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
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛУПРОВОДЯЩИХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Get PDFIntroduction. Intensification of competition and the desire to reduce the cost of high-voltage electric machines due to a significant increase in the electrical and thermal loads of the electrical insulation system complicate the operation of anti-corona coatings on the insulation surface of the stator winding and increase the intensity of discharge processes, which significantly reduce the life of the insulation in case of failure of the coatings. Purpose. The analysis of the efficiency of alignment of the electric field along the insulation surface of the stator winding of high-voltage electric machines with semiconductor anti-corona coatings. Methodology. A method for calculating the electric potential distribution along the surface of the winding insulation during the use of semiconductive coatings providing alignment decrease the electric field and eliminating the appearance of moving discharges. The reliability of the calculations is confirmed by experimental studies of the potential distribution over the surface of the anti-corona semiconducting non-linear coating along the frontal part of the samples of the rod of the hydrogenerator for a linear voltage of 20 kV. Practical value. The proposed methodology for calculating the distribution of the electric field over the surface of the insulation and the anti-corona semiconductive coating can be applied to justify the length of the coating in the frontal part of high-voltage electrical machines depending on the electrophysical characteristics of the coating, electrical insulation, and thickness. The results of an experimental verification of the stability of the nonlinear properties of coatings during prolonged electrical and thermal aging of specially made coating samples are presented.Представлена методика расчета распределения электрического поля по поверхности изоляции и противокоронного полупроводящего покрытия в лобовой части стержня высоковольтной электрической машины. Получено в зависимости от удельного поверхностного сопротивления полупроводящего покрытия распределение электрического потенциала по поверхности противокоронного покрытия и изоляции. Обоснован диапазон значений удельного поверхностного сопротивления противокоронного покрытия для эффективного регулирования электрического поля. Достоверность расчетов подтверждена экспериментальными исследованиями распределения потенциала по поверхности противокоронного полупроводящего нелинейного покрытия вдоль лобовой части образцов стрежней гидрогенератора на линейное напряжение 20 кВ. Представлены результаты экспериментальной проверки стабильности нелинейных свойств покрытий в процессе длительного электрического и теплового старения специально изготовленных образцов покрытия. Эффективность регулирования электрического поля полупроводящими покрытиями подтверждена результатами испытаний образцов стрежней гидрогенератора СВ 1500/100-12 в исходном состоянии и после комплексного длительного воздействия электрического поля и температуры
ЭФФЕКТИВНОЕ КОНТУРНОЕ ЭКРАНИРОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТРЕХФАЗНЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ПРИ ОГРАНИЧЕННОМ ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА СИЛОВЫЕ КАБЕЛИ
Get PDFThis paper deals with a mitigation of a three-phase cable line magnetic field by a new type of passive shield. We consider a cable line with a flat arrangement of cables. The developed single-loop shield has an asymmetric magnetic coupling with the cable line, due to the use of two different ferromagnetic cores. Its high shielding efficiency is experimentally confirmed. As the developed shield is 0.2÷0.3 m away from the cable line, its thermal effect on the cable line is negligible. As the result, we obtain expressions for the shielding efficiency, parameters of the shield and the cores. Предложен новый тип пассивного экрана для уменьшения магнитного поля трехфазных кабельных линий электропередачи с прокладкой кабелей по схеме «в плоскости». Разработанный одноконтурный экран имеет несимметричную магнитную связь с кабельной линией, обусловленную использованием двух разных ферромагнитных сердечников, и характеризуется подтвержденной экспериментально высокой эффективностью экранирования при минимальном тепловом воздействии на кабельную линию за счет удаления от нее экранных кабелей на расстояние 0,2÷0,3 м. Получены соотношения для определения эффективности экранирования, параметров экрана и сердечников.
