Electrical Engineering and Power Engineering (EE&PE - E-Journal) / Електротехніка та електроенергетика
Not a member yet
396 research outputs found
Sort by
Дослідження частотної залежності електричної провідності п'єзокераміки ЦТС
No full textPurpose. To investigate the frequency dependence of the electrical conductivity in piezoelectric ceramics based on solid solutions of lead-zirconate titanate oxides.Methodology. To obtain the frequency dependence of the electrical conductivity in piezoelectric ceramics based on solid solutions of lead-zirconate titanate oxides, we used a technique for measuring the resistance of a sample with electrodes deposited on its opposite faces. Using the obtained resistance value, the value of the electrical conductivity of the sample was calculated at various frequencies.Findings. The frequency dependence of the specific electrical conductivity in PZT-22 piezoceramics based on solid solutions of lead-zirconate titanate oxides in the frequency range of 0 < ν < 60 kHz has been obtained by the authors. The specific electrical conductivity in PZT-22 piezoceramics increased over the entire range of frequencies studied. A sharp increase in specific electrical conductivity was observed at frequencies up to 20 kHz. At frequencies of ν > 20 kHz the increase in specific electrical conductivity ceased and at frequencies of ν > 30 kHz its value reached saturation. The maximum value of specific electrical conductivity γ = 0.55 . 10-6 Ohm-1.m-1 was obtained at a frequency of 60 kHz. The frequency dependence of the specific electrical conductivity in PZT-22 piezoceramics in the frequency range of 0 < ν < 60 kHz is analyzed. It was found that the specific electrical conductivity in PZT-22 piezoceramics increases according to a power law in the frequency range of 0 < ν < 10 kHz. The mechanism of changing the electrical conductivity in PZT piezoceramics with increasing frequency of the electric field is discussed. A formula is obtained that satisfactorily describes the experimental dependence of the specific electrical conductivity in PZT-22 piezoceramics on the frequency of an alternating voltage in the frequency range of 0 < ν < 10 kHz and which corresponds to the power law of A. Ioncher. The specific electrical conductivity in the unpolarized PZT-19 piezoceramics increases in the frequency range of 0 < ν < 100 kHz. In the frequency range of 0 < ν < 20 kHz a power law dependence is observed and at frequencies of ν > 20 kHz a power law is violated and the specific electrical conductivity gradually increases without reaching saturation. Originality. The frequency dependence of the electrical conductivity in PZT-22 piezoceramics in the frequency range of 0 < ν < 60 kHz is studied. It is established that the specific electrical conductivity in PZT-22 piezoceramics increases with increasing frequency of the electric field and in the frequency range of 0 < ν < 10 kHz, the nature of its change corresponds to the power law of A. Ioncher. The mechanism of change in electrical conductivity is due to the hopping conductivity of ions and polarons in a dielectric and is explained by the delay of slow polarization mechanisms. The nature of the dependence of the specific electrical conductivity in PZT-19 piezoelectric ceramics is due to the fact that polarization processes do not make a noticeable contribution to the dispersion of the electrical conductivity of unpolarized piezoceramics and the delay of slow polarization mechanisms is not observed.Practical value. When using piezoceramics based on solid solutions of lead-zirconate titanate oxides, it is necessary to take into account the significant dependence of its electrical conductivity on the frequency of an alternating electric field. The research results can be used to study the mechanism of electrical conductivity of piezoceramic materials based on solid solutions of lead-zirconate titanate oxides, which are used in electrical and electronic products under the influence of alternating electric fields of various frequencies.Цель работы. Исследовать частотную зависимость электрической проводимости пьезокерамики на основе твердых растворов оксидов цирконата-титаната свинца.Методы исследования. Для получения частотной зависимости электрической проводимости пьезокерамики на основе твердых растворов оксидов цирконата-титаната свинца использовалась методика измерения сопротивления образца с нанесенными на его противоположные грани электродами. По полученному значению сопротивления вычислялось значение электрической проводимости образца при различных частотах.Полученные результаты. Авторами получена частотная зависимость удельной электрической проводимости пьезокерамики ЦТС-22 на основе твердых растворов оксидов цирконата-титаната свинца в диапазоне частот 0 < ν < 60 кГц. Удельная электрическая проводимость пьезокерамики ЦТС-22 увеличивалась во всем диапазоне исследованных частот. При частотах до 20 кГц наблюдался резкий рост удельной электрической проводимости. При частотах ν > 20 кГц увеличение удельной электрической проводимости прекращалось, и при частотах ν > 30 кГц ее значение выходило на насыщение. Максимальное значение удельной электрической проводимости γ = 0,55 . 10-6 Ом-1.м-1 было получено при частоте 60 кГц. Проведен анализ частотной зависимости удельной электрической проводимости пьезокерамики ЦТС-22 в диапазоне частот 0 < ν < 60 кГц. Установлено, что в диапазоне частот 0 < ν < 10 кГц удельная электрическая проводимость пьезокерамики ЦТС-22 увеличивается по степенному закону. Обсуждается механизм изменения электрической проводимости пьезокерамики ЦТС при увеличении частоты электрического поля. Получена формула, удовлетворительно описывающая экспериментальную зависимость удельной электрической проводимости пьезокерамики ЦТС-22 от частоты переменного напряжения в диапазоне частот 0 < ν < 10 кГц и которая соответствует степенному закону А. Иончера. Удельная электрическая проводимость не поляризованной пьезокерамики ЦТС-19 увеличивается в диапазоне частот 0 < ν < 100 кГц. В диапазоне частот 0 < ν < 20 кГц наблюдается степенная зависимость, а при частотах ν > 20 кГц происходит нарушение степенного закона и удельная электрическая проводимость постепенно увеличивается, не выходя на насыщение.Научна новизна. Исследована частотная зависимость электрической проводимости пьезокерамики ЦТС-22 в диапазоне частот 0 < ν < 60 кГц. Установлено, что удельная электрическая проводимость пьезокерамики ЦТС-22 повышается с увеличением частоты электрического поля и в диапазоне частот 0 < ν < 10 кГц характер ее изменения соответствует степенному закону А. Иончера. Механизм изменения электрической проводимости обусловлен прыжковой проводимостью ионов и поляронов в диэлектрике и объясняется запаздыванием медленных механизмов поляризации. Характер зависимости удельной электрической проводимости пьезокерамики ЦТС-19 обусловлен тем, что процессы поляризации не дают заметного вклада в дисперсию электрической проводимости не поляризованной пьезокерамики и запаздывания медленных механизмов поляризации не наблюдается.Практическая ценность. При эксплуатации пьезокерамики на основе твердых растворов оксидов цирконата-титаната свинца необходимо учитывать существенную зависимость ее электрической проводимости от частоты переменного электрического поля. Результаты исследований могут быть использованы для изучения механизма электрической проводимости пьезокерамических материалов на основе твердых растворов оксидов цирконата-титаната свинца, эксплуатируемых в электротехнических и электронных изделиях при воздействии переменных электрических полей различных частот.Мета роботи. Дослідити частотну залежність електричної провідності п'єзокераміки на основі твердих розчинів оксидів цирконата-титанату свинцю.Методи дослідження. Для отримання частотної залежності електричної провідності п'єзокераміки на основі твердих розчинів оксидів цирконата-титанату свинцю використовувалась методика вимірювання опору зразка з нанесеними на його протилежні грані електродами. За отриманого значення опору обчислювалося значення питомої електричної провідності зразка при різних частотах.Отримані результати. Авторами отримана частотна залежність питомої електричної провідності п'єзокераміки ЦТС-22 на основі твердих розчинів оксидів цирконата-титанату свинцю в діапазоні частот 0 < ν < 60 кГц. Питома електрична провідність п'єзокераміки ЦТС-22 збільшувалася у всьому діапазоні досліджених частот. При частотах до 20 кГц спостерігалося різке зростання питомої електричної провідності. При частотах ν > 20 кГц збільшення питомої електричної провідності припинялося, і при частотах ν > 30 кГц її значення виходило на насичення. Максимальне значення питомої електричної провідності γ = 0,55. 10-6 Ом-1.м-1 було отримано при частоті 60 кГц. Проведено аналіз частотної залежності питомої електричної провідності п'єзокераміки ЦТС-22 в діапазоні частот 0 < ν < 60 кГц. Встановлено, що в діапазоні частот 0 < ν < 10 кГц питома електрична провідність п'єзокераміки ЦТС-22 збільшується за степеневим законом. Обговорюється механізм зміни електричної провідності п'єзокераміки ЦТС при збільшенні частоти електричного поля. Отримана формула, задовільно описує експериментальну залежність питомої електричної провідності п'єзокераміки ЦТС-22 від частоти змінної напруги в діапазоні частот 0 <ν <10 кГц і яка відповідає степеневому закону А. Іончера. Питома електрична провідність не поляризованої п'єзокераміки ЦТС-19 збільшується в діапазоні частот 0 < ν < 100 кГц. В діапазоні частот 0 < ν < 20 кГц спостерігається степенева залежність, а при частотах ν > 20 кГц відбувається порушення степеневого закону і питома електрична провідність поступово збільшується, не виходячи на насичення.Наукова новизна. Досліджено частотну залежність електричної провідності п'єзокераміки ЦТС-22 в діапазоні частот 0 < ν < 60 кГц. Встановлено, що питома електрична провідність п'єзокераміки ЦТС-22 підвищується зі збільшенням частоти електричного поля і в діапазоні частот 0 < ν < 10 кГц характер її зміни відповідає степеневому закону А. Іончера. Механізм зміни електричної провідності обумовлений стрибковою провідністю іонів і поляронів в діелектрику і пояснюється запізненням повільних механізмів поляризації. Характер залежності питомої електричної провідності п'єзокераміки ЦТС-19 обумовлений тим, що процеси поляризації не дають помітного внеску в дисперсію електричної провідності не поляризованої п'єзокераміки і запізнювання повільних механізмів поляризації не спостерігається.Практична цінність. При експлуатації п'єзокераміки на основі твердих розчинів оксидів цирконата-титанату свинцю необхідно враховувати суттєву залежність її електричної провідності від частоти змінного електричного поля. Результати досліджень можуть бути використані для вивчення механізму електричної провідності пьезокерамічних матеріалів на основі твердих розчинів оксидів цирконата-титанату свинцю,що експлуатуються в електротехнічних і електронних виробах при впливі змінних електричних полів різних частот
