ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

Покажчик статей за 2024 рік

2024-10-21

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-МОДЕЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ РОЗОСЕРЕДЖЕНОЇ ГЕНЕРАЦІЇ НА ВИНИКНЕННЯ АСИНХРОННИХ РЕЖИМІВ В ОБ’ЄДНАНІЙ ЕНЕРГОСИСТЕМІ УКРАЇНИ

О.Ф. Буткевич — 2024-10-21

Наведено результати експериментально-модельних досліджень впливу розосереджених джерел генерування (РДГ) на виникнення в об’єднаній енергосистемі (ОЕС) України асинхронних режимів (АР) внаслідок аварій в її системотвірній електричній мережі. Сценаріями моделювання передбачалося, що потужності РДГ введено в розподільні електричні мережі замість енергоблоків теплових електростанцій ОЕС України, зруйнованих внаслідок ракетних обстрілів росіянами. За відсутності інформації щодо РДГ зроблено певні узагальнення та припущення щодо можливості моделювання груп РДГ у вигляді турбогенераторів з різними сталими інерції. Розглядалися різні сценарії виникнення аварій та функціонування пристроїв релейного захисту та протиаварійної автоматики. Результати виконаних досліджень свідчать, що введення в розподільні електричні мережі РДГ не сприяє виникненню АР в системотвірній електричній мережі ОЕС України. Бібл. 11, рис. 10, табл. 3.

ВИЗНАЧЕННЯ ВЕЛИЧИНИ ЄМНОСТІ СИСТЕМИ ПРОВІД-ІЗОЛЯТОР-ШТИР В ПОВІТРЯНИХ ЛІНІЯХ НАПРУГОЮ 6-10 кВ ДЛЯ ОЦІНКИ МОЖЛИВОСТІ РАННЬОЇ ДІАГНОСТИКИ СТАНУ ІЗОЛЯЦІЇ

Р.О. Буйний — 2024-10-21

Проаналізовано негативний вплив однофазних замикань на землю в мережах з ізольованою нейтраллю, що виникають через пробій штирової ізоляції повітряних ліній 6-10 кВ. Запропоновано концепцію раннього виявлення пошкоджень штирових ізоляторів, що базується на вимірюванні зміни струму витоку через ізолятори, викликаного зміною ємності системи «провід-ізолятор-штир». Для цього проведено імітаційне моделювання системи. У програмному пакеті AutoCAD створено геометричну модель ізолятора марки ШФ‑20Г з урахуванням конструктивних особливостей кріплення проводу. Вона дала можливість оцінити електричну ємність системи «провід-ізолятор-штир» у програмному пакеті Comsol Multiphysics 5.6 на базі розподілу електричного поля. Проаналізовано залежність отриманої електричної ємності ізоляторів марки ШФ-20Г від діелектричної проникності матеріалу ізолятора, діаметрів і марок проводів, що використовуються на лініях 6-10 кВ, та варіантів в’язки проводу. Отримано чисельні значення ємності системи «провід-ізолятор-штир» для різних варіантів конфігурацій. Показано, що стан матеріалу ізолятора має вирішальний вплив на ємність системи. Бібл. 11, рис. 2, табл. 2.

КЕРУВАННЯ АВТОНОМНИМ АСИНХРОННИМ ГЕНЕРАТОРОМ З ВЕНТИЛЬНО-КОНДЕНСАТОРНОЮ СИСТЕМОЮ РЕГУЛЮВАННЯ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ НА ОСНОВІ БАГАТОМОДУЛЬНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА

