Electrical Engineering & Electromechanics (E-Journal - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute") / Електротехніка і Електромеханіка (Національний технічний університет - "Харківський політехнічний iнститут")
Not a member yet
941 research outputs found
Sort by
ТОКОВЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В РАБОЧЕЙ КАМЕРЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ИНДУКТОРА МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ПРОЦЕССЕ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ
Get PDFIntroduction. A rotating magnetic field three-phase inductor designed for the technological processing of various substances is considered. The processing is carried out by ferromagnetic elements in the form of pieces of iron wire moving with a magnetic field. Problem. The control problem of the concentration of ferromagnetic elements in the working chamber of the inductor is solved. This is necessary in order to replenish the chamber in time with elements that wear out but without interrupting the processing.Methodology. The proposed control method consists in observing the current of the inductor stator winding, which is carried out during its operation and does not require intervention in the technological process of processing.Results.The theoretical substantiation of the method is given and a practical calculation evaluation of its adequacy is made on the example of a specific inductor. The theory and practice of the method are based on numerical calculations of the magnetic field, electromagnetic parameters and the angular characteristics of the inductor. Practical value.The practical use of the method is to automatically determine the time of reloading the chamber with ferromagnetic elements that are worn out during the inductor operation. This increases the performance of the inductor and eliminates its downtime.Представлен метод определения концентрации ферромагнитных элементов в рабочей камере индуктора вращающегося магнитного поля, предназначенного для технологической обработки различных веществ. Метод заключается в контроле тока обмотки статора индуктора и не требует вмешательства в технологический процесс обработки. Дано теоретическое обоснование метода и проведена практическая расчетная оценка его адекватности на примере конкретного индуктора. Теория и практика метода основаны на численных расчетах магнитного поля, электромагнитных параметров и угловых характеристик индуктора. Практическое использование метода заключается в определении времени дозагрузки камеры ферромагнитными элементами, которые истираются в процессе работы индуктора
О ПОДОБИИ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, ПРОДОЛЖАЕМЫХ С РАЗЛИЧНЫХ КООРДИНАТНЫХ ОСЕЙ
Get PDFPurpose. The purpose of this work is formulation of similarity conditions for plane magnetic fields at a sharp skin-effect continued in non-conducting and non-magnetic medium from different axes bounding plane surfaces of conductors. Methodology. Classic formulation of Cauchy problem for magnetic vector potential Laplace equations, mathematic physics methods and basics similarity theory are used. Two problems are considered: the problem of initial field continuation from one axis and the problem of similar field continuation form other axis on which magnetic flux density or electrical field strength in unknown. Results. Necessary and sufficient similarity conditions of plane pulsed or high-frequency magnetic fields continued from different axes of rectangular coordinates are formulated. For the given odd and even magnetic flux density distributions on axis of initial field corresponding the distributions on axis and solution of continued similar field problem are obtained. Originality. It is proved that for similarity of examined fields the proportion of corresponding vector field projections represented by dimensionless numbers in similar points of axes is necessary and sufficient. Цель. Целью работы является формулировка условий подобия плоскопараллельных магнитных полей при резком поверхностном эффекте, которые продолжаются в непроводящую и немагнитную среду с различных осей прямоугольных координат, ограничивающих плоские поверхности проводников. Методика. Использованы классическая формулировка задачи Коши для уравнения Лапласа относительно векторного потенциала магнитного поля, методы математической физики и основные положения теории подобия. Рассмотрены две соответствующие задачи: задача продолжения исходного поля с одной оси и задача продолжения подобного поля с другой оси, распределение индукции магнитного поля на которой неизвестно. Результаты. Сформулированы необходимые и достаточные условия подобия плоскопараллельных импульсных или высокочастотных магнитных полей, продолжаемых с различных осей прямоугольных координат. Для заданных нечетного и четного распределений индукции на оси исходного магнитного поля определены соответствующие распределения на оси, а также решены задачи продолжения подобного поля. Научная новизна. Доказано, что для подобия рассмотренных полей необходима и достаточна пропорциональность представленных в критериальной форме соответствующих проекций векторов этих полей в сходственных точках осей.