ОБҐРУНТУВАННЯ ОПТИМАЛЬНОГО МІСЦЯ ПІДКЛЮЧЕННЯ ДЖЕРЕЛА РОЗОСЕРЕДЖЕНОГО ГЕНЕРУВАННЯ ТА ЗНАЧЕННЯ ЙОГО ПОТУЖНОСТІ
Get PDFGoal. To analyze the options for the development of the 110 kV electricity network with sources of distributed generation. Establishing the relationship between power of the source of distributed generation with the voltage changes in the nodes and transformer active power losses change. To provide the minimum value of network active power loss the authors justify the conditions for optimal connection of the source of distributed generation and value of its power. Methodology. The authors have used the DigSilent Power Factory software environment to create a 110 kV network model and have made a series of simulation of the network operating modes with solar power plants. Results. Based on the operational parameters it is established that the change in power generation in the accepted limits normally does not lead to abnormal voltage variations in the nodes, with power losses having characteristic changes due to alterations in the network of power flows. In the network with solar power plants, the transformer losses of active power is reduced with increasing generation power, except for the most remote nodes from the balancing point, in which losses reduction takes place with load of transformers approximately up to 60 %. At significant overloads of transformers (up to 130 %) there is reactive power losses increasing in comparison with losses in the network without solar power plants. The dependence of active power losses in the network on the load of transformers has a nonlinear character). For each node at one value of transformer load the active losses are different. Less reactive power losses occur at lower load ratios of transformer. When increasing the load of transformers, the rate of increase in reactive losses is higher than the active ones. Also for closed networks with voltage of 110 kV it has been found that the optimal node for connecting the distributed generation is a node with a flow division of power. If there are several such nodes in the network, the optimal one for connecting is the node with the maximum load. The optimal power of the solar station in the node should not exceed 110 % of the installed transformer's power. Originality. For the first time the dependence between the place of the best connection source of the distributed generation with the point of flow distribution with the greatest current fraction from network balancing point was established. In this case the power of the source of distributed generation must not exceed 10 % of the total power of the transformers in this node. Practical significance. We have obtained reasonable conditions for connecting source of distributed generation to a closed electric network of 110 kV without performing large volumes of mode calculations. Namely, the optimal connection point is the point of flow distribution with the greatest current fraction from network balancing point.Розглянуто підхід до визначення потужності джерела розосередженого генерування (ДРГ) та оптимального місця його підключення для забезпечення мінімального значення втрат активної потужності в замкненій електричній мережі напругою 110 кВ. Виконано аналіз впливу потужності сонячної електростанції на режимні параметри мережі. Запропоновано критерій визначення значення потужності ДРГ в вузлах можливого підключення. Розроблено рекомендації до визначення оптимального вузла підключення джерела розосередженого генерації відповідної потужності.
ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫСОКОВОЛЬТНОГО РЕЗИСТИВНОГО ДЕЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Get PDFPurpose. Determination of the possibility of using the developed autonomous voltage divider for measuring high-voltage pulses with sharpened fronts (down to 1 ns). Methodology. We use the technique to determine the division ratio of the divider using a calibrated oscillator and oscilloscope. To determine the rise time of the transition characteristic of the divider, we use an experimental technique based on a high-voltage pulse generator with a steep front and computer simulation using circuit program Micro-Cap. Results. Oscillograms of high-voltage nanosecond pulses with subnanosecond fronts are experimentally obtained using an autonomous resistive voltage divider. A computer simulation of the operation of the created divider in various modes is carried out. Originality. We have shown that an autonomous shielded resistive high-voltage voltage divider can have a rise time less than 1 ns. The values of the parasitic parameters of the divider, which lead to a distortion of the sharpened pulse front with a rise time of ≈0.1 ns, are established. Practical value. The divider can be used to measure the characteristics of high-voltage pulses with a steep front (up to 1 ns as the lower limit). Цель. Определение возможности использования разработанного автономного делителя напряжения для измерения высоковольтных импульсов с обостренными фронтами (до 1 нс). Методика. Применена методика определения коэффициента деления делителя при помощи калиброванного генератора и осциллографа. Для определения времени нарастания переходной характеристики делителя использовалась экспериментальная методика на основе генератора высоковольтных импульсов с крутым фронтом и компьютерное моделирование с использованием программы схемотехнического моделирования Micro-Сap. Результаты. Экспериментально получены осциллограммы высоковольтных наносекундных импульсов с субнаносекундными фронтами при помощи созданного автономного резистивного делителя напряжения. Проведено компьютерное моделирование работы созданного делителя в различных режимах. Научная новизна. Показано, что автономный экранированный резистивный делитель высокого напряжения может иметь время нарастания менее 1 нс. Установлены величины паразитных параметров делителя, приводящих к искажению обостренного фронта импульсов с временем нарастания ≈0,1 нс. Практическая значимость. Делитель можно применять для измерения характеристик высоковольтных импульсов с крутым фронтом (до 1 нс как нижней границы).