Резонансний підсилювач реактивної електричної потужності. Аналіз електромагнітних процесів
No full textPurpose. Analysis of electromagnetic processes and the theoretical substantiation of the fundamental possibility of the reactive power resonant amplification of harmonic signals in a circuit of two real inductively coupled sequential active-reactive circuits, where the “input” element is the secondary circuitMethodology. The study of this topic was carried out most extensively and fully, namely: studied all possible sources of theoretical substantiation of this work; all factors considered in sources are compared; practical facts of the resonance phenomenon are estimated by the example of an experimental model.Findings. The implementation scheme of the converter is proposed, where there is not only the voltage transformation, but the power of harmonic currents and voltages. It was found that with an appropriate choice of parameters, the proposed resonant converter circuit can be considered as a reactive electric power amplifier with the highest possible gain— Kmax = 0,5 × ((ω L2) / R2), ω is the resonant frequency, L2 is the “output” inductance, R2 is the active resistance. Physically, the maximum power gain by a resonant transducer is due to the minimum possible transfer of energy from the secondary circuit to the primary one with an input harmonic voltage source. The quantitative estimates made for the experimental model confirmed the results of the qualitative analysis and showed that the proposed resonant amplifier circuit can provide high indicators of its effectiveness (for example, an increase in electrical power of ~ 38 times!).Originality. The scientific novelty of this work consists in substantiating the principle efficiency of a resonant amplifier of reactive electrical power, based on the findings of a generalized theoretical analysis of electromagnetic processes and numerical estimates for one of its experimental implementation options.Practical value. The theoretical studies carried out on the proposed scheme of a resonant electric power amplifier are of practical interest for further experimental studies, as well as, for example, for formulating recommendations in the development of circuit elements of power sources for magnetic-pulsed attraction of specified surface areas of thin-walled sheet metals. The search for the conditions for the most effective efficiency, the experimental study of electromagnetic processes in the proposed scheme of a resonant reactive power amplifier and the development of proposals for the conversion of reactive into active electrical power seem very promising in the direction of the research.Цель работы. Анализ электромагнитных процессов и теоретическое обоснование принципиальной возможности резонансного усиления реактивной мощности гармонических сигналов в схеме из двух реальных индуктивно связанных последовательных активно-реактивных контуров, где «входным» элементом является индуктивность вторичного контура.Методы исследования. Исследование данной тематики было проведено наиболее обширно и полноценно, а именно: изучены все возможные источники теоретического обоснования данной работы; сопоставлены все факторы, рассмотренные в источниках; оценены практические факты явления резонанса на примере экспериментальной модели.Полученные результаты. Предложена схема реализации преобразователя, где имеет место трансформация уже не только напряжения, а мощности гармонических токов и напряжений. Получено, что при соответствующем выборе параметров, предложенная схема резонансного преобразователя может рассматриваться как усилитель реактивной электрической мощности с максимально возможным коэффициентом усиления – Kmax = 0,5 × ((ω × L2) / R2), ω – резонансная частота, L2 – «выходная» индуктивность, R2 – активное сопротивление. Физически, максимум усиления мощности резонансным преобразователем обусловлен минимально возможной перекачкой энергии из вторичного контура в первичный контур с источником входного гармонического напряжения. Количественные оценки, выполненные для экспериментальной модели, подтвердили результаты качественного анализа и показали, что предложенная схема резонансного усилителя может обеспечить высокие показатели его действенности (например, усиление электрической мощности в ~ 38 раз!).Научна новизна. Научная новизна настоящей работы состоит в обосновании принципиальной действенности резонансного усилителя реактивной электрической мощности, основанном на выводах обобщенного теоретического анализа электромагнитных процессов и численных оценках для одного из вариантов его экспериментальной реализации.Практическая ценность. Проведенные теоретические исследования предложенной схемы резонансного усилителя электрической мощности представляют практический интерес для дальнейших экспериментальных исследований, а так же, например, для формулировки рекомендаций в разработках схемных элементов источников мощности для магнитно-импульсного притяжения заданных областей поверхности тонкостенных листовых металлов. Весьма перспективным в направлении проведенных исследований видится поиск условий наиболее эффективной действенности, экспериментальное изучение электромагнитных процессов в предложенной схеме резонансного усилителя реактивной мощности и разработке предложений по преобразованию реактивной в активную электрическую мощность.Мета роботи. Аналіз електромагнітних процесів і теоретичне обґрунтування принципової можливості резонансного підсилення реактивної електричної потужності гармонічних сигналів в схемі із двох реально індуктивно пов’язаних послідовних активно-реактивних контурів, де «вихідним» елементом є індуктивність вторинного контуру.Методи дослідження. Дослідження даної тематики було проведено найбільш широко та повноцінно, а саме: вивчені всі можливі джерела теоретичного обґрунтування даної роботи; співставленні всі фактори, що розглянуті у джерелах; оцінені практичні факти явища резонансу на прикладі експериментальної моделі.Отримані результати. Запропоновано схему реалізації перетворювача, де має місце трансформація вже не тільки напруги, а й потужності гармонічних струмів і напруг. Отримано, що за відповідного вибору параметрів, запропонована схема резонансного перетворювача може розглядатися у якості підсилювача реактивної електричної потужності із максимально можливим коефіцієнтом підсилення – Kmax = 0,5 × ((ω × L2) / R2), ω – резонансна частота, L2 – «вихідна» індуктивність, R2 – активний опір. З огляду на фізику процесу, максимум підсилення потужності резонансним перетворювачем обумовлений мінімально можливою перекачкою енергії із вторинного контуру до первинного із джерелом вхідної гармонічної напруги. Кількісні оцінки, виконані для експериментальної моделі, підтвердили результати якісного аналізу й показали, що запропонована схема резонансного підсилювача може забезпечити високі показники його дієвості (наприклад, підсилення електричної потужності у ~ 38 разів!).Наукова новизна. Наукова новизна цієї роботи полягає в обґрунтуванні принципової дієвості резонансного підсилювача реактивної електричної потужності, що базується на висновках загального теоретичного аналізу електромагнітних процесів та кількісних оцінок для одного із варіантів його експериментальної реалізації.Практична цінність. Проведені теоретичні дослідження запропонованої схеми резонансного підсилювача електричної потужності представляють практичний інтерес для подальших експериментальних досліджень, а також, наприклад, для формулювання рекомендацій в розробках схемних елементів джерел потужності для магнітно-імпульсного притягання заданих областей поверхні тонкостінних листових металів. Вельми перспективним в напрямку проведених досліджень бачиться пошук умов найбільш ефективної дієвості, експериментальне вивчення електромагнітних процесів в запропонованій схемі резонансного підсилювача реактивної потужності і розробці пропозицій щодо перетворення реактивної в активну електричну потужність
СУЧАСНИЙ СТАН І ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ КОНСТРУКЦІЇ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИХ ЗАГЛИБНИХ ПРИСТРОЇВ ДЛЯ ОБРОБКИ СВЕРДЛОВИН