МУЛЬТИЧАСТОТНИЙ МЕТОД ЗАХИСТУ ВІД ЗАМИКАНЬ ФАЗИ НА ЗЕМЛЮ В КОМПЕНСОВАНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖАХ
Get PDFIntroduction. A significant proportion of earth faults in 6 - 35 kV networks is a transient and short-lived process, which is followed by an electric arc. Problem. In such cases, earth-fault protection that responds to steady-state current and voltage is not able to operate properly. Also, the use of the Petersen coil to compensate for the capacitive earth fault current complicates the protection function because it significantly reduces the single phase earth fault current in steady state. Purpose. To develop selective single-phase earth faults protection algorithm using harmonic components that occur in zero-sequence currents and voltage in the transient process. Method. A mathematical model of the power supply system is applied to study the frequency components of currents and voltage of zero sequence in compensated electrical networks with phase-to-earth faults, and a mathematical model is used to test the operation of the developed protection algorithm. The results showed that, the reactive power for harmonic components of the frequency greater than 100 Hz, which are separated from the current and voltage of zero sequence in compensated electrical networks on the damaged feeder, is positive regardless of the degree of compensation of the capacitive current. That may be the basis of the principle of directional protection. Originality. Phase-to-earth fault selective protection algorithm has been developed. In that algorithm, first derivatives of currents and voltages of zero sequence are found, to reduce the influence of aperiodic components. And then, by using of the Fourier transform, a number of harmonic orthogonal components are extracted from them. Reactive power is calculated for each of frequency component and their total sum is found. If that sum excess of threshold, the relay will make a decision. The reliability of the developed protection algorithm is confirmed by the results of mathematical modeling and verification of the test sample at the laboratory stand and by means of field signals that were recorded by digital loggers at the substations.За допомогою математичної моделі компенсованої електричної мережі виконано аналіз струмів і напруг нульової послідовності при замиканнях фази на землю і показано, що в них під час перехідного процесу виникають вищі гармонійні складові, які обумовлені розрядом ємностей ушкодженої фази, дозарядом ємностей неушкоджених фаз, а також зростанням струму реактора в нейтралі мережі. Показано, що незалежно від ступеня компенсації реактором ємнісного струму промислової частоти, реактивна потужність для гармонічних складових струмів і напруг з частотою в два рази і більше промислової, є додатною для ушкодженого приєднання і від’ємною для неушкоджених. Це прийнято за основу в розробленому методі захисту направленої дії, в якому при замиканнях фази на землю спочатку визначають похідні струмів і напруг нульової послідовності, що зменшує вплив аперіодичних складових і підсилює складові вищих гармонік, а потім за допомогою перетворення Фур’є знаходять комплексні значення для ряду найбільш впливових гармонійних складових, більших за першу. За допомогою отриманих складових струмів і напруг для кожної частоти знаходять реактивну потужність, і якщо їх сума перевищує задану, то спрацьовує вихідний орган захисту. Достовірність розробленого методу захисту підтверджено результатами математичного моделювання і перевіркою роботи дослідного зразка на лабораторному стенді.
