypropylene – polyethyleneterephthalate dielectric system during their thermally stimulated interaction was studied in the work for the first time. The criterion parameters are proposed and validate, allowing to estimate reliably the stability of operational properties of capacitors’ polymer films of film impregnated dielectric systems – short-term electric strength of the film and the coefficient of the relative light transmission of electrical insulating liquids. Changes of short-term electric strength of polypropylene and polyethyleneterephtalate films are analyzed during their thermoaging in the petroleum oils medium. Statistically reliable data on the form of the kinetic dependences of polymer films’ short-term electric strength are obtained. The influence of morphological features of the film’s surface on the thermal stability of a film, impregnated with a dielectric liquid, is established. Higher thermal stability of operational properties of the impregnated film dielectric system, based on the one of the investigated polymer films is projected reasonably.The obtained results are the basis for the development of complex procedure aimed at the improving the operability of oil-filled electrical equipment with polymeric dielectric, namely the method of entrance control of polymer film material, for example, for the production of power capacitors.Осуществление совокупности целенаправленных действий по повышению уровня развития современной электротехники и электроизоляционных материалов требует четких представлений о природе и характере деструктивных процессов в диэлектрике. В работе впервые изучена термостабильность компонентов полипропиленово-полиэтилентерефталатного пропитанного диэлектрика в ходе их термостимулированного взаимодействия. Предложены и обоснованы критериальные параметры, позволяющие достоверно оценивать термостабильность эксплуатационных свойств конденсаторних полимерных пленок. Проанализировано изменение кратковременной электрической прочности полипропиленовой и полиэтиленетерефталатной пленок в ходе их термостарения в среде нефтяного масла. Установлено влияние морфологических особенностей поверхности пленки на термостабильность пленочного пропитанного диэлектрика.Полученные результаты являются основой для разработки комплексных мероприятий, направленных на повышение работоспособности маслонаполненного электротехнического оборудования с полимерным диэлектриком, а именно, методики входного контроля полимерного пленочного материала, например, для производства силовых конденсаторов.Здійснення сукупності цілеспрямованих дій щодо підвищення рівня розвитку сучасної електротехніки та електроізоляційних матеріалів потребує чітких уявлень про природу й характер деструктивних процесів у діелектрику. В роботі вперше вивчено термостабільність компонентів поліпропіленово-поліетилентерефталатного просоченого діелектрика в ході їх термостимульованої взаємодії. Запропоновано і обгрунтовано критеріальні параметри, що дозволяють достовірно оцінювати термостабільність експлуатаційних властивостей конденсаторних полімерних плівок. Проаналізовано зміну короткочасної електричної міцності поліпропіленової і поліетилентерефталатної плівок в результаті термостаріння в середовищі трансформаторного масла. Виявлено вплив морфологічних особливостей поверхні плівки на термостабільність плівкового просоченого діелектрика. Отримані результати є засадами для розробки комплексних заходів, що спрямовані напідвищення працездатності маслонаповненого електротехнічного обладнання з полімерним діелектриком, а саме методики вхідного контролю полімерного плівкового матеріалу, наприклад, для виробництва силових конденсаторів
ОПТИМАЛЬНЕ І КВАЗІОПТИМАЛЬНЕ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧЕ УПРАВЛІННЯ ПОЛОЖЕННЯМ ЧАСТОТНОРЕГУЛЬОВАНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГУНА
No full textThe article is devoted to developing and researching the best energy-saving control position FCIM with small movements with the help of which would be provided to minimize the total electromagnetic energy losses in the engine when this positioning mode.Using the method of the calculus of variations to offer optimal and quasi-optimal types of energy-saving variable frequency control the position of the induction motor (FCIM), which provide basic minimization of electromagnetic energy loss (BEEL) of the engine when developing an arbitrary value of a small displacement of the shaft in the required time. Obtained for the proposed types of energy-saving control analytical dependencies to change the position and speed of the time, as well as to determine the maximum value of the engine speed. Calculations of the time change process: position, speed, electromagnetic torque, modulus of the generalized vector of the stator current, general electromagnetic power loss and engine BEEL – relevant proposals and quasi optimal energy-saving type of control. A comparison between a proposed and known (parabolic and linear dependence of the velocity on the time change) types of energy-saving position control with small movements FCIM. Proposed optimal and quasi-optimal types of energy-saving position control are recommended for use in positional variable frequency asynchronous electric drive (for example, lifting-transport mechanisms and rotary platforms, urban and railway electric transport, etc..).Статья посвящена разработке и исследованию оптимального энергосберегающего управления положением ЧРАД при малых перемещениях, с помощью которого бы обеспечивалась минимизация общих электромагнитных потерь энергии в этом двигателе при данном режиме позиционирования.