No full textPurpose. Assessment of the current state, design features and development prospects of electric-discharge submersible devices for well treatment.Methodology. Analysis of the principle of operation and design of electric-discharge submersible devices for well treatment.Findings. The necessity of using the multi-stage energy conversion schemes for the electric-discharge submersible devices for well treatment is justified, taking into account the features of electric-discharge effects, critical conditions for processing the bottom-hole zone of the well, increased reliability requirements for all units of the submersible part of the complex and the remoteness of the processing object from the power source. The design features and characteristics of the electric-discharge submersible devices of leading world companies (Novas (Russia), Blue Spark (Canada), I-Pulse (France), the Institute of Pulse Processes and Technologies of the National Academy of Sciences of Ukraine engaged in its production and processing of oil wells are considered. It has been established that all operating devices have a block structure, herewith the connected blocks of a charge system, a capacitive energy storage device, a high-voltage switch, and an electrode system are delivered directly to the zone of the oil reservoir on the connecting cable. It was found that the parameters of the electric discharge in the installations of different companies vary within wide limits (discharge voltage from 2.5 to 30 kV, pulse energy from 1 to 2 kJ), energy switching in the discharge circuit can be either controlled or uncontrolled, and to convert electric energy into acoustic energy, an electric explosion of a conductor is used, as well as a free spark discharge in a borehole fluid or a specially prepared aqueous solution with electrical characteristics specified depending on the conditions in the borehole. The prospects for the development of electric discharge equipment and technology to increase the inflow of oil into the wells are determined. The commercial-economic, scientific-technological and technical aspects of the prospects for the development of this trend in Ukraine are highlighted.Originality. The necessity of using the multi-stage energy conversion schemes for the design of the electric-discharge submersible devices for well treatment is justified. The commercial-economic, scientific-technological and technical aspects of the prospects for the development of equipment and technology to increase the inflow of oil into the wells are determined.Practical value. The analysis of the technical developments of leading world companies in the field of increasing oil inflow into wells using a high-voltage electric discharge made it possible to identify further ways to improve domestic technology and equipment, which will make a significant contribution to Ukraine's energy independence.Цель работы. Оценка современного состояния, особенностей конструкции и перспектив развития электроразрядных погружных устройств для обработки скважин.Методы исследования. Анализ принципа действия и конструктивного исполнения электроразрядных погружных устройств для обработки скважин.Полученные результаты. Обоснована необходимость использования многоступенчатых схем преобразования энергии электроразрядных погружных устройств для обработки скважин с учетом особенностей электроразрядного воздействия, критических условий обработки призабойной зоны скважины, повышенных требований надежности ко всем блокам погружной части комплекса и удаленности объекта обработки от источника электропитания. Рассмотрены особенности конструкции и характеристик электроразрядных погружных устройств ведущих мировых компаний (Новас (Россия), Blue Spark (Канада), I-Pulse (Франция), Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины), осуществляющих их производство и обработку нефтяных скважин. Установлено, что все действующие устройства имеют блочную структуру, причем непосредственно в зону нефтяного пласта на соединительном кабеле доставляются соединенные блоки зарядного устройства, емкостного накопителя энергии, высоковольтного коммутатора, электродной системы. Установлено, что параметры электрического разряда в установках разных компаний изменяются в широких пределах (разрядное напряжение от 2,5 до 30 кВ, энергия в импульсе от 1 до 2 кДж), коммутирование энергии в разрядной цепи может быть как управляемым, так и неуправляемым, а для преобразования электрической энергии в акустическую используется как электрический взрыв проводника, так и свободный искровой разряд в скважинной жидкости или специально приготовленном водном растворе с заданными в зависимости от условий в скважине электрическими характеристиками. Определены перспективы развития электроразрядного оборудования и технологии для повышения притока нефти в скважины. Выделены коммерческо-экономический, научно-технологический и технический аспекты перспектив развития данного направления в Украине.Научна новизна. Обоснована необходимость использования многоступенчатых схем преобразования энергии при проектировании электроразрядных погружных устройств для обработки скважин. Определены коммерческо-экономический, научно-технологический и технический аспекты перспектив развития оборудования и технологии для повышения притока нефти в скважины.Практическая ценность. Анализ технических разработок ведущих мировых компаний в области повышения притока нефти в скважины с использованием высоковольтного электрического разряда позволил определить дальнейшие пути совершенствования отечественной технологии и оборудования, что позволит внести существенный вклад в энергонезависимость Украины.Мета роботи. Оцінка сучасного стану, особливостей конструкції і перспектив розвитку електророзрядних заглибних пристроїв для обробки свердловин.Методи дослідження. Аналіз принципу дії і конструктивного виконання електророзрядних заглибних пристроїв для обробки свердловин.Отримані результати. Обґрунтовано необхідність використання багатоступеневих схем перетворення енергії електророзрядних заглибних пристроїв для обробки свердловин з урахуванням особливостей електророзрядного впливу, критичних умов обробки привибійної зони свердловини, підвищених вимог надійності до всіх блоків заглибної частини комплексу і віддаленості об'єкта обробки від джерела електроживлення. Розглянуто особливості конструкції і характеристик електророзрядних заглибних пристроїв провідних світових компаній (Новас (Росія), Blue Spark (Канада), I-Pulse (Франція), Інститут імпульсних процесів і технологій НАН України), які здійснюють їх виробництво і обробку нафтових свердловин. Встановлено, що всі діючі пристрої мають блочну структуру, причому безпосередньо в зону нафтового пласта на сполучному кабелі доставляють з'єднані блоки зарядного пристрою, ємнісного накопичувача енергії, високовольтного комутатора, електродної системи. Встановлено, що параметри електричного розряду в установках різних компаній змінюються в широких межах (розрядна напруга від 2,5 до 30 кВ, енергія в імпульсі від 1 до 2 кДж), комутація енергії в розрядному колі може бути як керованою, так і некерованою, а для перетворення електричної енергії в акустичну використовують як електричний вибух провідника, так і вільний іскровий розряд у рідині свердловини або спеціально приготованому водному розчині з заданими в залежності від умов в свердловині електричними характеристиками. Визначено перспективи розвитку електророзрядного обладнання і технології для підвищення припливу нафти в свердловини. Виділено комерційно-економічний, науково-технологічний і технічний аспекти перспектив розвитку цього напрямку в Україні.Наукова новизна. Обґрунтовано необхідність використання багатоступеневих схем перетворення енергії при проектуванні електророзрядних заглибних пристроїв для обробки свердловин. Визначено комерційно-економічний, науково-технологічний і технічний аспекти перспектив розвитку обладнання та технології для підвищення припливу нафти в свердловини.Практична цінність. Аналіз технічних розробок провідних світових компаній в області підвищення припливу нафти в свердловини з використанням високовольтного електричного розряду дозволив визначити подальші шляхи вдосконалення вітчизняної технології та обладнання, що дозволить зробити істотний внесок в енергонезалежність України
ОПТИМІЗАЦІЯ ЧАСІВ НАМАГНІЧУВАННЯ І РОЗМАГНІЧУВАННЯ ЗУПИНЕНОГО ЧАСТОТНО-РЕГУЛЬОВАНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГУНА
No full textPurpose. Obtaining analytical dependencies for calculating the extreme (minimum) values of the main electrical energy losses of a three-phase short-circuited asynchronous engine in the regimes of its magnetization and demagnetization and determining the optimal values of the magnetization and demagnetization times corresponding to these regimes.Methodology. Mathematical analysis, the theory of similarity and imitational computer modeling.Findings. Analytical dependences are obtained for calculating the main electric power and energy losses in the magnetization and demagnetization regimes of a stopped short-circuited frequency-controlled asynchronous motor with reference to various types (linear, parabolic and in hyperbolic sinus functions) of the rotor flux modulus of the motor. The study of transient electromagnetic and energy processes of this engine in the specified regimes. The minimum possible values of the main energy losses of a stopped engine in the regimes of its magnetization and demagnetization and the corresponding optimal values of the times of magnetization and demagnetization are determined for the different types of trajectories of change in the engine-linking rotor of the motor.Originality. It consists in obtaining analytical calculation dependences for determining the optimal magnetization times and demagnetization of the stopped frequency-controlled asynchronous motor, which ensure the minimization of its main energy losses in the magnetization and demagnetization regimes.Practical value. Reduction of unproductive energy losses for frequency-controlled asynchronous motor with their magnetization and demagnetization regimes.