ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

НАУКОВА КОНЦЕПЦІЯ РОЗРОБКИ ВИСОКОВОЛЬТНИХ ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ РЕЗОНАНСНОГО ТИПУ З ШВИДКОДІЮЧИМИ КЕРУВАННЯМ І ПАРАМЕТРИЧНОЮ СТАБІЛІЗАЦІЄЮ РЕЖИМІВ НАВАНТАЖЕННЯ

А.А. Щерба, Д.В. Вінниченко, Н.І. Супруновська — пн, 01 кві 2024 00:00:00 +0000

Розроблено наукову концепцію створення мобільних високовольтних безтрансформаторних електротехнічних систем (ЕТС) резонансного типу на основі реалізації в них послідовного високодобротного індуктивно-ємнісного контуру (ІЄК) та високочастотного (ВЧ) синусоїдного струму, цілеспрямованим регулюванням частоти якого забезпечується максимальне підвищення величини змінної напруги на навантаженні ЕТС. Значне збільшення частоти струму в ІЄК забезпечує відповідне зменшення імпульсної електроенергії в навантаженні ЕТС та підвищення швидкодії керування і стабілізації його режимів навіть у разі зменшення його електричного опору до нуля, характерному для пробою ізоляції. В ІЄК використовували котушки індуктивності добротністю Q_L ~270 (виготовлені авторами з багатожильних ізольованих скручених мідних проводів типу "літцендрат") та керамічні конденсатори ємністю ~ 3,5 нФ і добротністю Q_С >1000. Під час формування резонансних струмів частотою ~ 40 кГц в цих ІЄК реалізовували максимальну добротність Q_ІЄК ~ 260 і відповідне відношення вихідної напруги ЕТС до вхідної без використання підвищувальних трансформаторів. Зокрема, у разі підключення ЕТС до джерела напруги 220 В на виході ЕТС можливо отримувати напругу з амплітудним значенням до 78 кВ. Використання даної концепції значно зменшує масо-габаритні характеристики ЕТС, що дає підстави для створення мобільних, а за необхідності і автономних ЕТС – з електроживленням від акумуляторів. Дана концепція спрямована саме на створення мобільних ЕТС для моніторингу та діагностики високовольтної ізоляції силових кабелів і потужних електричних машин типу турбогенераторів атомних електростанцій (АЕС) та інших високовольтних енергооб’єктів критичної інфраструктури України в місцях їхнього розташування, що є важливим у даний воєнний період. ЕТС такого типу може використовуватися і для заряду до високих напруг ємнісних накопичувачів енергії (ЄНЕ) електророзрядних установок (ЕРУ) для виробництва електроіскрових мікро- і нанопорошків з унікальними властивостями та для високовольтної електрогідроімпульсної обробки різних матеріалів і середовищ. Бібл. 40, рис. 4.

ДИНАМІЧНА МОДЕЛЬ РЕЗОНАНСНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ДЛЯ ВПЛИВУ ЗІ СТОРОНИ ЖИВЛЕННЯ

Г.В. Павлов, А.B. Обрубов, І.Л. Вінниченко — пн, 01 кві 2024 00:00:00 +0000

В роботі отримано дискретну динамічну модель двотактного резонансного перетворювача з симетричним режимом роботи, яка описує резонансний перетворювач як передатну ланку з входом зі сторони напруги живлення та виходом зі сторони струму навантаження. Динамічну модель засновано на лінійній математичній моделі резонансного перетворювача, побудованій за принципом суперпозиції. Наведено структуру резонансного перетворювача з обвідними процесів та дискретної динамічної моделі резонансного перетворювача n-го порядку. Доведено, що передатну функцію дискретної динамічної моделі для обвідної функції може бути визначено за передатною функцією неперервної системи. Отримані залежності, що описують дискретні передатні функції резонансного перетворювача, застосовано задля отримання дискретної динамічної моделі двоконтурного трансформаторного резонансного перетворювача з синхронним випрямлячем. Для цього визначено послідовність дій: знаходження передатної функції неперервної динамічної моделі; отримання системи рівнянь у векторно-матричній формі, що описує електромагнітні процеси в перетворювачі, і системи дискретних рівнянь; визначення передатної функцію обвідної. Отримані теоретичні результати перевірено за допомогою імітаційного моделювання двоконтурного резонансного перетворювача. Запропонована динамічна модель дає змогу аналізувати вплив нестабільності та низькочастотних коливань напруги живлення резонансного перетворювача на вихідні величини. Представлені результати можуть бути використані під час розробки та вдосконалення одно- або багатоконтурних мостових високочастотних резонансних перетворювачів якості вторинних джерел живлення та перетворювачів, що застосовуються в системах розмагнічування суден. Бібл. 25, рис. 8, табл. 2.