Л.І. Мазуренко — 2024-10-21

Запропоновано принципи багаторівневої стабілізації напруги автономної системи електроживлення, реалізованої на основі трифазного асинхронного генератора стабілізованої частоти обертання з вентильно-конденсаторним регульованим джерелом реактивної потужності в колах статора, що містить багатомодульний вентильний перетворювач і батарею конденсаторів. Для регулювання напруги зазначеної системи розроблено алгоритм векторного керування по результуючому вектору напруги статора генератора. З використанням розробленої імітаційної динамічної моделі для верифікації ефективності запропонованих принципів стабілізації напруги та векторного алгоритму регулювання генератора проведено чисельні дослідження електромеханічних процесів в системі за активно-індуктивного характеру навантаження. Відзначено основні переваги застосування багатомодульних вентильних перетворювачів в автономних системах електроживлення? побудованих на основі асинхронного генератора з к.з. ротором і вентильно-конденсаторною системою регулювання реактивної потужності в колах статора. Бібл. 10, рис. 3, табл. 1.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ НАМАГНІЧУВАННЯ ТА РОЗМАГНІЧУВАННЯ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА З ВЕКТОРНИМ КЕРУВАННЯМ

R. Leidhold — 2024-10-21

Проведено експериментальне дослідження процесів намагнічування та розмагнічування нерухомого асинхронного двигуна з векторним керуванням за лінійним законом зі зміною тривалості цих процесів. Описано методику дослідження, під час якої фіксувалися ортогональні складові струмів статора та ротора в системі відліку потоку ротора, модуль потоку ротора та енергія повних втрат у міді статора та ротора. Наведено основні характеристики та параметри лабораторного обладнання. З точки зору мінімізації втрат міді експериментально доведено існування оптимальної тривалості досліджуваних перехідних процесів. Результати експериментальних досліджень з високою точністю збігаються з розрахунками на основі раніше отриманих аналітичних залежностей, що підтверджує допустимість зроблених припущен під час теоретичних досліджень. Бібл. 10, рис. 7, табл. 2.

УНІВЕРСАЛЬНА МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ АВТОНОМНОГО АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА З КОНДЕНСАТОРНИМ САМОЗБУДЖЕННЯМ

О.П. Гоголюк — 2024-10-21

Запропоновано універсальну математичну модель автономного асинхронного генератора з конденсаторним самозбудженням у загальмованих фазних координатах з урахуванням електромагнітних зв’язків між обвитками фаз статора і ротора, насичення головного магнітного кола, втрат активної потужності в елементах магнітопроводу. Модель надає можливість аналізу усталених періодичних режимів і перехідних електромагнітних та електромеханічних процесів у автономних електропостачальних системах з довільними схемами вмикання її елементів і асинхронних генераторів. Модель забезпечує можливість урахування залишкового намагнічення магнітопроводу асинхронного генератора та зміни швидкості ротора на перебіг процесу самозбудження асинхронного генератора з уземленою нейтраллю статорної обвитки та несиметричним навантаженням. Бібл. 10, рис. 2.

КОМП'ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПЕРЕХІДНИХ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНІЙ УСТАНОВЦІ ІЗ МАГНІТНИМ РЕДУКТОРОМ

В.В. Гребеніков — 2024-10-21

У роботі розроблено комп'ютерну Simulink-модель вітроенергетичної установки, в який замість механічного редуктора використовується магнітний, а також міститься синхронний генератор із постійними магнітами. При цьому окремо розроблено Simulink-модель магнітного редуктора, побудованого на основі модульованого магнітного поля в повітряному проміжку, яка дає можливість дослідити стійкість його роботи як в усталеному, так і в перехідних режимах. На основі моделі установки проведено розрахунки різних динамічних режимів її роботи – пускового, миттєвого збільшення швидкості вітру, що діє на вітрову турбіну, та збільшення навантаження електричного генератора. За результатами проведених розрахунків показано, що в перехідних режимах у разі виникнення короткочасних перевантажень обидва ротори магнітного редуктора на певний проміжок часу можуть випадати з синхронного руху і далі, в залежності від параметрів редуктора (а також інших її елементів), електромеханічна система або досягає певного робочого усталеного режиму, або втрачає можливість передавання механічної потужності від вітрової турбіни до генератора. Показано, що використання більш потужного магнітного редуктора із збільшеним значенням максимального магнітного моменту дає змогу отримати більш стійку до перенавантажень роботу як цього редуктора, так і вітроенергетичної установки в цілому. Бібл. 9, рис. 10.