Цель работы. Получение аналитических зависимостей для расчета экстремальных (минимальных) значений основных электрических потерь энергии трехфазного короткозамкнутого асинхронного двигателя в режимах его намагничивания и размагничивания и определение соответствующих этим режимам оптимальных значений времен намагничивания и размагничивания.Методы исследования. Математического анализа, теории подобия и имитационного компьютерного моделирования.Полученные результаты. Получены аналитические зависимости для расчета основных электрических потерь мощности и энергии в режимах намагничивания и размагничивания остановленного короткозамкнутого частотно-регулируемого асинхронного двигателя применительно к различным видам (линейному, параболическому и в функции гиперболического синуса) траекторий изменения модуля потокосцепления ротора двигателя. Проведено исследование переходных электромагнитных и энергетических процессов этого двигателя в указанных режимах. Определены минимально возможные значения основных потерь энергии остановленного двигателя в режимах его намагничивания и размагничивания и соответствующие им оптимальные значения времен намагничивания и размагничивания при упомянутых разных видах траекторий изменения потокосцепления ротора двигателя..Научна новизна. Состоит в получении аналитических расчетных зависимостей для определения оптимальных времен намагничивания и размагничивания остановленного частотно-регулируемого асинхронного двигателя, которые обеспечивают минимизацию его основных потерь энергии в режимах намагничивания и размагничивания.Практическая ценность. Снижение непроизводительных потерь энергии для частотно-регулируемых асинхронных двигателей при режимах их намагничивания и размагничивания.Мета роботи. Отримання аналітичних залежностей для розрахунку екстремальних (мінімальних) значень основних електричних втрат енергії трифазного короткозамкненого асинхронного двигуна в режимах його намагнічування і розмагнічування та визначення відповідних цим режимам оптимальних значень часів намагнічування і розмагнічування..Методи дослідження. Математичного аналізу, теорії подібності та імітаційного комп'ютерного моделювання.Отримані результати. Отримано аналітичні залежності для розрахунку основних електричних втрат потужності і енергії в режимах намагнічування і розмагнічування зупиненого короткозамкненого частотно-регульованого асинхронного двигуна стосовно до різних видів (лінійного, параболічного і в функції гіперболічного синуса) траєкторій зміни модуля потокозчеплення ротора двигуна. Проведене дослідження перехідних електромагнітних і енергетичних процесів цього двигуна в зазначених режимах. Визначено мінімально можливі значення основних втрат енергії зупиненого двигуна в режимах його намагнічування і розмагнічування та відповідних їм оптимальних значень часів намагнічування і розмагнічування при згаданих різних видах траєкторій зміни потокозчеплення ротора двигуна.Наукова новизна. Полягає в отриманні аналітичних розрахункових залежностей для визначення оптимальних часів намагнічування і розмагнічування зупиненого частотно-регульованого асинхронного двигуна, які забезпечують мінімізацію його основних втрат енергії в режимах намагнічування і розмагнічування.Практична цінність. Зниження непродуктивних втрат енергії для частотно-регульованих асинхронних двигунів при режимах їх намагнічування і розмагнічування
АНАЛІЗ ПАРАМЕТРІВ ШИНОПРОВОДІВ ЦЕХОВИХ МЕРЕЖ В УМОВАХ ДІЇ ВИЩИХ ГАРМОНІК СТРУМУ
Get PDFPurpose. Research and analysis trolley busbar’s parameters in condition of higher current harmonic actions, with taking into account the structural features of nonlinearity of magnetic and electrical properties of materials, proximity effects, surface and external surface effects.Methodology. The researches were carried out using the electromagnetic field theory methods, the electrical circuit theory, mathematical physics, finite elements, interpolation, approximation and regression analysis.Findings. The voltage drop in the phases of busbar’s trolls from the action of higher current harmonics is researched. It has been evidenced that with permissible values of higher harmonics established by the standard for different short-circuit ratio Rsce, the magnitude of the voltage drop can increase by 3.5 times, and using the steel casing - by 4 times. At the same time, the increment of the magnetic field energy and active losses in the busbar is 20% relative to their values for the main current harmonic, excluding shielding, and up to 23%, including shielding of busbar’s trolleys. The action of higher harmonics at permissible own amplitudes at corresponding values of the short-circuit ratio Rsce also causes an increase in active resistance by 4 times, inductive - by 20 times. Due the features of the placement of the busbar in the workshop, production and technological processes, the shielding of the busbar’s trolleys is required. Therefore, in such cases, to compensate for the asymmetry of the voltage drop in the trolleys and active losses in the busbars, the current load of the busbar’s trolls should be reduced by 5-20% depending on the value of the short circuit coefficient of the shop network.Originality. The mathematical model of electromagnetic processes in the copper busbar’s trolley, which contain design features, nonlinearity of magnetic and electrophysical properties of materials, proximity effects, surface and external surface effects, the effect of current harmonic components on voltage drop and power loss in the power transmission are proposed. It allows with high accuracy and numerical efficiency, to determine the busbar’s trolley parameters for the corresponding values of the amplitudes and frequencies of the current hight harmonics. For the first time, the relationship between the voltage drop and specific active losses from the spectrum of frequencies and amplitudes of current harmonics and the values of the short-circuit coefficient is executed, which allows to determine the degree and character of the effect on the asymmetry of the voltage drop and the parameters of the busbar’s trolley.Practical value. It has been evidenced that with permissible values of higher harmonics established by the standard for different short-circuit ratio Rsce, the magnitude of the voltage drop can increase by 3.5 times, and using the steel casing - by 4 times. At the same time, the increment of the magnetic field energy and active losses in the busbar is 20% relative to their values for the main current harmonic, excluding shielding, and up to 23%, including shielding of busbar’s trolleys. The action of higher harmonics at permissible own amplitudes at corresponding values of the short-circuit ratio Rsce also causes an increase in active resistance by 4 times, inductive - by 20 times. The results of the work can be used in the design or modernization of existing shop power supply systems, as well as to determine the parameters, as well as to estimate the voltage drop in the other busbar’s design.Цель работы. Исследование и анализ параметров троллейных шинопроводов, в условиях действия высших гармонических составляющих тока, с учетом конструктивных особенностей, нелинейности магнитных и электрофизических свойств материалов, эффектов близости, поверхностных и внешних поверхностных эффектов.Методы исследования. Исследования проводились с применением методов теории электромагнитного поля, теории электрических цепей, математической физики, конечных элементов, интерполяции, аппроксимации и регрессионного анализа.Полученные результаты. Проведена оценка падения напряжения в фазах троллей шинопровода от действия высших гармоник тока. Установлено, что при допустимых значений высших гармоник, установленных стандартом для разных коэффициентов короткого замыкания Rsce, величина падения напряжения может возрасти в 3,5 раза, а с использованием стального кожуха – в 4 раза. При этом приращение энергии магнитного поля и активных потерь в шинопроводе составляет 20% относительно их значений для основной гармоники тока без учета экранирования, и до 23% с учетом экранирования троллей шинопровода. Действие высших гармоник при допустимыми собственных амплитудах при соответствующих значений коэффициента короткого замыкания Rsce, также вызывают увеличение активного сопротивления в 4 раза, индуктивного – в 20раз. Ввиду особенностей размещения шинопровода в цеху, производства и технологических процессов требуется экранирование троллей шинопроводов. Поэтому, в таких случаях, для компенсации асимметрии падения напряжений и в троллеях и активных потерь в шинопроводах, токовая нагрузка троллей шинопровода должна быть снижена на 5-20% в зависимости от значения коэффициента короткого замыкания цеховой сети.Научна новизна. Предложена математическая модель электромагнитных процессов в медном троллейном шинопроводе, учитывающая конструктивные особенности, нелинейность магнитных и электрофизических свойств, эффекты близости, поверхностные и внешние поверхностные эффекты, влияние гармонических составляющих тока на падение напряжения и потери мощности в процессе электропередачи, которая позволяет с высокой точностью и эффективностью численной реализации определить параметры троллей шинопровода для соответствующих значений амплитуд и частот вещих гармоник тока. Впервые установлено соотношение падения напряжения и удельных активных потерь от спектров частот и амплитуд гармоник тока и значений коэффициента короткого замыкания, что позволяет выявить степень и характер влияния на асимметрию падения напряжения и параметров троллей шинопровода.