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ МАГНІТОЕЛЕКТРИЧНОЇ МАШИНИ

І.П. Кондратенко, Р.С. Крищук — пн, 01 кві 2024 00:00:00 +0000

Пропонується математична модель для розрахунку електромагнітних параметрів магнітоелектричних машин аналітичним методом. Постійні магніти абстрагуються у вигляді еквівалентних соленоїдів із постійним струмом у вигляді струмових контурів. Модель відрізняється від відомої наявністю подвійних лінійних струмових контурів статора для аналізу магнітоелектричних машин з двошаровою обмоткою. Також запропонована модель враховує наявність лінійних струмових контурів еквівалентних соленоїдів замість точкових струмових контурів для більш точного розрахунку. Струмові контури статора та ротора задаються на границях повітряного проміжку електричної машини, тобто на гладких безпазових поверхнях магнітопроводів. Вперше такі контури виражені у вигляді добутку трьох змінних: сила струму, коефіцієнт лінійної густини струму та коефіцієнт просторового розподілу. Індуктивність пазів статора та опір обмотки враховано відомими аналітичними виразами класичної теорії електричних машин. Частоту обертання ротора представлено як функція від часу. Для магнітоелектричних машин заданих розмірів і заданої змінної частоти обертання ротора обчислено з використанням математичної моделі розподіл індукції магнітного поля, векторного магнітного потенціалу, струмів, коефіцієнтів просторового розподілу обмотки та напруженості електричного поля постійних магнітів. Бібл. 7, табл. 1, рис. 4.

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ТА МЕХАНІЧНИХ ПРОЦЕСІВ АСИНХРОННО-СИНХРОННОГО ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА В РЕЖИМІ НЕРОБОЧОГО ХОДУ

М.І. Коцур — пн, 01 кві 2024 00:00:00 +0000

Розроблено двовимірну коло-польову модель нестаціонарних електромагнітних та механічних процесів асинхронно-синхронного електромеханічного перетворювача, яка дає змогу встановити взаємозв’язок електромагнітних процесів у коловій та 2D-польовій частинах моделі, врахувати особливості конструкції його обмоток якоря та ротора через їхню схемну реалізацію та забезпечити комутацію з елементами звичайних та напівпровідникових систем живлення. Методами чисельного моделювання досліджено електромагнітні та механічні процеси в режимі неробочого ходу у разі спільної взаємодії суміщених асинхронної та синхронної частин в єдиній активній частині асинхронно-синхронного електромеханічного перетворювача. Показано наявність самосинхронізуючих властивостей для асинхронно-синхронних електромеханічних перетворювачів, за яких забезпечується асинхронний пуск з подальшим втягуванням його ротора у синхронізм в режимі неробочого ходу без збудження, пояснено умови їхнього виникнення. Встановлені співвідношення між струмом неробочого ходу та струмом збудження, яке визначає роботу синхронної частини асинхронно-синхронного електромеханічного перетворювача в режимах недозбудження, нормального збудження та перезбудження. Доведено, що в режимах недозбудження та нормального збудження його синхронна частина працює як компенсатор реактивної потужності, в режимі перезбудження – як генератор. Експериментальні дослідження підтверджують адекватність та точність чисельної реалізації, а також відповідність електромагнітним процесам у разі роботи асинхронно-синхронного електромеханічного перетворювача в режимі неробочого ходу. Бібл. 14, рис. 11.