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОБМОТКИ ЯКОРЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИНЕРЦИОННОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПРИГОРОДНОГО ЭЛЕКТРОПОЕЗДА
Get PDFPurpose. To establish analytical expressions of machine constant and electromagnetic parameters for a specific circuit of the armature winding of an electromechanical converter of an inertial energy storage device, which is a DC electric machine with a semiconductor switch and excitation from permanent magnets. Methodology. For research the theory of electrical circuits is used to create a mathematical model of the processes of electromechanical energy conversion in an inertial storage device. The plots method is used to find the mutual inductance of the armature winding coils, which are presented in the form of infinitely thin single-turn contours of rectangular shape, located in three-dimensional space. Results. Mathematical models of the processes of electromechanical energy conversion in an inertial storage device are obtained reflecting the relationship between the exchange energy and drive power with geometric and electrophysical parameters of both the energy accumulator and the system of its electromechanical converter. A connection of the parameters of machine constant, active and inductive resistances with the configuration, wiring diagram and the geometric dimensions of the armature winding has been established. The wiring of sections in the phase of the armature winding depends on the required value of the voltage and current of the machine. The possibility of regulating the voltage of the drive by switching on and off the working phases of the system of electromechanical converter, as well as by changing the angle of the load is shown. Originality. Mathematical models are obtained that relate the indicators of the energy of exchange and the power of the drive to the geometrical and electro physical parameters of both the energy accumulator and the system of its electromechanical converter. A feature of these models is operating with an average value of induction and machine constants when determining the electromotive force and electromagnetic moment. Practical value. Recommendations are developed for determining the machine constant and electromagnetic parameters of electromechanical inertial energy storage devices. This allows to evaluate the properties of devices of this type in the modes of storage and delivery of energy during their operation on board the rolling stock. Цель. Установление аналитических выражений машинных постоянных и электромагнитных параметров для специфической схемы обмотки якоря электромеханического преобразователя инерционного накопителя энергии в виде обращенной электрической машины постоянного тока с полупроводниковым коммутатором и возбуждением от постоянных магнитов. Методика. Для проведения исследований использована теория электрических цепей, метод участков для нахождения взаимной индуктивности катушек обмотки якоря. Результаты. Установлена связь параметров машинных постоянных, активного и индуктивного сопротивлений с конфигурацией, схемой соединения и геометрическими размерами обмотки якоря. Научная новизна. Для специфических схем якорных обмоток системы электромеханического преобразования энергии инерционного накопителя найдены аналитические выражения машинных постоянных и электромагнитных параметров, которые определяют показатели энергии обмена и мощности накопителя. Практическое значение. Разработанные рекомендации по определению машинных постоянных и электромагнитных параметров инерционных электромеханических накопителей энергии позволяют оценить свойства устройств такого типа на борту подвижного состава.
SENSORLESS DIRECT POWER CONTROL FOR THREE-PHASE GRID SIDE CONVERTER INTEGRATED INTO WIND TURBINE SYSTEM UNDER DISTURBED GRID VOLTAGES
Get PDFWind turbines with permanent magnet synchronous generator (PMSG) are widely used as sources of energy connected to a grid. The studied system is composed of a wind turbine based on PMSG, a bridge rectifier, a boost converter, and a controlled inverter to eliminate low-order harmonics in grid currents under disturbances of grid voltage. Traditionally, the grid side converter is controlled by using the control VFOC (Virtual Flux Oriented Control), which decouple the three-phase currents indirect components (id) and in quadratic (iq) and regulate them separately. However, the VFOC approach is dependent on the parameters of the system. This paper illustrates a new scheme for the grid-connected converter controller. Voltage imbalance and harmonic contents in the three-phase voltage system cause current distortions. Hence, the synchronization with the network is an important feature of controlling the voltage converter. Thus, a robust control method is necessary to maintain the adequate injection of the power during faults and/or a highly distorted grid voltage. The proposed new control strategy is to use the direct power control based virtual flux to eliminate side effects induced by mains disturbances. This control technique lowers remarkably the fluctuations of the active and reactive power and the harmonic distortion rate. The estimated powers used in the proposed control approach is calculated directly by the positive, negative, and harmonic items of the estimated flux and the measured current without line sensor voltage.