Практическая ценность. Установлено, что при допустимых значений высших гармоник, установленных стандартом для разных коэффициентов короткого замыкания Rsce, величина падения напряжения может возрасти в 3,5 раза, а с использованием стального кожуха – в 4 раза. При этом приращение энергии магнитного поля и активных потерь в шинопроводе составляет 20% относительно их значений для основной гармоники тока без учета экранирования, и до 23% с учетом экранирования троллей шинопровода. Действие высших гармоник при допустимыми собственных амплитудах при соответствующих значений коэффициента короткого замыкания Rsce, также вызывают увеличение активного сопротивления в 4 раза, индуктивного – в 20раз. Результаты работы могут быть использованы при проектировании или модернизации существующих цеховых систем электроснабжения, а также для определения параметров, а также оценки падения напряжения в шинопроводе других конструкций.Мета роботи. Дослідження і аналіз параметрів тролейних шинопроводів в умовах дії вищих гармонійних складових струму із врахуванням конструктивних особливостей, нелінійності магнітних і електрофізичних властивостей матеріалів, ефектів близькості, поверхневих та зовнішніх поверхневих ефектів.Методи дослідження. Дослідження проводилися із застосуванням методів теорії електромагнітного поля, теорії електричних кіл, математичної фізики, скінченних елементів, інтерполяції, апроксимації та регресійного аналізу.Отримані результати. Проведено оцінку падіння напруги в фазах тролей шинопроводу від дії вищих гармонік струму. Встановлено, що при допустимих значеннях вищих гармонік, регламентованих стандартом для різних коефіцієнтів короткого замикання Rsce. величина падіння напруги може зрости в 3,5 рази, а з використанням сталевого кожуха - в 4 рази. При цьому, приріст енергії магнітного поля і активних втрат в шинопроводі становить 20% відносно їх значень для основної гармоніки струму без урахування екранування, і до 23% з урахуванням екранування тролів шинопровода. Дія вищих гармонік при допустимих власних амплітудах відповідних значень коефіцієнта короткого замикання Rsce, також викликає збільшення активного опору в 4 рази, індуктивного - в 20 разів. Зважаючи на особливості розміщення системи шинопроводів в цеху, виробництва і технологічних процесів, необхідне екранування тролеїв шинопроводів. Тому, в таких випадках, для компенсації приросту та асиметрії падіння напруги в тролеях та активних втрат в шинопроводах, струмові навантаження тролей шинопроводу повинні бути знижені на 5-20% в залежності від значення коефіцієнту короткого замикання цехової мережі.Наукова новизна. Запропоновано математичну модель електромагнітних процесів в мідному тролейному шинопроводі, що враховує конструктивні особливості, нелінійність магнітних та електрофізичних властивостей матеріалів, ефекти близькості, поверхневі та зовнішні поверхневі ефекти, вплив гармонійних складових струму на падіння напруги та втрати потужності в процесі електропередачі, яка дозволяє з високою точністю і ефективністю чисельної реалізації визначити параметри тролей шинопроводу для відповідних значень амплітуд та частот віщих гармонік струму. Вперше встановлено співвідношення падіння напруги та питомих активних втрат від спектрів частот і амплітуд гармонік струму та значень коефіцієнту короткого замикання, що дозволяє виявити ступінь і характер впливу на асиметрію падіння напруги і параметрів тролей шинопроводу.Практична цінність. Встановлено, що при допустимих значеннях вищих гармонік, регламентованих стандартом для різних коефіцієнтів короткого замикання Rsce, величина падіння напруги може зрости в 3,5 рази, а з використанням сталевого кожуха - в 4 рази. При цьому, приріст енергії магнітного поля і активних втрат в шинопроводі становить 20% відносно їх значень для основної гармоніки струму без урахування екранування, і до 23% з урахуванням екранування тролей шинопроводу. Дія вищих гармонік при допустимих власних амплітудах при відповідних значеннях коефіцієнта короткого замикання Rsce, також викликають збільшення активного опору в 4 рази, а індуктивного - в 20 разів. Результати роботи можуть бути використані при проектуванні або модернізації існуючих цехових систем електропостачання, а також для визначення параметрів, оцінки падіння напруги в системах шинопроводів інших конструкцій
ТЕНЗОРЕЗИСТОРНИЙ МЕТОД І ПРИСТРІЙ КОНТРОЛЮ ОСЕРДЯ СТАТОРА ТУРБОГЕНЕРАТОРА В ПРОЦЕСІ ЕКСПЛУАТАЦІЇ
No full textPurpose. The aim of the work is to create a new method and device for monitoring the integrity of the coupling prisms, which will allow, with minor improvements in the design of individual measuring prisms, to obtain information on the state (damage) of all the coupling prisms and, therefore, on the degree of pressing of the stator iron as a whole.Methodology. The tensometric method of physical modeling, analytical calculations.Findings. An experimental model of a device for monitoring and diagnosing the state of pressing of a generator stator core was developed and investigated on a physical model of a 500 MW turbogenerator.The advantage of the control method with the use of sensors based on strain gauges is determined by the relatively low cost of the latter, and with the right choice of elastic element and design, it is possible to monitor the mounting elements of the stator core with a fairly high degree of accuracy.The tests carried out with the simulation of the destruction of prisms by removing from them the load on the models of the stator of the turbogenerator in laboratory conditions showed a satisfactory agreement between the results of the experiment and theoretical calculations. The data on the change in the stress-strain state of the rods of the model were evaluated using strain gauges pasted in a certain way on the measuring stud.The main advantage of the proposed method of controlling forces in the clamping prism is the fact that measurements can be made on a stopped turbogenerator without removing the end shields, since the forces in the clamping prisms, taking into account their changes, in the event of damage to any prism remain inoperative.The introduction of the developed method and device will not only prevent emergencies associated with the breakage of the coupling prisms, but also provide an opportunity to exercise constant monitoring of the state of pressing of the stator core.Originality. A new method for controlling the state of coupling prisms of the stator core without removing the side panels of the turbogenerator is proposed, and for the first time theoretically substantiated the possibility of using a mathematical apparatus to determine the location of damage and the number of prisms with loosened nuts or broken threads.Practical value. On the basis of fundamental results, a method for monitoring and diagnosing the state of pressing the stator core of a turbogenerator using special measuring studs has been developed. The proposed method will make it possible to determine the number of prisms that are damaged, and, therefore, to predict the timing of the subsequent repair without the output of the generator to be repaired, according to the readings of the sensors.Цель работы. Целью работы является создание нового метода и устройства контроля целостности стяжных призм, что позволит, при незначительных усовершенствованиях конструкции отдельных измерительных призм, получать информацию о состоянии (повреждении) всех стяжных призм и, следовательно, о степени прессовки железа статора в целом.Методы исследования. Тензометрический метод физического моделирования, аналитические расчеты.Полученные результаты. Разработан и исследован на физической модели турбогенератора мощностью 500 МВт экспериментальный образец устройства контроля и диагностики состояния прессовки шихтованного сердечника статора генераторов.Преимущество метода контроля с применением датчиков на базе тензорезисторов определяется относительно невысокой стоимостью последних, и при правильном выборе упругого элемента и конструкции можно осуществлять мониторинг элементов крепления сердечника статора с достаточно высокой степенью точности.Проведенные испытания с моделированием разрушения призм посредством снятия с них нагрузки на модели статора турбогенератора в лабораторных условиях показали удовлетворительное совпадение результатов эксперимента и теоретических расчетов. Данные об изменении напряженно-деформированного состояния стержней модели оценивались с помощью тензорезисторов, наклеенных определенным образом на измерительную шпильку.Основным преимуществом предложенного метода контроля усилий в стяжной призме является тот факт, что измерения могут проводиться на остановленном турбогенераторе без снятия торцевых щитов, так как усилия в стяжных призмах с учетом их изменений в случае повреждения какой-либо призмы сохраняется и в нерабочем состоянии.Внедрение разработанного метода и устройства позволит не только предотвращать аварийные ситуации, связанные с поломкой стяжных призм, но и даст возможность осуществлять постоянный контроль за состоянием прессовки сердечника статора.Научная новизна. Предложен новый метод контроля состояния стяжных призм сердечника статора без снятия боковых щитов турбогенератора и впервые теоретически обоснована возможность применения математического аппарата для определения места повреждения и количества призм с ослабленными гайками или разорванной резьбой.Практическая ценность. На базе фундаментальных результатов разработан метод контроля и диагностики состояния прессовки сердечника статора турбогенератора с применением специальных измерительных шпилек. Предложенный метод позволит без вывода генератора в ремонт, по показаниям датчиков, определять количество призм, имеющих повреждения и, таким образом, прогнозировать сроки последующего ремонта.