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МЕТРОПОЛИТЕНА С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ ТОРМОЖЕНИИ
Get PDFPurpose. The purpose of the paper is to assess the efficiency of the subway power supply system, which uses a four-quadrant DC drive with energy recovery in the supply network in the braking mode. Methodology. We have applied the theory of electrical circuits and mathematical simulation in Matlab package. Results. The theoretical dependence of the efficiency of the electrical supply system with a bidirectional flow of energy on the coefficient of resistive short circuit at the load terminals has been obtained. The theoretical result is verified by modeling. Originality. The equivalent circuit of the subway power supply system with a four-quadrant DC drive and the possibility of energy recovery to the supply network in braking mode is developed, its parameters are determined, and the schedule of the electric train movement was set. Practical value. The use of the obtained dependencies and simulation results will allow to determine the direction of the future development of the subway power supply system and optimize its energy efficiency. Цель. Целью статьи является оценка КПД системы электроснабжения метрополитена, в которой используется четырёхквадрантный привод постоянного тока с рекуперацией энергии в питающую сеть в режиме торможения. Методика. Для проведения исследований использовалась теория электрических цепей, математическое моделирование в пакете Matlab. Результаты. Получена теоретическая зависимость КПД СЭ с двунаправленным потоком энергии от коэффициента резистивного короткого замыкания на клеммах нагрузки. Теоретический результат проверен моделированием. Научная новизна. Разработана эквивалентная схема системы электроснабжения метрополитена с четырёхквадрантным приводом постоянного тока и возможностью рекуперации энергии в питающую сеть в режиме торможения, определены её параметры, задан график движения электропоезда. Практическое значение. Использование полученных зависимостей и результатов моделирования позволит определить направление перспективного развития системы электроснабжения метрополитена, оптимизировать её энергоэффективность.
FUZZY SECOND ORDER SLIDING MODE CONTROL OF A UNIFIED POWER FLOW CONTROLLER
Get PDFPurpose. This paper presents an advanced control scheme based on fuzzy logic and second order sliding mode of a unified power flow controller. This controller offers advantages in terms of static and dynamic operation of the power system such as the control law is synthesized using three types of controllers: proportional integral , and sliding mode controller and Fuzzy logic second order sliding mode controller. Their respective performances are compared in terms of reference tracking, sensitivity to perturbations and robustness. We have to study the problem of controlling power in electric system by UPFC. The simulation results show the effectiveness of the proposed method especially in chattering-free behavior, response to sudden load variations and robustness. All the simulations for the above work have been carried out using MATLAB / Simulink. Various simulations have given very satisfactory results and we have successfully improved the real and reactive power flows on a transmission line as well as to regulate voltage at the bus where it is connected, the studies and illustrate the effectiveness and capability of UPFC in improving power.Цель. В настоящей статье представлена усовершенствованная схема управления, основанная на нечеткой логике и режиме скольжения второго порядка унифицированного контроллера потока мощности. Данный контроллер обладает преимуществами с точки зрения статической и динамической работы энергосистемы, например, закон управления синтезируется с использованием трех типов контроллеров: пропорционально-интегрального, контроллера скользящего режима и контроллера скользящего режима нечеткой логики второго порядка. Их соответствующие характеристики сравниваются с точки зрения отслеживания эталонов, чувствительности к возмущениям и надежности. Необходимо изучить проблему управления мощностью в энергосистеме с помощью унифицированного контроллера потока мощности (UPFC). Результаты моделирования показывают эффективность предложенного метода, особенно в отношении отсутствия вибрации, реакции на внезапные изменения нагрузки и устойчивости. Все расчеты для вышеуказанной работы были выполнены с использованием MATLAB/Simulink. Различные расчетные исследования дали весьма удовлетворительные результаты, и мы успешно улучшили потоки реальной и реактивной мощности на линии электропередачи, а также регулирование напряжения на шине, к которой она подключена, что позволяет изучить и проиллюстрировать эффективность и возможности UPFC для увеличения мощности
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНОМ ИМПУЛЬСНО-ИНДУКЦИОННОМ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ С ПОДВИЖНЫМ ИНДУКТОРОМ И ДВУМЯ ЯКОРЯМИ