РОЗРАХУНОК ТА МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ТЯГОВИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИВОДА РОБОЧОГО ОРГАНУ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВИДОБУВАННЯ НАФТИ НА БАЗІ КОАКСІАЛЬНО-ЛІНІЙНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГУНА

Г.М. Голенков — 2024-10-21

На сьогодні перспективним напрямком розвитку сфери застосування лінійних двигунів є їх використання у конструкціях свердловинних насосів. Це дає змогу значно збільшити хід робочого органу та покращити ефективність видобутку нафти порівняно з традиційно використовуваним штанго-свердловинним аналогом. Під час вирішення такої задачі складним питанням є прогнозування та забезпечення тягового зусилля протягом робочої траєкторії руху, на що і направлено проведені у роботі дослідження. Запропоновано новий підхід щодо покращення пускових характеристик лінійного двигуна шляхом збільшення конструктивним способом активного опору його бігуна на початковій ділянці його розгону. Наведені результати аналітичних розрахунків показують можливість у разі реалізації такого підходу збільшити підйомну силу двигуна приблизно в 4 рази – з 5000 кН до 20000 кН за його номінальної потужності Р = 90 кВт. Розроблена Simulink-модель для аналізу електромеханічних процесів при пуску лінійного двигуна із бігуном, активний опір якого змінюється вздовж його довжини за законом ступеневої функції. При цьому на початковій ділянці пуску довжиною 1,5 м цей опір має збільшене значення, а на інших ділянках, що відповідають руху бігуна в усталеному режимі, – мінімально можливе значення. За результатами проведених комп'ютерних розрахунків перехідного електромеханічного процесу показано ефективність запропонованого підходу щодо покращення пускових характеристик лінійного двигуна. Бібл. 5, рис. 6.

РОЗВИТОК ПРИНЦИПІВ ПОБУДОВИ АПАРАТУРИ ДЛЯ РЕАЛІЗАЦІЇ МЕТОДУ АМПЕРОСТАТИЧНОЇ КУЛОНОМЕТРІЇ

О.Л. Ламеко — 2024-10-21

Проаналізовано методи амперостатичної кулонометрії і побудова існуючого обладнання для їхнього застосування. Запропоновано новий підхід до побудови кулонометричної системи для національного електрохімічного еталону кількості речовини. Він полягає в об’єднанні засобів виконання основних операцій методу первинної амперостатичної кулонометрії в єдиному апаратно-програмному блоці, що здійснює титрування та автоматизоване управління цим процесом, а також одержання та обробку вимірювальних сигналів, необхідних для цього. Розроблено структурнута функціональну схеми вимірювального блоку прецизійного автоматичного титратора-кулонометра із застосуванням новітньої елементної бази. Наведено зовнішній вигляд і коротко описано створену компактну вимірювальну систему. Описано запропонований алгоритм інверсії вимірюваної напруги, що дало можливісь суттєво покращити точність вимірювання струму титрування. Представлено новий варіант медіанної фільтрації вимірювального сигналу, який дав можливість підвищити точність фіксації змін потенціалу розчину і визначення моменту закінчення електрохімічної реакції. Ефективність розроблених технічних рішень підтверджено результатами міжнародних звірень, на які надано посилання. Бібл. 18, рис. 4.

ВИКОРИСТАННЯ МЕТОДУ МОНТЕ КАРЛО ДЛЯ ОБЧИСЛЕННЯ ПОХИБКИ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ

Є.І. Байда — 2024-10-21

У статті розглядається метод Монте Карло як один з можливих методів розрахунку похибки вимірювальної системи, яка складається з декількох елементів, кожен з яких вимірює деяку величину зі своєю незалежною похибкою. Завдяки своїм особливостям метод може бути поширено на моделювання будь якого процесу, на який впливають випадкові величини. Простота застосування та алгоритму розрахунку дає можливість легко розрахувати сумарну похибку системи та ймовірність її появи, уникаючи при цьому завищених та мало ймовірних значень. Обґрунтовано застосування методу Монте Карло для розрахунку похибки вимірювальної системи, виявлено характер розподілу похибок та розраховано значення похибки в залежності від ймовірності її появи. Показано, що з ймовірністю 0,95 сумарну похибку системи можна прийняти в 3 рази меншою, ніж максимально можлива похибка. Бібл. 8, рис. 2, табл. 1.