Мета роботи. Метою роботи є створення нового методу і пристрою контролю цілісності стяжних призм, що дозволить, при незначних удосконаленнях конструкції окремих вимірювальних призм, отримувати інформацію про стан (пошкодження) всіх стяжних призм і, отже, про ступінь пресування заліза статора в цілому.Методи дослідження. Тензометричний метод фізичного моделювання, аналітичні розрахунки.Отримані результати. Розроблено та досліджено на фізичній моделі турбогенератора потужністю 500 МВт експериментальний зразок пристрою контролю і діагностики стану пресування шихтованого осердя статора генератора.Перевага методу контролю із застосуванням датчиків на базі тензорезисторов визначається відносно невисокою вартістю останніх, і при правильному виборі пружного елемента і конструкції можна здійснювати моніторинг елементів кріплення сердечника статора з досить високим ступенем точності.Проведені випробування з моделюванням руйнування призм за допомогою зняття з них навантаження на моделі статора турбогенератора в лабораторних умовах показали задовільний збіг результатів експерименту і теоретичних розрахунків.Дані про зміну напружено-деформованого стану стержнів моделі оцінювалися за допомогою тензорезисторів, наклеєних певним чином на вимірювальну шпильку. Основною перевагою запропонованого методу контролю зусиль в стяжній призмі є той факт, що вимірювання можуть проводитися на зупиненому турбогенераторі без зняття торцевих щитів, так як зусилля в стяжних призмах з урахуванням їх змін у разі пошкодження будь-якої призми зберігається і в неробочому стані.Впровадження розробленого методу і пристрою дозволить не тільки запобігати аварійним ситуаціям, пов'язаними з поломкою стяжних призм, але і дасть можливість здійснювати постійний контроль за станом пресування осердя статора.Наукова новизна. Запропоновано новий метод контролю стану стяжних призм осердя статора без зняття бічних щитів турбогенератора і вперше теоретично обґрунтована можливість застосування математичного апарату для визначення місця пошкодження і кількості призм з ослабленими гайками або розірваною різьбою.Практична цінність. На базі фундаментальних результатів розроблено метод контролю і діагностики стану пресування осердя статора турбогенератора із застосуванням спеціальних вимірювальних шпильок. Запропонований метод дозволить без виведення генератора в ремонт, за показаннями датчиків, визначати кількість призм, що мають пошкодження і, таким чином, прогнозувати терміни подальшого ремонту
РОЗРАХУНОК ДІЙ ГЕОМАГНІТНИХ ІНДУКОВАНИХ СТРУМІВ НА ПОТУЖНИЙ СИЛОВИЙ ТРАНСФОРМАТОР
No full textPurpose. Determination of resistance of a powerful power transformer to the action of geomagnetic induced currents (GIC) and structural measures for its increase, if necessary.Methodology. An analytical calculation of the magnetization current (MC) is applied, which under the action of geomagnetic induced currents is excited in addition to the rated current in the higher voltage winding. Analytical and numerical calculations of the magnetic field and the losses, and computational-empirical methods for estimation of the temperature rises are used.Findings. For a five-core transformer with a power of 630 MVA under the GIC effect, the increased losses and heating of structural elements on the cores of the magnetic system, the tank, and the increased sound level are determined.Originality. For the case of orthogonal property of the vectors of winding rated currents and the vectors of harmonic components of the peak unbalanced MC, the Joule losses are represented by the sum of the losses due to these currents using the increase factors for ohmic losses in non-magnetic and ferromagnetic structural parts, which depend on MC harmonic spectrum.Practical value. The stability of the transformer under test to the given level of GIS was confirmed, and structural measures for its increase were recommended. The tested methods can be used in the computational design, in the study of real cases of equipment operation.Целью работы является определение стойкости мощного силового трансформатора к воздействиям геомагнитных индуктированных токов и конструктивных мер для ее повышения, при необходимости.Методы исследования. Применен аналитический расчет тока намагничивания, который под действием геомагнитных индуктированных токов возбуждается дополнительно к номинальному току в обмотке высшего напряжения. Использованы аналитические и численные методы расчета магнитного поля, потерь, расчетно-эмпирические методы определения нагревов.Полученные результаты. Для пятистержневого трансформатора мощностью 630 МВА при воздействиях геомагнитных индуктированных токов определены повышенные потери и нагревы элементов конструкции на стержнях магнитной системы, бака, повышенный уровень звука.Научная новизна. Для случая ортогональности векторов номинальных токов обмоток и векторов гармонических составляющих пикообразного несбалансированного тока намагничивания джоулевы потери представлены суммой потерь от указанных токов с использованием коэффициентов повышения потерь омических, в немагнитных и ферромагнитных частях конструкции, которые зависят от гармонического спектра тока намагничивания.Практическая ценность. Подтверждена стойкость исследуемого трансформатора к заданному уровню геомагнитных индуктированных токов, рекомендованы конструктивные мероприятия для ее повышения. Апробированные методы могут быть использованы при расчетном проектировании, при исследовании реальных случаев эксплуатации оборудования.Метою роботи є визначення стійкості потужного силового трансформатора до дій геомагнітних індукованих струмів та конструктивних заходів для її підвищення, при необхідності.Методи дослідження. Застосовано аналітичний розрахунок струму намагнічування, який під дією геомагнітних індукованих струмів збуджується додатково до номінального струму в обмотці вищої напруги. Використано аналітичні та чисельні методи розрахунку магнітного поля, втрат, розрахунково-емпіричні методи визначення нагрівів.Отримані результати. Для пятистрижневого трансформатора потужністю 630 МВА при дії геомагнітних індукованих струмів визначені підвищені втрати і нагріви елементів конструкції на стрижнях магнітної системи, бака, підвищений рівень звуку.Наукова новизна. Для випадку ортогональності векторів номінальних струмів обмоток і векторів гармонічних складових пікоподібного незбалансованого струму намагнічування джоулеві втрати представлені сумою втрат від зазначених струмів з використанням коефіцієнтів підвищення втрат омічних, в немагнітних і феромагнітних частинах конструкції, які залежать від гармонійного спектру струму намагнічування.Практична цінність. Підтверджено стійкість досліджуваного трансформатора до заданого рівня геомагнітних індукованих струмів, рекомендовані конструктивні заходи для її підвищення. Апробовані методи можуть бути використані при розрахунковому проектуванні, при дослідженні реальних випадків експлуатації обладнання
ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ РОБОТИ ГІБРИДНОГО КОМПЕНСАТОРА РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ
No full textPurpose. Study of the effectiveness of the hybrid VAR compensator, which consists of series-connected capacitor bank (CB) with discrete regulation and active filter of higher harmonics, with different control strategies, under asymmetrical and / or non-sinusoidal grid voltage and loads, in a graphical programming environment Matlab Simulink.Methodology. Methods of electrical engineering, numerical modeling methods, methods of the theory of coordinate systems transformation, methods of matrix transformations.Findings. Several control strategies for hybrid VAR compensator are considered: operating in the mode of reactive power compensation with isolation of CB from higher harmonics; working in the mode of active filtering (AF) of higher harmonics. To calculate the required capacitance of the CB and the reference current of AF, the instantaneous power theory (p-q theory) and d-q theory on the fundamental frequency are considered. The effectiveness check of the considered control strategies was performed in the graphical programming environment Matlab Simulink. Simulation models that allow a qualitative assessment of the effectiveness of the hybrid VAR compensator work with various control strategies have been synthesized. It has been established that, under the conditions of asymmetry and / or non-sinusoidality of the grid voltage, it is advisable to synthesize the control system for the compensator using the d-q theory for the fundamental frequency. In the process of modeling, it has been established that the proposed hybrid VAR compensator allows the smooth regulation of reactive power, while the AF power is not more than 10% of the total VAR compensator power (for given simulation parameters). When operating in the filtering of higher harmonics mode, the VAR compensator also showed high efficiency, the AF power was not more than 20% of the total compensator power. To illustrate the effectiveness of the approach, the diagrams of currents and voltages are given, Total Harmonic Distortion (THDI) and the power factor of the complex «VAR compensator + nonlinear load» are calculated.Originality. The control method for VAR compensator was further developed. It consists in the joint control of CB with discrete regulation and AF: 1) according to the condition of reactive power compensation and «isolation» of CB from higher harmonics; 2) according to the condition of compensation of higher harmonics of the current (working in the parallel active filter mode).Practical value. A simulation model of a hybrid reactive power compensator has been developed, which implements several control strategies. The operation of the compensator was checked under asymmetrical and / or non-sinusoidal grid voltage. The effectiveness of the proposed approach is confirmed.