Get PDFPurpose. The purpose of the paper is to determine the influence of the height of the mobile and stationary disk electrically conductive armatures covering the movable inductor on the electromechanical processes of linear pulsed-induction electromechanical converter (LPIEC). Methodology. With the help of the developed mathematical model that describes electromechanical and thermal processes of LPIEC, the influence of the heights of the armatures on electromechanical processes, the values of the electrodynamic forces acting on the inductor and armature, and the moving speed of the movable armature (MA) is established. Results. It is shown that if the height of the stationary armature (SA) is twice the height of the MA, then the inductor at the initial instant of time is acted upon by electrodynamics forces pressing it to the SA, and the displacement of the inductor begins with a delay of 0.35 ms. If the height of the MA is twice the height of the SA, then the electrodynamics forces act on the inductor at the initial instant of time, repelling it from the SA, and its movement begins with a delay of 0.1 ms. If the heights of the SA and the MA are equal, then until the time 0.15 ms on the inductor, the electrodynamics forces practically do not act and the inductor moving relative to the SA begins with a delay of 0.25 ms. Originality. The effect of the geometric parameters of the SA and MA on the velocity of the inductor moving relative to the SA, MA relative to the inductor and the MA relative to the SA is established. It has been established that the highest velocity of the MA relative to the SA develops the lowest MA, and the height of the SA does not affect it practically. However, with the increase in the height of the MA, the effect of SA begins to affect. In this case, it is expedient to select the height of the SA to be 0.4-0.42 of the height of the inductor. Practical value. It is shown that as the weight of the actuating element increases, the currents in the active elements of the LPIEC increase, the induction velocities of the inductor relative to the SA and the MA decrease relative to the inductor. At the same time, the maximum the electrodynamic forces values acting on the inductor decrease, and the armatures increase. Moreover, the maximum the electrodynamic forces acting on the MA are less than similar forces acting on the SA.Разработана математическую модель, которая описывает электромеханические процессы в линейном импульсно-индукционном электромеханическом преобразователе с подвижным индуктором, взаимодействующим со стационарным якорем (СЯ) и подвижным якорем (ПЯ), ускоряющим исполнительный элемент. Установлено влияние высот якорей на электромеханические процессы в преобразователе. Если высота СЯ в два раза больше высоты ПЯ, то на индуктор в начальный момент времени действуют электродинамические усилия (ЭДУ), прижимающие его к СЯ и перемещение индуктора начинается с задержкой 0,35 мс. Если высота ПЯ в два раза больше высоты СЯ, то на индуктор в начальный момент времени действуют ЭДУ, отталкивающие его от СЯ, и его перемещение начинается с задержкой 0,1 мс. Если высоты СЯ и ПЯ равны, то до момента времени 0,15 мс на индуктор практически не действуют ЭДУ и перемещение индуктора начинается с задержкой 0,25 мс. Установлены комбинации геометрических параметров якорей, при которых действуют как наибольшие, так и наименьшие импульсы ЭДУ. Наибольшие скорости развивает наиболее низкий ПЯ, причем высота СЯ на них практически не влияет. С увеличением массы исполнительного элемента происходит увеличение токов в активных элементах преобразователя и уменьшение скоростей индуктора и ПЯ. При этом максимальные значения ЭДУ, действующих на индуктор, уменьшаются, а на якоря – увеличиваются
ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ДОДАТКОВОГО АКТИВНОГО ОПОРУ В КОЛІ ОБМОТКИ ЗБУДЖЕННЯ НА ПУСКОВІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЯВНОПОЛЮСНИХ СИНХРОННИХ ДВИГУНІВ
Get PDFOn the basis of the developed method for calculating steady-state asynchronous operation modes of salient-pole synchronous motors, a procedure of mathematical modelling of the starting characteristics is proposed. The problem of calculating the steady-state asynchronous mode is solved as a boundary value one for differential equations of motor circuit electrical equilibrium. Algebraization of the system of differential equations is carried out by approximating the equations of state using cubic spline functions on a grid of period nodes, taking into account the periodic law of variation of the coordinates. This results in the changeover from continual values to nodal ones. The starting static characteristics are calculated using the parameter continuation method. The study of the effect of the starting resistance value on the asynchronous characteristics of the motor relied on a mathematical model of the motor taking into consideration real field circuits, saturation and asymmetry of the magnetic path.На основі розробленого методу розрахунку усталених асинхронних режимів явнополюсних синхронних двигунів запропоновано методику математичного моделювання пускових характеристик. Задача розрахунку стаціонарного асинхронного режиму розв’язується як крайова для диференціальних рівнянь електричної рівноваги контурів двигуна. Алгебризація системи диференціальних рівнянь здійснюється шляхом апроксимації рівнянь стану кубічними сплайн-функціями на сітці вузлів періоду з урахуванням періодичного закону зміни координат. В результаті здійснюється перехід від їх континуальних значень до вузлових. Розрахунок пускових статичних характеристик здійснюється методом продовження по параметру. Для дослідження впливу величини пускового опору на асинхронні характеристики двигуна використано математичну модель двигуна, в якій враховуються реальні контури пускової обмотки, насичення та несиметрія магнітопроводу
