ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

ПОКАЖЧИК СТАТЕЙ ЗА 2023 РІК

2023-11-15

ОСОБЛИВОСТІ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ЛІНІЙНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГУНА З КОРОТКИМИ ІНДУКТОРОМ І ВТОРИННИМ ЕЛЕМЕНТОМ

В.І. Теряєв — 2023-11-13

На основі уточненої математичної моделі лінійного асинхронного двигуна, яка враховує кінцеві ефекти, насичення магнітопроводу та неповне перекриття індуктора вторинним елементом побудована імітаційна модель електроприводу в пакеті Matlab. Проведено моделювання роботи лінійного електроприводу, що враховує ефект входу-виходу вторинного елементу з магнітного поля індуктора. Отримані результати досліджень підтверджують працездатність розробленої моделі і її придатність для проведення уточненого моделювання та синтезу законів керування лінійного електроприводу. Бібл. 11, рис. 13, табл. 1.

ВПЛИВ ФОРМИ СТРУМУ УПРАВЛІННЯ НА НУТАЦІЮ ТРИСТУПЕНЕВОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МАШИНИ З ЗОВНІШНІМ РОТОРОМ

І.С. Пєтухов — 2023-11-13

Розглянуто конструкцію електричної машини з трьома ступенями свободи ротора із зовнішнім магнітопроводом, що містить постійні магніти, і внутрішнім магнітопроводом. Обидва магнітопроводи є такими, що обертаються. У повітряному проміжку між магнітопроводами розташованo обмотки статора, а саме: обмотка керування та двофазна обмотка обертального руху. Кожна з обмоток живиться змінним струмом відповідної фази. Відзначено позитивну властивість гіростабілізації ротора такої конструкції та негативне явище нутації в умовах вимушеної зміни орієнтації осі обертання. Магнітні втрати в системі відсутні завдяки синхронному обертанню зовнішнього та внутрішнього магнітопроводів. Зроблено припущення про нерухомість центру мас і відсутність будь-яких втрат, які роблять механічну систему неконсервативною. Сформульовано математичну модель механічної системи та модель магнітного поля для розрахунку електромагнітних моментів, що діють на ротор. Отримано вирази для складових електромагнітного моменту для використання в інтерфейсі "Comsol Multiphysics". Вивчено вплив синусоїдального та імпульсного струмів обмотки управління на розмах нутації. Зроблено висновок про оптимальність живлення обмотки керування неспотвореним синусоїдальним струмом або імпульсним струмом з тривалістю прямокутних імпульсів близько однієї третини періоду. Бібл. 15, рис. 6., табл. 1.

АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК З АЕРОДИНАМІЧНОЮ МУЛЬТИПЛІКАЦІЄЮ

П.Д. Андрієнко — 2023-11-13

В статті розглянуто стан розвитку потужних вітроенергетичних установок з горизонтальною віссю обертання вітроколеса. У найбільш поширених вітроустановках зі змінною швидкістю вітрового потоку для сумісності електрогенератора з мережею необхідно встановлювати перетворювач частоти, що призводить до зменшення ККД системи, а використання прямого підключення генератора до осі вітроколеса – до суттєвого збільшення маси і вартості генератора. Альтернативою таким системам пропонується вітроустановка з аеродинамічною мультиплікацією, дослідний зразок якої потужністю 750 кВт виготовлено та досліджено в Україні. Електромеханічна схема такої системи при використанні синхронних або асинхронних генераторів має властивість при постійних частотах обертання ротора генератора генерувати енергію в оптимальному режимі при змінній швидкості вітрового потоку у широкому діапазоні без перетворювача частоти, що сприяє підвищенню ККД та зменшенню вартості електроустановки. Показано, що зменшення відносних показників маси, вартості та ККД генераторів запропонованої та класичної системи залежить від коефіцієнта мультиплікації (відношення частоти обертання вітроколеса та генератора), і в діапазоні потужностей вітроустановок 750÷2500 кВт знаходяться у межах 10,72÷4,75. Теоретичні та експериментальні дослідження показують, що вітроенергетичні установки з аеродинамічною мультиплікацією можуть бути конкурентоспроможними по відношенню до традиційних вітроустановок з горизонтальною віссю обертання вітроколеса. Ціллю поточної статті є порівняльний аналіз кількісних і якісних характеристик використовуваного обладнання вітроустановок великої потужності з горизонтальною віссю обертання і прямим підключенням генераторів до осі вітроколеса, і вітроустановок з аеродинамічною мультиплікацією. Бібл. 27, табл. 1, рис. 6.

МОДЕЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРОТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВ В УСТАНОВЦІ ІНДУКЦІЙНОЇ ТЕРМООБРОБКИ АЛЮМІНІЄВИХ ЗЛИВКІВ І ВИЗНАЧЕННЯ ШЛЯХІВ ПІДВИЩЕННЯ ЇЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ПРИ ПРЕСУВАННІ КАТАНКИ ДЛЯ СИЛОВИХ КАБЕЛІВ

А.Ф. Жаркін — 2023-11-13

Представлено комп’ютерну математичну модель для дослідження електротеплових процесів в установці індукційної термообробки циліндричних алюмінієвих зливків (заготовок) при пресуванні катанки для виготовлення алюмінієвого дроту для силових кабелів. Модель дозволяє визначити енергетично і технологічно доцільні електромагнітні і теплові режими індукційної термообробки зливків при заданій напрузі на індукторі. Представлено результати дослідження типової установки для нагрівання алюмінієвих заготовок з метою їхнього подальшого градієнтного пресування з використанням однофазного одношарового циліндричного індуктора, виготовленого із прямокутної мідної трубки. Отримано розподіли температури по довжині алюмінієвих заготовок, а також в поперечних перерізах заготовки на виході з індуктора. Незначна відмінність розрахованих електромагнітних і теплових параметрів від аналогічних параметрів діючої установки підтвердила адекватність розробленої моделі. Розглянуто шляхи підвищення ефективності установки індукційного нагрівання за рахунок оптимізації профілю витків індуктора. Визначено вплив товщини ближньої до заготовки стінки мідної трубки індуктора на ККД установки і показано, що оптимальна її товщина знаходиться на рівні глибини проникнення електромагнітного поля в метал. Досліджено також можливість використання трифазного електроживлення індуктора і показано, що в такому випадку найбільш доцільним є використання зсуву фазового кута між напругами у 60 ел. град. Бібл. 10, табл. 2, рис. 7.

СТІЙКІСТЬ ЗАМКНЕНИХ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ ШИРОТНО-ІМПУЛЬСНОЇ МОДУЛЯЦІЇ ПІД ЧАС ВРАХУВАННЯ ФАКТОРУ ПУЛЬСАЦІЙ

В.Я. Жуйков — 2023-11-13

Переважна більшість систем електроживлення малої та середньої потужності базується на імпульсних перетворювачах з використанням широтно-імпульсної модуляції, що забезпечує гнучке регулювання параметрів електроенергії, що особливо важливо в системах з відновлюваними джерелами енергії. За синтезу систем керування на основі широтно-імпульсної модуляції необхідно враховувати рівень пульсації вихідної напруги, яка суттєво впливає на стійкість та, відповідно, на значення коефіцієнту підсилення. Вплив пульсації на стійкість описується на основі фактора пульсації, що враховує складову, яка передує моменту комутації. У статті запропоновано також враховувати складову, що слідує після моменту комутації. На прикладі асинхронної широтно-імпульсної модуляції отримано передавальну характеристику замкненої системи з урахуванням запропонованого фактора пульсації після комутації та проаналізовано область стійкості замкненої системи. Бібл. 12, рис. 2.

РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ МОДЕЛІ ПІД-РЕГУЛЯТОРА НАПРУГИ ДУГИ ПІД ЧАС НАПЛАВЛЕННЯ

В.Г. Соловйов — 2023-11-13

У статті розглянуто розробку та тестування моделі ПІД-регулятора, якій здатен автоматично підлаштовувати та підтримувати задану напругу дуги під час електродугового наплавлення. Проаналізовано деякі особливості процесів дугового наплавлення, зокрема, вибір режимів наплавлення, а також основні пристрої – потенціометри, які використовуються в схемах установок для наплавлення задля регулювання основних параметрів режимів наплавлення – напруги та струму. Наводяться докази необхідності використання для регулювання процесу наплавлення напруги безпосередньо на дузі, а не на джерелі живлення. На основі цього аналізу з використанням програми Simulink MATLAB створено модель ПІД-регулятора напруги дуги у разі дугового наплавлення. Результати тестування ПІД-регулятора показують, що пристрій забезпечує точніше та стабільніше налаштування режиму наплавлення, ніж традиційні методи регулювання. ПІД-регулятор дасть змогу суттєво знизити можливі помилки під час розробки та використання технологій автоматичного дугового наплавлення різних деталей і виробів. Бібл. 10, рис. 6, табл. 1.