ДОСЛІДЖЕННЯ ЦИФРО-АНАЛОГОВОГО ПІДСИЛЮВАЧА СИГНАЛУ З МІНІМАЛЬНИМИ НЕЛІНІЙНИМИ СПОТВОРЕННЯМИ

Ю.Ф. Тесик — 2024-10-21

Представлено метод цифро-аналогового підсилення синусоїдальних сигналів, який дає змогу зменшити коефіцієнт нелінійних спотворень калібрувального сигналу до 0,003 % в розширеному робочому діапазоні. Приведено структурну схему аналого-цифрового підсилювача вхідного сигналу у вихідний, яка забезпечує мінімальні нелінійні спотворення вихідного сигналу. Описано принцип дії підсилювача. Наведено діаграми залежності коефіцієнтів передачі вхідного масштабуючого підсилювача та вихідного високовольтного цифро-аналогового перетворювача від амплітуди вхідного сигналу, та результати експериментальних досліджень метрологічних характеристик дослідного зразка підсилювача. Бібл. 10, рис. 2.

ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ЧАСТКОВИХ РОЗРЯДІВ В ПОЛІМЕРНІЙ ІЗОЛЯЦІЇ СИЛОВИХ КАБЕЛІВ ПІД ВПЛИВОМ ВИЩИХ ГАРМОНІК ТА ФОРМИ ГАЗОВИХ МІКРОВКЛЮЧЕНЬ

M.A. Щерба — 2024-10-21

Описано фактори, які впливають на інтенсифікацію часткових розрядів в газових мікровключеннях в полімерній ізоляції силових кабелів. До таких факторів відносяться амплітуда, частота і форма напруги електроживлення, а також розмір, форма і розташування відносно електричного поля мікровключення. Шляхом математичного моделювання показана залежність напруженості електричного поля всередині мікровключення від його форми в контексті можливості досягнення напруженості пробою газу для ініціації часткового розряду. Експериментально продемонстровано, що збільшення пульсацій постійної випрямленої напруги збільшує в діелектрику кількість часткових розрядів в одиницю часу. Слід звернути увагу, що впливи вищих гармонічних складових напруги на ізоляцію силових кабелів є додатковими до впливів за синусоїдних режимів роботи, і поява гармонік під час випробування кабелів і розробки рекомендацій до режимів їхньої експлуатації на даний час не регламентується. Бібл. 12, рис. 3.

ВПЛИВ ПОЧАТКОВОЇ НАПРУГИ ЄМНІСНОГО НАКОПИЧУВАЧА ЕНЕРГІЇ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИХ УСТАНОВОК НА ЕЛЕКТРИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЙОГО КОЛИВАЛЬНОГО ЗАРЯДУ

Н.І. Супруновська — 2024-10-21

Проведено аналіз перехідних процесів під час коливальних зарядів ємнісного накопичувача енергії (ЄНЕ) електророзрядної установки (ЕРУ) від джерела постійної напруги (ДПН) U_ДПН за умови змінення початкової напруги на ЄНЕ на момент початку заряду. Отримано залежності максимальної зарядної напруги ЄНЕ та енергетичних характеристик (дози енергії, що надходить до конденсатору від ДПН, енергії втрат і коефіцієнта корисної дії) від величини і знаку (полярності) початкової напруги ЄНЕ і добротності зарядного кола. Показано, що збільшення абсолютної величини від'ємної початкової напруги ЄНЕ, як і збільшення добротності зарядного кола, приводить до підвищення максимальної напруги заряду ЄНЕ. Визначено енергетично доцільні режими заряду ЄНЕ. Обґрунтовано, що збільшення початкової напруги на конденсаторі, як і добротності зарядного кола, приводить до збільшення ККД заряду. Аналіз співвідношення між дозою енергії, що надходить у конденсатор за один цикл заряду W^*_C, та енергією втрат W^*_втрат показав, що відношення W^*_C/W^*_втрат збільшується зі зміненням напруги U_0C від –U_ДПН до +U_ДПН. Бібл. 15, рис. 3.

ТРАНЗИСТОРНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ІЗ УЗГОДЖЕННЯМ ІМПЕДАНСУ НАВАНТАЖЕННЯ ІНДУКЦІЙНОГО НАГРІВАЛЬНОГО ОБЛАДНАННЯ З ДВО/ТРИЧАСТОТНИМ ВИХІДНИМ СТРУМОМ

О.М. Юрченко — 2024-10-21

В роботі запропоновано схемотехнічне рішення транзисторного перетворювача для індукційного нагрівального обладнання із дво/тричастотним вихідним струмом, що дало змогу дискретно регулювати вхідну напругу інвертора цього перетворювача з метою узгодження імпедансу навантаження індукційного нагрівального обладнання за послідовній дії струмів різних частот. Ґрунтовно описані режими роботи DC/DC перетворювача, особливістю якого є те, що його напівпровідникові елементи працюють в режимі близькому до статичного, відповідно динамічні втрати близькі до нуля. Це, в свою чергу, дає можливість підвищити енергоефективність та поліпшити електромагнітну сумісність перетворювачів для індукційного нагрівального обладнання із дво/тричастотним вихідним струмом. Бібл. 10, рис. 4.

КЕРУВАННЯ ДИНАМІКОЮ ІМПУЛЬСНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА З М’ЯКИМ ПЕРЕМИКАННЯМ, ЩО ПРАЦЮЄ НА ДУГОВЕ НАВАНТАЖЕННЯ

Є.М. Верещаго — 2024-10-21

Розглядаються питання проектування та дослідження енергоефективних та надійних напівпровідникових перетворювачів напруги постійного струму для широкого застосування в пристроях електроживлення дугових плазмотронів, що використовуються в установках для плазмового різання металів. Побудовано розрахункову структурну динамічну модель перетворювача постійної напруги з м'яким перемиканням із замкнутою системою керування, що поєднує силову частину та систему керування, призначену для застосування у складі останньої як цифровий модуль. Визначено способи керування перетворювачем, які забезпечують задану тривалість перехідних процесів, допустиме значення пульсацій струму навантаження в квазівстановленому режимі і астатизм вихідного струму, що підтверджує коректність запропонованої методики. Виготовлено дослідний зразок імпульсного стабілізатора з цифровим керуванням. Результати експериментальних досліджень зразка підтверджують ефективність розробленого пристрою керування, а саме досягнення заданої тривалості перехідних процесів, викликаних ступінчастою зміною струму навантаження, близькою до 10-12 періодів перетворення та астатизму вихідного струму. Показано, що застосування імпульсного стабілізатора, у якому використано цифровий контур керування, має значні переваги порівняно з аналоговими варіантами та має переваги стратегічного плану. Використання комбінованого керування дає змогу суттєво знизити вимоги до загального коефіцієнта посилення основного каналу керування, що значно полегшує вибір послідовної цифрової корекції. Результати досліджень можуть становити інтерес для фахівців у галузі силової електроніки, систем електропостачання автономних об'єктів та систем керування. Бібл. 14, рис. 11.

ЗАСТОСУВАННЯ УМОВНО ДВАНАДЦЯТИФАЗНОГО КЕРОВАНОГО КОМПЕНСАЦІЙНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ДЛЯ ПОСЛІДОВНОГО ПРЯМОГО ЗАПУСКУ ВІД ЕЛЕКТРИЧНОЇ МЕРЕЖІ ЧОТИРЬОХ ПОТУЖНИХ АСИНХРОННИХ МАШИН

О.І. Чиженко — 2024-10-21

Розглядається послідовний прямий запуск чотирьох асинхронних машин (АМ) потужністю 8 МВт кожна від електричної мережі 6 кВ. Досліджуються пускові перехідні режими, які виникають у мережі внаслідок такого запуску АМ, і можливі при цьому наслідки для мережі. Задля полегшення прямого запуску АМ потужністю 8 МВт пропонується застосовувати умовно дванадцятифазний керований компенсаційний перетворювач, який обмежує величину пускових надструмів у мережі. Бібл. 10, рис. 6.