КОМП’ЮТЕРНА СИСТЕМА МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ЦІНОУТВОРЕННЯ НА ОПТОВОМУ РИНКУ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ

В.А. Євдокімов, З.X. Борукаєв, К.Б. Остапченко — пн, 01 кві 2024 00:00:00 +0000

Широкомасштабне впровадження у традиційні енергетичні системи генеруючих об'єктів і устаткування, які використовують відновлювані джерела енергії у рамках реалізації стратегії декарбонізації енергетики, призводить до зміни у структурі виробництва та споживання електроенергії, стрімкого зростання числа учасників торговельно-економічних відносин на ринку електроенергії. Це обумовлює необхідність проведення досліджень у напрямку створення простих у використанні, функціональних за призначенням об'єктно-орієнтованих комп'ютерних систем моделювання процесів конкурентного ринку в частині управління ціноутворенням задля підвищення продуктивності та результативності рішень, які приймаються учасниками ринку. В статті формулюються принципи, функціональність та вимоги до побудови такого класу комп’ютерних систем моделювання. На основі їхньго застосування визначається орієнтовний склад функціо-нальних модулів комп’ютерної системи моделювання процесів ціноутворення з єдиним уніфікованим середо-вищем інформаційних ресурсів та комп’ютерних моделей. Подано визначальну алгоритмічну модель аналізу динаміки розподілу обсягів купівлі-продажу (попиту) електроенергії на сегментах оптового ринку у складі середовища комп’ютерних моделей комп’ютерної системи моделювання процесів ціноутворення. Наведено результати проведених модельних розрахунків для оцінки динаміки попиту на сегментах ринку, які отримано з використанням інформаційних ресурсів і модулів подання та візуалізації даних побудованої комп’ютерної системи моделювання. Бібл. 22, рис. 2, табл. 1.

АНАЛІЗ РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ НЕОДНОРІДНОСТІ МЕРЕЖІ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

М.В. Гребченко, М.Ф. Сопель, О.В. Сподинський — пн, 01 кві 2024 00:00:00 +0000

Досліджено режими обриву однієї лінії ділянок мережі, що мають паралельні лінії, в електричних розподільних мережах електропостачання споживачів електричного транспорту постійного струму. Проведено аналіз експериментальних даних, результати якого вказують на наявність залежності значення змінної складової у випростованому струмі від відстані до пошкодженої ділянки. Проведено математичне моделювання режиму обриву однієї з ділянок лінії в мережі з послідовним з’єднанням трьох ділянок, кожна з яких має паралельні лінії. Отримані результати математичного моделювання режимів роботи мережі постійного струму з неоднорідністю різних ділянок також вказують на можливість використання шостої гармоніки струму для визначення виникнення неоднорідності й ділянки з цією неоднорідністю. Задля зниження впливу зміни навантаження під час визначення неоднорідної ділянки запропоновано додатково контролювати вхідний опір мережі на частоті 300 Гц. Встановлено, що у цих режимах найбільше змінюється кут опору. Запропоновано метод визначення виникнення локального пошкодження лінії постійного струму й відстані до місця пошкодження, що заснований на контролі значення струму лінії та вхідного опору лінії на частоті 300 Гц. Бібл. 7, рис. 4, табл. 2.

ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ ПОЛЕ НА ПЛОСКІЙ ПОВЕРХНІ ЕЛЕКТРОПРОВІДНОГО ТІЛА, ОБУМОВЛЕНЕ СТАНДАРТНИМИ ДЖЕРЕЛАМИ НЕОДНОРІДНОГО ЗОВНІШНЬОГО ПОЛЯ

Ю.М. Васецький — пн, 01 кві 2024 00:00:00 +0000

Метою роботи є отримання конкретних виразів для напруженостей електричної та магнітної складових електромагнітного поля через дію двох типів елементарних джерел зовнішнього поля, розташованих поблизу електропровідного півпростору, з урахуванням вихрових струмів: прямолінійного струму, паралельного поверхні поділу діелектричного та електропровідного середовищ, і магнітного моменту, орієнтованого вздовж нормалі до поверхні електропровідного тіла у разі прояву сильного скін-ефекту. Застосовано розв’язок для електромагнітного поля на поверхні поділу середовищ, що справедливий за сильного скін-ефекту у вигляді розкладання в асимптотичний ряд, кожен член якого пропорційний похідної відповідного порядку від компонент зовнішнього поля, що дає змогу врахувати вплив неоднорідності зовнішнього поля. Показано, що математичні моделі з ідеальним скін-ефектом мають обмежену область застосування, що обумовлює для неоднорідного поля і кінцевої глибини скін шару застосовування більш коректних математичних моделей. Отримані виразі для електромагнітного поля за дії елементарних джерел неоднорідного зовнішнього поля дають змогу використовувати принцип суперпозиції задля визначення розподілу полів в електромагнітних системах більш складної тривимірної конфігурації. Бібл. 25, рис. 5.

ЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ У КОМПОЗИТНИХ НАПІВПРОВІДНИХ ЕКРАНАХ ТА ЇХ ВПЛИВ НА ДІЕЛЕКТРИЧНІ ПАРАМЕТРИ СИЛОВИХ ВИСОКОВОЛЬТНИХ КАБЕЛІВ

Г.В. Безпрозванних, М.В. Гринишина — пн, 01 кві 2024 00:00:00 +0000

Запропоновано методологію моделювання процесу перколяції у напівпровідних екранах силових високовольтних кабелів. Напівпровідний екран представлено двовимірною решітчастою моделлю з полімерною матрицею, що наповнена провідними частинками сажі. Модельні матриці композиту в залежності від ймовірності заповнення та концентрації провідного наповнювача узгоджуються з мікрофотографіями розподілу сажі у поліетиленовій матриці напівпровідного екрану силового кабелю. Визначено з урахуванням стохастичності процесу перколяції діапазон критичної концентрації провідного наповнювача, що обумовлює поріг протікання у представленій моделі. На експериментальній часовій залежності струму абсорбції силового кабелю спостерігаються збурення, що є опосередкованим свідченням накопичення поверхневих зарядів на межі поділу напівпровідний екран – високовольтна полімерна ізоляція. Часові залежності електричної ємності та тангенсу кута діелектричних втрат на частоті 120 Гц підтверджують стохастичний характер процесу накопичення поверхневих зарядів. Цей процес обумовлює уповільнену у часі міжфазну поляризацію у силових високовольтних кабелях. Бібл. 36, рис. 5.

ЗАКОНОМІРНОСТІ ФОРМУВАННЯ ЗАХИСНОГО ПОТЕНЦІАЛУ ПІДЗЕМНИХ СТАЛЕВИХ ТРУБОПРОВОДІВ В УМОВАХ НЕОДНОРІДНОГО СЕРЕДОВИЩА

О.О. Азюковський, Ю.А. Папаїка, В.М. Горєв, М.В. Бабенко — пн, 01 кві 2024 00:00:00 +0000

У роботі виконано моделювання розподілу захисного потенціалу станцій електрохімічного захисту на основі отриманих функціональний залежностей. Початкові умови прийнято для типового сортаменту металопрокату, що застосовується для підземного газопостачання. На початковому етапі моделювання стохастичний характер змінення параметрів ґрунтів не враховано. Розподіл захисного потенціалу підземного трубопроводу в функції двох змінних (часу та дистанції) показав взаємний вплив сусідніх станцій на формування захисної зони. Отримано нові залежності режимних параметрів електротехнічного комплексу електрохімічного захисту від комплексу змінних, що характеризують джерело живлення, фізичні розміри трубопроводу та варіативне розташування активних катодних станцій. Експериментальні дослідження режимів станцій електрохімічного захисту на об’єктах газотранспортної системи України підтвердили адекватність запропонованих аналітичних моделей. Бібл. 16, рис. 3.

ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ В ЕЛЕКТРИЧНОМУ КОЛІ З СВІТЛОДІОДАМИ

В.А. Андрійчук, Л.M. Костик, Я.O. Філюк, М.C. Наконечний — пн, 01 кві 2024 00:00:00 +0000

В роботі представлені результати теоретичних та експериментальних досліджень перехідних процесів в електричних колах з окремо взятим світлодіодом та їх послідовним, паралельним та змішаним з’єднанням. Показано, що динаміка наростання струму в колі із світлодіодом дуже мало змінюється при переході від окремо взятого СД до паралельного та послідовного їхнього з’єднання. Крім того, час наростання струму значно більший, ніж час його спадання. Порівнюючи динаміку спадання струму в колі і напруги, прикладеної до світлодіода, видно, що вони співпадають. Запропонована еквівалентна схема світлодіода, що представлена паралельною ланкою конденсатора C_d та опору R_d,, з’єднаною з послідовним опором R_S, добре узгоджується з теоретичними розрахунками перехідних процесів та з отриманими експериментальними результатами. Основну роль у величині постійної часу τ перехідного процесу відіграє ємність конденсатора С_d, яка визначається дифузною ємністю гетеропереходу. На основі отриманих результатів визначено, що максимальна частота імпульсного живлення світлодіодних світлових приладів 8‧10⁵ Гц. Бібл. 11, рис. 5, табл. 1.