ОСОБЛИВОСТІ ЗМІНИ РОБОЧИХ СТАНІВ ВИКОНАВЧИХ СТРУКТУР БАГАТОРІВНЕВИХ ВИПРЯМЛЯЧІВ

К.О. Липківський — 2023-11-13

Основною складовою частиною систем електроживлення постійного струму є різноманітні напівпровідникові переважно керовані випрямлячі з відповідними фільтруючими конденсаторами. Зокрема, це багаторівневі випрямлячі (БРВ) з цілеспрямованою дискретно-разовою зміною коефіцієнта передачі по напрузі шляхом відповідної зміни робочого стану його виконавчої структури. Синтезовані оптимальні варіанти цих структур відзначаються високою ефективністю використання напівпровідникових ключових елементів. У роботі виявлено та проаналізовано особливості реалізації переходів між зазначеними робочими станами у двох типах БРВ – з широким (повним) та з обмеженим діапазоном регулювання вихідної напруги. Врахування цих особливостей дало змогу визначити доцільні алгоритми дискретно-разового керування напівпровідниковими ключовими елементами БРВ, які забезпечують прийнятний перебіг цих переходів, за якого практично виключається можливість виникнення відчутних небажаних сплесків або спадів напруги, що подається до споживача. Багатоваріантність реалізації алгоритмів переходів між рівнями вихідної напруги БРВ є ще одним з аспектів багатоваріантності трансформаторно-ключових виконавчих структур перетворювачів взагалі. Бібл. 10, табл. 1, рис. 5.

СТРУКТУРНІ ЗМІНИ ЕНЕРГОСИСТЕМ ТА ВІДПОВІДНІ ЗМІНИ ЇХНІХ ДИНАМІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ

О.Ф. Буткевич — 2023-11-13

Наведено результати досліджень, що стосуються змін динамічних властивостей електроенергетичних систем (ЕЕС) внаслідок розвитку електричних мереж та значного збільшення частки розподілених джерел генерування в структурі генеруючих потужностей ЕЕС. З використанням трьох розроблених моделей ЕЕС, що відповідали послідовним етапам розвитку ЕЕС, внаслідок опрацювання результатів моделювання електромеханічних перехідних процесів виявлено зміни, що відбулися у спектрі власних частот ЕЕС та у протіканні аварійних процесів. Отримані результати дають можливість передбачити якісні зміни динамічних властивостей об’єднаної енергосистеми України на етапах її повоєнного відновлення та розвитку. Бібл. 10, рис. 10, табл. 3.

ВТРАТИ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ, ВИКЛИКАНІ ПЕРЕТОКАМИ ВІДНОВЛЮВАНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ, В БАЛАНСІ ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ

П.Д. Лежнюк — 2023-11-13

Відновлювані джерела енергії (ВДЕ) впливають на техніко-економічні параметри електричних мереж. Зокрема, зі збільшенням кількості електроенергії в балансі ЕЕС, виробленої ВДЕ, актуальним є визначення втрат потужності та електроенергії в електричних мережах, викликаних перетоками електроенергії від ВДЕ. Розроблено метод, алгоритм і програма визначення складової втрат потужності та електроенергії від ВДЕ у сумарних втратах електричних мереж. В основу методу покладено математичну модель електричної мережі для визначення втрат, в якій використовуються коефіцієнти розподілу струмів у вітках схеми від вузлів з ВДЕ та вузлові напруги. В результаті формується матриця коефіцієнтів розподілу втрат потужності у вітках схеми в залежності від потужності у вузлах схеми. Напруги під час формування матриці розподілу втрат визначаються за результатами розрахунку усталених режимів електричної мережі або за експериментальними даними вимірювання. Показано, що значення втрат електроенергії в електричних мережах, викликаних ВДЕ, можуть використовуватися під час оперативного планування балансу електроенергії в ЕЕС та, оскільки вони є адресними, відповідно може компенсуватися їх вартість. Бібл. 8, рис. 2.

ФОРМУВАННЯ ГРАФІКА ПРОПОЗИЦІЇ ГЕС НА РИНКУ «НА ДОБУ НАПЕРЕД» МЕТОДАМИ УМОВНОЇ ОПТИМІЗАЦІЇ ЗІ ШТРАФНИМИ ФУНКЦІЯМИ

Є.В. Парус — 2023-11-13

Наведено математичні моделі для формування графіка пропозиції електричної енергії від ГЕС у сегменті ринку «на добу наперед». Описано постановку задачі формування графіка пропозиції як задачі оптимального використання наявних гідроресурсів для виробництва електричної енергії на ГЕС. Обґрунтовано потребу виконання двоетапної оптимізації за ціновими та неціновими критеріями. Запропоновано враховувати нецінові критерії за допомогою штрафних функцій у цільовій функції оптимізації за ціновими критеріями. Наведено систему основних технологічних обмежень, а також рівнянь контролю і коригування рівня заповнення водосховища. Представлено результати практичних розрахунків для обох варіантів оптимізації. Бібл. 9, рис. 3.