SLIDING MODE CONTROL OF THE DFIG USED IN WIND ENERGY SYSTEM
Get PDFThis paper, presents the application of the direct vector control using the sliding mode control (SMC) on the doubly fed induction generators (DFIG). The synthesis of the control laws is based on the model obtained by the orientation of the stator flux. The active and reactive powers that are generated by the doubly fed induction generators will be decoupled by the orientation of the stator flux and controlled by sliding mode controllers that have been developed. In order to rule on the validity as well as the performance of this type of adjustment, we will check its robustness by varying some parameters of the machine doubly fed induction.Цель. В статье представлено применение прямого векторного управления с использованием управления режимом скольжения (SMC) на индукционных генераторах двойного питания (DFIG). Синтез законов управления основан на модели, полученной с помощью ориентации потока статора. Активные и реактивные мощности, генерируемые индукционными генераторами двойного питания, разделены ориентацией потока статора и управляются разработанными контроллерами режима скольжения. Чтобы определить достоверность и эффективность данного типа регулирования, проверяется его надежность путем варьирования ряда параметров машины двойного питания
CALCULATION OF THE EQUIVALENT ELECTRICAL PARAMETERS OF THE INDUCTOR OF INDUCTION CHANNEL FURNACE WITH DEFECTS IN ITS LINING
Get PDFAim. The aim of the paper is to determine a quantitative relationship between measured impedance of the inductor and the electrical characteristics of the separated melt circuit parts for the determination of the place of a liquid metal leakage and for the improvement in such way the diagnostic system of lining state of induction channel furnaces. Technique. The study was performed on the basis of the concepts of theoretical electrical engineering, mathematical physics, and mathematical modeling. Results. Using two equivalent electrical circuits of the inductor the analytical expressions and graphical dependencies, which determine a quantitative relationship between the parameters of the separated parts of a liquid-metal circuit and the impedance of the whole inductor measured in practice, for the presence of different lining defects, were found. The method for calculating the increments of equivalent electrical parameters of the inductor as a function of increments of the parameters of the secondary liquid-metal circuit was proposed. Scientific novelty. It is proved that for small changes (less than 10 %) of the parameters of the liquid-metal circuit, it is expedient to use a linear relationship between its increments and to create the sensitivity matrix, which clearly shows the presence of a strong or weak interrelation between the disturbed values of the parameters of the secondary circuit and the inductor. Practical significance. The use of this technique allows to develop the database for various types of lining defects for a given furnace and on its basis to predict the places of a melt leakage and the state of furnace lining owing to periodical measurements of the inductor parameters.Цель. Целью статьи является установление количественной связи между измеряемым импедансом индуктора и электрическими характеристиками отдельных участков контура расплава для установления места протекания жидкого металла и усовершенствования таким образом системы диагностики состояния футеровки индукционных канальных печей. Методика. Для проведения исследований использовались положения теоретической электротехники, математической физики, математического моделирования. Результаты. C использованием двух электрических схем замещения индуктора получены аналитические выражения и графические зависимости, устанавливающие количественную связь между параметрами отдельных участков жидкометаллического контура и измеряемым на практике импедансом всего индуктора при наличии различных дефектов в его футеровке. Предложена методика расчета приращений эквивалентных электрических параметров индуктора в зависимости от приращений параметров вторичного жидкометаллического контура. Научная новизна. Доказано, что при малых изменениях (менее 10%) параметров жидкометаллического контура целесообразно использовать линейную связь между их приращениями с построением матрицы чувствительности, которая наглядно показывает наличие сильной или слабой связи между возмущенными значениями параметров вторичного контура и индуктора. Практическое значение. Использование данной методики позволяет разработать базу данных для различных типов дефектов футеровки для индукционной канальной печи и на ее основе, путем периодического измерения параметров индуктора, прогнозировать места протеканий расплава и состояние футеровки