С использованием метода вариационного исчисления предложены оптимальное и квазиоптимальное виды энергосберегающего управления положением частотнорегулируемого асинхронного двигателя (ЧРАД), которые обеспечивают минимизацию основных электромагнитных потерь энергии (ОЭПЭ) данного двигателя при отработке произвольного значения малого перемещения вала за требуемое время. Получены для предложенных видов энергосберегающего управления аналитические зависимости для изменения положения и скорости от времени, а также для определения максимального значения скорости двигателя. Выполнены расчеты от времени процессов изменения: положения, скорости, электромагнитного момента, модуля обобщенного вектора статорного тока, общих электромагнитных потерь мощности и ОЭПЭ двигателя, – соответствующих предложенным оптимальному и квазиоптимальному энергосберегающим видам управления. Проведено сравнение между собой предложенных и известных (с параболической и линейной зависимостями изменения скорости от времени) видов энергосберегающего управления положением при малых перемещениях ЧРАД. Предложенные оптимальное и квазиоптимальное энергосберегающие виды управления положением рекомендуются для применения в позиционных частотнорегулируемых асинхронных электроприводах (например, на подъемно – транспортных механизмах и поворотных платформах, в городском и железнодорожном электротранспорте и др.).Стаття присвячена розробці й дослідженню оптимального енергозберігаючого керування положенням ЧРАД при малих переміщеннях, за допомогою якого б забезпечувалася мінімізація загальних електромагнітних втрат енергії в цьому двигуні при даному режимі позиціонування.З використанням методу варіаційного числення запропоновані оптимальне і квазіоптимальне види енергозберігаючого управління становищем частотнорегульованого асинхронного двигуна (ЧРАД), які забезпечують мінімізацію основних електромагнітних втрат енергії (ОЕВЕ) даного двигуна при відпрацюванні довільного значення малого переміщення вала за необхідний час. Отримано для запропонованих видів енергозберігаючого управління аналітичні залежності для зміни положення і швидкості від часу, а також для визначення максимального значення швидкості двигуна. Виконано розрахунки від часу процесів зміни: положення, швидкості, електромагнітного моменту, модуля узагальненого вектора статорного струму, загальних електромагнітних втрат потужності і ОЕВЕ двигуна, – відповідних запропонованим оптимальному і квазіоптимальному енергозберігаючим видам управління. Проведено порівняння між собою запропонованих і відомих (з параболічної і лінійної залежностями зміни швидкості від часу) видів енергозберігаючого управління становищем при малих переміщеннях ЧРАД. Запропоновані оптимальне і квазіоптимальне енергозберігаючі види управління становищем рекомендуються для застосування в позиційних частотнорегульованих асинхронних електроприводах (наприклад, на підйомно-транспортних механізмах і поворотних платформах, в міському та залізничному електротранспорті і ін.)
СИСТЕМИ АНТИПОМПАЖНОГО КЕРУВАННЯ ВІДЦЕНТРОВИМ КОМПРЕСОРОМ
Get PDFThe article investigates the anti-surge protection systems and mathematical modeling of systems of gas compressor units on the basis of centrifugal compressors with anti-surge valve or baypass, and a mixed protection system. The review of existing systems, surge protection of gas compressor units, which revealed a number of shortcomings when using antisurge valve or baypass system. The proposed mixed system of surge protection with simultaneous use of surge valve and baypass system. The proposed sequence of the mixed system of surge protection. The above block diagram of an electromechanical system centrifugal compressor – anti-surge valve - direct current motor with an automatic control system. Obtained by use of transient surge valve baypass and mixed anti-surge system. These conclusions underline the relevance of the research and energy efficiency centrifugal compressor anti-surge protection system.Статья посвящена исследованию антипомпажного систем защиты и математическому моделированию систем газоперекачивающих агрегатов на базе центробежных компрессоров с использованием антипомпажного клапана или байпасуванням, и смешанной системой защиты. Проведен обзор существующих систем антипомпажного защиты газоперекачивающих агрегатов, который позволил выявить ряд недостатков при использовании антипомпажного клапана или системы байпасування. Предложенная смешанная система антипомпажного защиты с одновременным использованием антипомпажного клапана и системы байпасування. Предложенная последовательность работы смешанной системы антипомпажного защиты. Приведенная структурная схема электромеханической системы центробежный компрессор - антипомпажного клапан - двигатель постоянного тока с системой автоматического управления. Полученные переходные процессы по использованию антипомпажного клапана, байпасування, и смешанной антипомпажного системы. Приведенные выводы, которые подчеркивают актуальность проведенных исследований и повышения энергоэффективности антипомпажного системы защиты центробежных компрессоров.Стаття присвячена дослідженню антипомпажних систем захисту та математичному моделюванню систем газоперекачувальних агрегатів на базі відцентрових компресорів з використанням антипомпажного клапана або байпасуванням, та змішаною системою захисту. Проведено огляд існуючих систем антипомпажного захисту газоперекачувальних агрегатів, який дозволив виявити ряд недоліків при використанні антипомпажного клапану або системи байпасування. Запропонована змішана система антипомпажного захисту з одночасним використанням антипомпажного клапану та системи байпасування. Запропонована послідовність роботи змішаної системи антипомпажного захисту. Наведена структурна схема електромеханічної системи відцентровий компресор – антипомпажний клапан – двигун постійного струму з системою автоматичного керування. Отримані перехідні процеси з використання антипомпажного клапану, байпасування, та змішаної антипомпажної системи. Наведені висновки, які підкреслюють актуальність проведених досліджень та підви щення енергоефективності антипомпажної системи захисту відцентрових компресорів