Цель работы. Исследование эффективности работы гибридного компенсатора реактивной мощности (ГКРМ), представляющего собой последовательно соединенные батарею конденсаторов (БК) со ступенчатым переключением и активный фильтр (АФ) высших гармоник, при различных стратегиях управления, при несинусоидальном и несимметричном питающем напряжении, в графической среде имитационного моделирования Simulink пакета Matlab.Методы исследования. Методы электротехники, методы численного моделирования, методы теории преобразования систем координат, методы матричных преобразований.Полученные результаты. Рассмотрено несколько стратегий управления ГКРМ: при работе в режиме компенсации реактивной мощности с “изоляцией” БК от высших гармоник; при работе в режиме активной фильтрации высших гармоник. Для расчета требуемой емкости БК и тока задания АФ рассмотрены теория мгновенной мощности (p-q теории) и d-q теория по основной частоте. Проверка эффективности рассмотренных стратегий управления выполнена в графической среде имитационного моделирования Simulink пакета Matlab. Синтезированы имитационные модели, позволяющие качественно оценить эффективность работы ГКРМ при различных стратегиях управления. Установлено, что в условиях несимметрии и/или несинусоидальности напряжения сети систему управления компенсатором целесообразно синтезировать с использованием d-q теории по основной частоте. В процессе моделирования установлено, что предложенный ГКРМ позволяет обеспечить плавное регулирование реактивной мощности, при этом мощность АФ составляет не более 10 % от общей мощности ГКРМ (для заданных параметров моделирования). При работе в режиме активной фильтрации высших гармоник ГКРМ также показал высокую эффективность, мощность АФ составила не более 20 % от общей мощности компенсатора. Для иллюстрации эффективности подхода приведены диаграммы токов и напряжений, рассчитаны коэффициент искажения синусоидальности кривой сетевого тока (THDI) и коэффициент мощности комплекса ГКРМ+нелинейная нагрузка.Научная новизна. Получил дальнейшее развитие способ управления ГКРМ, заключающийся в совместном управлении БК со ступенчатым переключением и АФ: 1) по условию компенсации реактивной мощности и “изоляции” БК от высших гармоник; 2) по условию компенсации высших гармоник тока (работая в режиме параллельного активного фильтра).Практическая ценность. Разработана имитационная модель гибридного компенсатора реактивной мощности, которая реализует несколько стратегий управления. Проверена работа компенсатора при несинусоидальном и несимметричном питающем напряжении. Подтверждена эффективность предложенного подхода. Мета роботи. Дослідження ефективності роботи гібридного компенсатора реактивної потужності (ГКРП), що представляє собою послідовно з'єднані батарею конденсаторів (БК) зі ступінчастим перемиканням і активний фільтр вищих гармонік, з різними стратегіями управління, при несинусоїдальній і / або несиметричній напрузі мережи, в графічному середовищі імітаційного моделювання Simulink пакета Matlab.Методи дослідження. Методи електротехніки, методи чисельного моделювання, методи теорії перетворення систем координат, методи матричних перетворень.Отримані результати. Розглянуто кілька стратегій управління ГКРП: при роботі в режимі компенсації реактивної потужності з ізоляцією БК від вищих гармонік; при роботі в режимі активної фільтрації (АФ) вищих гармонік. Для розрахунку необхідної ємності БК і струму завдання АФ розглянуті теорія миттєвої потужності (p-q теорії) і d-q теорія по основній частоті. Перевірка ефективності розглянутих стратегій управління виконана в графічному середовищі імітаційного моделювання Simulink пакета Matlab. Синтезовані імітаційні моделі, що дозволяють якісно оцінити ефективність роботи ГКРП при різних стратегіях управління. Встановлено, що в умовах несиметрії і / або несинусоїдальності напруги мережі систему управління компенсатором доцільно синтезувати з використанням d-q теорії по основній частоті. В процесі моделювання встановлено, що запропонований ГКРП дозволяє забезпечити плавне регулювання реактивної потужності, при цьому потужність АФ становить не більше 10% від загальної потужності ГКРП (для заданих параметрів моделювання). При роботі в режимі активної фільтрації вищих гармонік ГКРП також показав високу ефективність, потужність АФ склала не більше 20% від загальної потужності компенсатора. Для ілюстрації ефективності підходу приведені діаграми струмів і напруг, розраховані коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої струму мережі (THDI) і коефіцієнт потужності комплексу ГКРП + нелінійне навантаження.Наукова новизна. Отримав подальший розвиток спосіб управління ГКРП, що полягає в спільному управлінні БК зі ступінчастим перемиканням і АФ: 1) за умовою компенсації реактивної потужності та ізоляції БК від вищих гармонік; 2) за умовою компенсації вищих гармонік струму (працюючи в режимі паралельного активного фільтра).Практична цінність. Розроблено імітаційну модель гібридного компенсатора реактивної потужності, яка реалізує кілька стратегій управління. Перевірено роботу компенсатора прі несинусоїдальній і / або несиметричній напрузі мережі. Підтверджено ефективність запропонованого підходу
Оцінювання рівня припустимого ризику виникнення аварійної ситуації в електроенергетичній системі за допомогою нечітких моделей
Get PDFPurpose. The development of a model for assessing the level of permissible risk of an emergency situation in the power system in the conditions of fuzzy input data, heterogeneity of the criteria for risk assessment, the absence of analytical links between them and the subjectivity of expert knowledge of decision makers.Methodology. To solve this problem, methods and models of fuzzy logic are used which give satisfactory analytical result in the conditions of uncertainty of the input information and the absence of analytical connections between the individual parameters and characteristics of the object. The proposed fuzzy models are constructed using the Fuzzy Output Algorithm of Mamdani.Findings. The result obtained by the fuzzy model gives the opportunity to assess reliably the acceptable level of risk of an emergency situation in the grid. Based on the magnitude of the risk, it is possible to make informed decisions regarding the expediency (or impracticability) of applying measures to reduce this risk. This enables the organization of preventive management of the risk of an emergency situation in the grid and the use of effective measures to reduce it.Originality. The article is devised a fuzzy model for estimating the permissible risk level of an emergency situation in the electric power system, which takes into account such criteria as the minimum possible level of risk, the influence of meteorological conditions and errors of operational and operational personnel of power systems. In this case, it is possible to take into account the main factors influencing the reliability of the grid functioning, to assess the risk level of an emergency situation..Practical value. The fuzzy models developed in the article provide an opportunity to carry out an express assessment of the level of permissible risk of an emergency situation in the conditions of limited data and evaluation criteria, to conduct a comparative analysis of the obtained result with the magnitude of the actual risk of an accident in the on-line mode and to make a decision as to the appropriateness of its reduction.Цель работы. Разработка модели для оценивания уровня допустимого риска возникновения аварийной ситуации в энергосистеме в условиях нечеткости исходных данных, разнородности критериев оценивания риска, отсутствии аналитических связей между ними и субъективности экспертных знаний людей, которые принимают решение.Методы исследования. Для решения поставленной задачи использованы методы и модели нечеткой логики, которые дают удовлетворительный аналитический результат в условиях неопределенности исходной информации и отсутствии аналитических связей между отдельными параметрами и характеристиками объекта. Предложенные нечеткие модели построены с использованием алгоритма нечеткого вывода Мамдани.Полученные результаты. Полученный с помощью нечеткой модели результат дает возможность достоверно оценивать допустимый уровень риска возникновения аварийной ситуации в энергосистеме. На основании полученного значения риска возможно принять обоснованные решения относительно целесообразности (или нецелесообразности) применения мероприятий по снижению этой величины риска. Это дает возможность организации превентивного управления риском возникновения аварийной ситуации в энергосистеме и применения эффективных мероприятий для его снижения.Научная новизна. В статье разработана нечеткая модель оценивания уровня допустимого риска возникновения аварийной ситуации в электроэнергетической системе, которая учитывает минимально возможный уровень риска, влияние метеорологических условий и ошибки оперативного и эксплуатационного персонала энергосистем. При этом есть возможность учитывать основные факторы, влияющие на надежность функционирования энергосистемы, для оценивания уровня риска возникновения аварийной ситуации.Практическая ценность. Разработанные в статье нечеткие модели дают возможность проводить экспресс-оценку уровня допустимого риска возникновения аварийной ситуации в условиях ограниченности исходных данных и критериев оценивания, проводить сравнительный анализ полученного результата с величиной фактического риска возникновения аварии в режиме «онлайн» и принимать решения относительно целесообразности его снижения.