Ветряные турбины с синхронным генератором на постоянных магнитах (PMSG) широко используются в качестве источников энергии, подключенных к сети. Исследуемая система состоит из ветряной турбины на основе PMSG, мостового выпрямителя, повышающего преобразователя и управляемого инвертора для устранения гармоник низкого порядка в токах сетки при возмущениях напряжения сети. Традиционно преобразователь на стороне сети управляется с помощью виртуального потокоориентированного управления VFOC (Virtual Flux Oriented Control), который разделяет трехфазные токи на косвенные компоненты (id) и на квадратичные компоннеты (iq) и регулирует их отдельно. Однако подход VFOC зависит от параметров системы. Данная статья иллюстрирует новую схему для контроллера преобразователя, подключенного к сети. Дисбаланс напряжения и содержание гармоник в трехфазной системе напряжения вызывают искажения тока. Следовательно, синхронизация с сетью является важной особенностью управления преобразователем напряжения. Таким образом, надежный метод управления необходим для поддержания адекватной подачи энергии во время неисправностей и/или значительно искаженного напряжения сети. Предложенная новая стратегия управления заключается в использовании виртуального потока на основе прямого управления мощностью для устранения побочных эффектов, вызванных помехами в сети. Этот метод управления значительно снижает колебания активной и реактивной мощности и уровень гармонических искажений. Оценочные мощности, используемые в предлагаемом подходе к управлению, рассчитываются непосредственно по положительным, отрицательным и гармоническим элементам оцененного потока и измеренного тока без напряжения линейного датчика
AN EFFECTIVE CONTROL OF AN ISOLATED INDUCTION GENERATOR SUPPLYING DC LOAD FOR WIND POWER CONVERTING APPLICATIONS
Get PDFPurpose. The aim of this paper is to perform a simple and robust control method based on the well-known sliding control approach for a self-excited induction generator supplying an isolated DC load; this adopted technique does not require much computation and could be easily implemented in practice. In this context, the present work will begin with a mathematical development of this control technique and its application to the self-excited induction generator case. For this purpose, the machine provides the produced active power to the load through a static PWM converter equipped with a single capacitor on the DC side. In order to insure the output DC-bus voltage regulation with respect to the load-power demands and the rotor speed fluctuations, the required stator currents references are computed by considering the reactive power required for the machine core magnetization, the induced voltages through the stator windings and the active power set value obtained from the corresponding sliding mode DC-bus voltage controller. Regarding the nonlinearity of the DC-bus voltage mathematical model and the discontinuity characterizing the converter-machine behavior association, the sliding mode strategy will constitute a perfect tool to sizing the controller structure with high control performances. Results of simulation carried out to demonstrate the proposed control validity are presented.Целью данной статьи является разработка простого и надежного метода управления, основанного на хорошо известном подходе к управлению скольжением для асинхронного генератора с самовозбуждением, питающего изолированную нагрузку постоянного тока; данный принятый метод не требует больших объемов вычислений и может быть легко реализован на практике. В этом контексте данная работа начинается с развития математических основ этого метода управления и его применения в случае асинхронного генератора с самовозбуждением. Для этого машина подает произведенную активную мощность в нагрузку через статический ШИМ-преобразователь, оснащенный единственным конденсатором на стороне постоянного тока. Чтобы обеспечить регулирование выходного напряжения шины постоянного тока с учетом требований к нагрузке и колебаниям скорости вращения ротора, требуемые токи статора рассчитываются с учетом реактивной мощности, необходимой для намагничивания сердечника машины, наведенных напряжений в обмотках статора и заданного значения активной мощности, полученного из соответствующего контроллера напряжения шины постоянного тока в режиме скольжения. Что касается нелинейности математической модели напряжения шины постоянного тока и неоднородности, характеризующей поведение системы «преобразователь-машина», стратегия скользящего режима будет представлять собой идеальный инструмент для определения размеров конструкции контроллера с высокими характеристиками управления. Для демонстрации обоснованности предлагаемого метода контроля, приведены результаты выполненного моделирования
ВОЗБУЖДЕНИЕ СЕРИЕЙ ИМПУЛЬСОВ ЛИНЕЙНОГО ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ТИПА, РАБОТАЮЩЕГО В СИЛОВОМ И СКОРОСТНОМ РЕЖИМАХ
Get PDFPurpose. The aim of the article is to increase the efficiency of linear pulse electrodynamic type converter (LPEC) when operating in high-speed and force modes by reducing the amplitude of the recoil force by exciting its windings with a series of pulses from the capacitive energy storage (CES). Methodology. Using the LPEC mathematical model, in which the equations describing the interconnected electrical, magnetic, mechanical and thermal processes are presented in a recursive form, the electrodynamic and electromechanical characteristics of LPEC are simulated by excitation by a single and a series of pulses from CES sections. Results. It was found that when a single pulse is excited by an LPEC operating in a high-speed mode, in which the armature accelerates the actuator, compared with the force mode in which the armature is inhibited, the current amplitude in the windings decreases by 7.5 %, and the amplitudes of electrodynamic force (EDF) – by 21.8 %, impulse values of EDF – by 27.1 %. In this case, the armature winding with the actuating element accelerates to a speed of 7.1 m/s. When excited by a series of pulses from the same sections of the CES during LPEC operation in the force mode, the amplitudes of the current pulses and the EDF are practically unchanged, and when operating in high-speed mode, the amplitudes of the currents and the EDF gradually decrease. Both in power and in high-speed operating modes, an increase in the number of excitation pulses while conserving the energy of the CES leads to a decrease in the main indicators of LPEC. But by reducing the amplitude of the EDF, which manifests itself as a recoil force, the efficiency of LPEC increases. Originality. It is shown that the excitation of LPEC by a series of pulses increases the efficiency of LPEC when operating in high-speed and power modes, providing a minimum amplitude of the EDF, which determines the recoil force acting on the inductor winding. Practical value. For LPEC operating in high-speed mode, it is proposed to reduce the maximum current amplitudes and EDF due to the sequential increase in capacitances of sections of the CES, forming a series of excitation pulses. For LPEC, operating in force mode, it is advisable to use the same capacities of all sections of the CES.Представлена математическая модель линейного импульсного преобразователя электродинамического типа (ЛИПЭТ), в которой решения уравнений, описывающих взаимосвязанные электрические, магнитные, механические и тепловые процессы, представлены в рекуррентном виде. Исследованы электромеханические и электродинамические характеристики ЛИПЭТ при работе в скоростном режиме, обеспечивающем ускорение обмотки якоря с исполнительным элементом, и в силовом режиме, когда обмотка якоря заторможена. Показано, что при возбуждении одиночным импульсом ЛИПЭТ, работающего в скоростном режиме, по сравнению с силовым режимом происходит уменьшение амплитуды тока в обмотках на 7,5 %, амплитуды электродинамических усилий (ЭДУ) – на 21,8 %, значения импульса ЭДУ – на 27,1 %. При этом обмотка якоря с исполнительным элементом разгоняется до скорости 7,1 м/с. При возбуждении серией импульсов от одинаковых секций емкостного накопителя энергии (ЕНЭ) и работе ЛИПЭТ в силовом режиме амплитуды импульсов тока и ЭДУ практически неизменны, а при работе в скоростном режиме происходит последовательное уменьшение амплитуд токов и ЭДУ. Увеличение количества импульсов возбуждения при сохранении энергии ЕНЭ приводит к уменьшению основных показателей ЛИПЭТ. Но за счет уменьшения амплитуды ЭДУ, которая проявляется как сила отдачи, эффективность ЛИПЭТ увеличивается. Для ЛИПЭТ, работающего в скоростном режиме, предложено уменьшение максимальных амплитуд тока и ЭДУ за счет последовательного увеличения емкостей секций ЕНЭ, формирующих серии импульсов возбуждения. Для ЛИПЭТ, работающего в силовом режиме, целесообразно использовать одинаковые емкости всех секций ЕНЭ
ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО ИНДУКЦИОННО-ДИНАМИЧЕСКОГО ПРИВОДА С БИСТАБИЛЬНЫМ ФИКСАТОРОМ ПОЛОЖЕНИЯ КОНТАКТОВ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ НА БАЗЕ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ
Get PDFIntroduction. Recently, in the literature, inductive-dynamic mechanisms (IDMs), known in foreign literature as a Thomson-drive, as a drive for various electrical devices are often researched and developed. The simplicity and reliability of the design, high speed make such devices indispensable in high-speed electrical devices standing in DC networks, in which emergency overcorrects are not limited by the reactance and can reach significant values. The novelty of the proposed work consists in the development of a mathematical model and the study of the Thompson drive, in which a bistable two-position mechanism consisting of a magnetic system with permanent magnets, is used as the final position latches. The movement of objects is carried out by deforming the computational mesh. The problem is a multiphysical one, in which a parallel