Мета роботи. Розроблення моделі для оцінювання рівня припустимого ризику виникнення аварійної ситуації в енергосистемі в умовах нечіткості вихідних даних, різнорідності критеріїв оцінювання ризику, відсутності аналітичних зв’язків між ними та суб’єктивності експертних знань осіб, що приймають рішення.Методи дослідження. Для вирішення поставленої задачі використано методи та моделі нечіткої логіки, які дають задовільний аналітичний результат в умовах невизначеності вхідної інформації та відсутності аналітичних зв’язків між окремими параметрами та характеристиками об’єкту. Запропоновані нечіткі моделі побудовані з використанням алгоритму нечіткого виводу Мамдані.Отримані результати. Отримуваний за розробленою нечіткою моделлю результат дає можливість достовірно оцінювати припустимий рівень ризику виникнення аварійної ситуації в енергосистемі. На підставі отриманої величини ризику можливо прийняти обґрунтовані рішення щодо доцільності (або недоцільності) застосування заходів по зниженню цієї величини ризику. Це дає можливість організації превентивного управління ризиком виникнення аварійної ситуації в енергосистемі та застосування ефективних заходів для його зниження.Наукова новизна. В статті розроблено нечітку модель оцінювання рівня припустимого ризику виникнення аварійної ситуації в електроенергетичній системі, яка враховує такі критерії як мінімально можливий рівень ризику, вплив метеорологічних умов та помилки оперативного та експлуатаційного персоналу енергосистем. При цьому є можливість врахувати основні чинники, що впливають на надійність функціонування енергосистеми, для оцінювання рівня ризику виникнення аварійної ситуації.Практична цінність. Розроблені в статті нечіткі моделі дають можливість проводити експрес оцінювання рівня припустимого ризику виникнення аварійної ситуації в умовах обмеженості вихідних даних та критеріїв оцінювання, проводити порівняльний аналіз отриманого результату з величиною фактичного ризику виникнення аварії в режимі «он-лайн» та приймати рішення щодо доцільності його зниження
МОДИФИКАЦІЯ МЕТОДА ЧИСЛОВОГО РОЗРАХУНКУ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ В ЕЛЕКТРИЧНИХ КОЛАХ НА ОСНОВІ ПОЛІНОМІВ ЧЕБИШОВА
No full textPurpose. Modification of the numerical calculation method of transients in linear electric circuits, as well as the development of a schematic model of the method, leading to ease the calculation and to increase the speed of calculation on a computer..Methodology. Polynomials approximation of functions, numeral methods of solution of integro-differential equations, matrix methods, computer programming and methods of electric circuits theory are used.Findings The improved method of transient calculation is worked out as the modification of the known one. It allows to reduce the computer modeling time of dynamic electric processes in linear electric circuits. The example of the application of the proposed method is shown. Based on the developed method, the computer program was compiled for calculating the transient in the model circuit. This example showed the reduction in CPU time of 45% compared with the use of known methodsOriginality. The approximation of the functions of currents with time by series in the Chebyshev orthogonal polynomials is used. Chebyshev polynomials possess the property of the approximation error uniformity of functions in the entire range of the argument, which distinguishes them from a number of other orthogonal functions. It is proposed to use a polynomial approximation not of the solution functions themselves, but of its derivative. This significantly reduces the approximation error of both the solution function and the derivative of the solution, which appears in the calculation method.. It is shown how, in the proposed method, integro-differential equations of state are transformed into linear algebraic equations. The schematic model of the proposed numerical calculation method is developed. The schematic model allows you to move from an electrical circuit in which processes are described by integro-differential equations to an equivalent circuit with images of currents. Images of true currents in the equivalent circuit are interpreted as direct currents. It is shown that the Kirchhoff laws are valid for current images in the equivalent circuit, which leads to the calculation of a system of algebraic equations. Such a circuit model creates convenience for an engineer performing transient calculations.Practical value. The developed method opens up the possibility of using the entire diverse apparatus of the theory of electric circuits for working with current images. Based on this, a universal software package is developed for calculating transients in electrical circuits of arbitraryЦель работы – модификация метода численного расчета переходных процессов в линейных электрических цепях, а также разработка схемной модели метода, приводящая к удобству расчета и повышению быстродействия расчета на компьютере.Методы исследования. Использована полиномиальная аппроксимация функций, численные методы решения интегро-дифференциальных уравнений, матричные методы, программирование на компьютере и методы теории электрических цепей.Полученные результаты. В результате модификации известного метода расчета переходных процессов разработан усовершенствованный метод, который позволяет сократить время компьютерного моделирования динамических электрических процессов в линейных электрических цепях. Показан пример применения предложенного метода. На основании разработанного метода составлена компьютерная программа для расчета переходного процесса в модельной цепи. Данный пример показал сокращение процессорного времени на 45% по сравнению с применением известных методов.Научна новизна. Использована аппроксимация функций токов от времени рядами по ортогональным полиномам Чебышева. Полиномы Чебышева обладают свойством равномерности погрешности аппроксимации функций во всем диапазоне изменения аргумента, что выделяет их из ряда других ортогональных функций. Предложено использовать полиномиальную аппроксимацию не самой функций решения, а ее производной. Это существенно снижает погрешность аппроксимации, как функции решения, так и производной решения, которая фигурирует в методе расчета. Показано, как в предложенном методе интегро-дифференциальные уравнения состояния преобразуются в линейные алгебраические уравнения. Разработана схемная модель предложенного численного метода расчета. Схемная модель позволяет от электрической цепи, в которой процессы описываются интегро-дифференциальными уравнениями, перейти к схеме замещения с изображениями токов. Изображения истинных токов в схеме замещения интерпретируются, как постоянные токи. Показано, что для изображений токов в схеме замещения справедливы законы Кирхгофа, что приводит к расчету системы алгебраических уравнений. Такая схемная модель создает удобство инженеру, выполняющему расчеты переходных процессов.Практическая ценность. Разработанный метод открывает возможность использования всего многообразного аппарата теории электрических цепей для работы с изображениями токов. На основании этого разрабатывается универсальный программный комплекс для расчета переходных процессов в электрических цепях произвольной сложности.Мета роботи. Модифікація методу числового розрахунку перехідних процесів в лінійних електричних колах, а також розробка схемної моделі методу, що приводить до зручності розрахунку і підвищенню швидкодії розрахунку на комп'ютері.Методи дослідження. Використана поліноміальна апроксимація функцій, числові методи розв'язання інтегро-диференціальних рівнянь, матричні методи, програмування на комп'ютері і методи теорії електричних кіл.Отримані результати. В результаті модифікації відомого методу розрахунку перехідних процесів розроблено удосконалений метод, який дозволяє скоротити час комп'ютерного моделювання динамічних електричних процесів в лінійних електричних колах. Показаний приклад застосування запропонованого методу. На підставі розробленого методу складена комп'ютерна програма для розрахунку перехідного процесу в модельному колі. Даний приклад показав скорочення процесорного часу на 45% в порівнянні з застосуванням відомих методів.Наукова новизна. Використана апроксимація функцій струмів від часу рядами по ортогональних поліномами Чебишова. Поліноми Чебишова мають властивість рівномірності похибки апроксимації функцій у всьому діапазоні зміни аргументу, що виділяє їх з ряду інших ортогональних функцій. Запропоновано використовувати поліноміальну апроксимацію не самою функцій рішення, а її похідної. Це істотно знижує похибку апроксимації, як функції рішення, так і похідною рішення, яка фігурує в методі розрахунку. Показано, як в запропонованому методі інтегро-диференціальні рівняння стану перетворюються в лінійні алгебраїчні рівняння. Розроблено схемну модель запропонованого числового методу розрахунку. Схемна модель дозволяє від електричного кола, в якому процеси описуються інтегро-диференціальними рівняннями, перейти до схеми заміщення з зображеннями струмів. Зображення справжніх струмів схемою заміщення інтерпретуються, як постійні струми. Показано, що для зображень струмів в схемі заміщення справедливі закони Кирхгофа, що призводять при розрахунку до системи алгебраїчних рівнянь. Схемна модель створює зручність інженеру, який виконує розрахунки перехідних процесів.Практична цінність. Розроблений метод відкриває можливість використання всього різноманітного апарату теорії електричних кіл для роботи з зображеннями струмів. На підставі цього розробляється універсальний програмний комплекс для розрахунку перехідних процесів в електричних колах довільної складності