solution of several tasks of different nature is considered. Purpose. Analysis of the fundamental possibility of creating a switching device with an induction-dynamic drive on the basis of a mathematical model which allows to increase the reliability of the entire mechanism operation and significantly simplify the design. Methods. The solution of the problem was carried out by the Finite Element Method in the COMSOL package in a cylindrical coordinate system. Results. A mathematical model of a new fast-driven induction-dynamic drive with a bistable mechanism, based on the equations of the electromagnetic field, electric circuit, equations of motion, was developed and partially studied. The model allows to calculate the dynamic parameters of the drive based on the initial data. Conclusions. The principal possibility of creating a high-speed actuator of switching devices based on an induction-dynamic mechanism and a polarized bistable mechanism based on permanent magnets is demonstrated. The research directions of the model were determined for the subsequent implementation of the results in experimental samples. В статье исследована оригинальная математическая модель быстродействующего индукционно-динамического привода выключателя с бистабильным фиксатором с двумя катушками на базе постоянных магнитов. Индукционно-динамические механизмы, известные в иностранной литературе как Thomson-drive, применяются в качестве привода выключателей постоянного тока благодаря высокому быстродействию, простоте и надежности конструкции. Целью статьи является анализ принципиальной возможности создания коммутационного аппарата с индукционно-динамическим приводом на базе математической модели, что позволяет повысить надежность работы всего механизма и существенно упростить конструкцию. Рассматривается возможность создания предлагаемого комбинированного приводного механизма и определение основных направлений дальнейших исследований с целью получения опытных образцов. Конструкция исследуемого индукционно-динамического привода ранее в литературе не рассматривалась. Решаемая задача является мультифизической, включающей расчет: статического магнитного поля; электрической цепи с учетом изменения напряжения на конденсаторе и наведенной в катушках противо-ЭДС; динамики движения якорей бистабильного фиксатора и привода с учетом изменения массы; нестационарного электромагнитного поля в неоднородной нелинейной среде с учетом постоянных магнитов и движения проводящих тел в электромагнитном поле. Направления дальнейших исследований представляются в виде оптимизации геометрии, параметров катушек привода и конденсаторов, геометрии бистабильного механизма, объема и остаточной индукции постоянных магнитов для обеспечения требуемых значений быстродействия, контактного нажатия и габаритов аппарата
ГАРМОНІЙНИЙ АНАЛІЗ КОМБІНОВАНОЇ СХЕМИ ОДНОФАЗНОГО ВКЛЮЧЕННЯ АСИНХРОННОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДУ З ТИРИСТОРНИМ КЕРУВАННЯМ
Get PDFPurpose. The purpose of this article is to provide a comparative analysis of influence of the phase controlled single-phase induction electric drive coordinates harmonic components on the operational characteristics of the electric drive under different variants of the power part. Methodology. A mathematical model of the combined circuit of a single-phase induction motor with a variable structure of the power part and a constant capacitance of the phase-shifting capacitor is generalized for various variants of connection of the power part of the electric drive with thyristor control. The comparative harmonic analysis of currents and torques of the motor is carried out and the factors influencing the energy efficiency of the electric drive at different circuit of connection of the power part are determined. Results. The analysis of the obtained data shows that the series-parallel circuit has the best harmonic composition of the consumed current in practically the whole range of changes of load torque and speed. The main effect on the loss increase is due to the asymmetry of the currents in the series-parallel circuit and the higher harmonics in the Steinmetz circuit. Originality. For the analysis of the processes in these circuits, a generalized thyristor control single-phase electric drive mathematical model, in which the structure of differential equations remains unchanged regardless of the circuit of connections of the power part, is developed. Practical value. Using of the combined circuit of single-phase switching on of a three-phase induction motor allows to use a constant capacity in the range of slips from nominal to critical without exceeding the nominal losses. Розроблено узагальнену для різних варіантів з`єднання силової частини електроприводу з тиристорним керуванням математичну модель комбінованої схеми однофазного включення асинхронного двигуна із змінною структурою силової частини та постійною ємністю фазозміщуючого конденсатора. Проведено порівняльний гармонійний аналіз струмів та моментів двигуна та визначено фактори, що впливають на енергоефективність електроприводу, при різних схемах включення силової частини.
СРАВНЕНИЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ, РАБОТАЮЩИМИ В СОСТАВЕ НАСОСНОГО АГРЕГАТА
Get PDFPurpose. Comparative analysis of energy consumption of various types electric motors in fixed speed centrifugal industrial pump applications is carried out. The purpose of the analysis is to choose the most efficient motor in the considered application. It is assumed that hydraulic flow of the pump is adjusted by throttling. The rated power of the pump unit is 2.2 kW. Direct on line motors of various energy efficiency classes from various manufacturers are considered: induction motors with permanent magnets on the rotor of IE4 class and squirrel cage induction motors of IE3 and IE4 classes. Methodology. Assessment of energy consumption of the motors is carried out based on the catalogue data from manufacturers of the pump and the motors. Pump hydraulic equations, interpolation of motor catalogue data and statistical data are also used. Results. The following values have been obtained: annual and daily energy consumption of the motors and electricity cost savings comparing with the least effective motor considered. Practical value. The following practical consideration are presented based on the theoretical results: choosing the motor based only on its IE efficiency class according to IEC 60034-30-1 is not enough to ensure the minimum energy consumption of pump units with variable flow during the load cycle. In addition, the energy consumption may be higher in the case of permanent magnet motors of IE4 class in comparison with induction motors of IE4 or even IE3 class. Therefore, it is necessary to take into account efficiency of the motors at underload and it is needed to calculate the energy consumption during the actual load cycle. It should be noted, that the existing approach based on the Energy Efficiency Index (EEI) calculation does not provide information about absolute values of energy savings and cost savings, in contrast to the described approach. While choosing motors to run in the considered application it is also important to take into account that the motors with permanent magnets on the rotor have significantly higher price and very restricted starting capabilities comparing with induction motors. In addition, the production of rare earth magnets causes a significant environmental damage.Цель. Сравнительный анализ энергопотребления электродвигателей разных типов и классов энергоэффективности в электроприводе центробежного насоса мощностью 2,2 кВт системы водоснабжения с дроссельным регулированием. Сравнивались синхронные электродвигатели с прямым пуском и постоянными магнитами на роторе класса энергоэффективности IE4 и асинхронные электродвигатели классов энергоэффективности IE4 и IE3 различных производителей. Методика. Расчет энергопотребления проводился на основе данных насоса и электродвигателей, предоставляемых производителями, и включал в себя расчет энергопотребления центробежным насосом в типовом рабочем цикле, предполагающем работу с пониженными нагрузками в течение продолжительного времени. Результат. Получены расчетные данные по суточному и годовому энергопотреблению рассмотренных электродвигателей в типовом рабочем цикле насоса, годовая стоимость электроэнергии исходя из среднеевропейского тарифа, экономия в денежном выражении относительно наихудшего электродвигателя из рассмотренных. Практическое значение. Показано, что выбор электродвигателя по КПД при номинальной нагрузке, то есть фактически на основе присвоенного в соответствии со стандартом IEC 60034-30-1 класса энергоэффективности IE, не приводит к минимальному энергопотреблению центробежного насосного агрегата с переменной подачей в течение типового рабочего цикла. Также показано, что применение в насосных агрегатах с переменным расходом синхронных электродвигателей с прямым пуском и постоянными магнитами класса IE4 в ряде случаев приводит к большему энергопотреблению, чем применение асинхронных электродвигателей класса IE4, а иногда и класса IE3. Таким образом, при выборе класса энергоэффективности электродвигателя как для насосного агрегата, так и для любого другого механизма, работающего значительное время при пониженных нагрузках, следует проводить расчет энергопотребления на основании данных о типовом рабочем цикле либо экспериментальных данных. При этом существующий подход, основанный на определении индекса энергетической эффективности EEI, не дает информации об экономии электроэнергии в натуральном и стоимостном выражениях, в отличие от описанного в работе подхода. При выборе электродвигателя по принципу действия следует учитывать помимо энергопотребления, то, что синхронные электродвигатели с постоянными магнитами имеют большую стоимость, чем асинхронные электродвигатели, имеются трудности их запуска при значительном моменте инерции, а получение магнитов из редкоземельных металлов сопряжено со значительным экологическим ущербом