ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

ПОКРАЩЕННЯ МАГНІТНОЇ ЧИСТОТИ МІКРОСУПУТНИКА ІЗ НЕВИЗНАЧЕНОСТЯМИ НА ОСНОВІ КОМПЕНСАЦІІ ПРОСТОРОВИХ ГАРМОНІК МАГНІТНОГО ПОЛЯ

чт, 09 січ 2025 00:00:00 +0000

Вступ. Розглянуто вирішення проблеми підвищення магнітної чистоти мікросупутників шляхом компенсації просторових гармонік магнітного поля та зменшення чутливості до невизначеності магнітних характеристик. Мета. Розробка методу прогнозування та контролю магнітної чистоти мікросупутників із невизначеностями, який є геометричною оберненою проблемою магнітостатики мікросупутників, рішення якої зведено до розв’язання векторної гри. Векторний виграш розрахований на основі розробленого методу аналітичного розрахунку індукції магнітостатичного поля сферичних джерел у декартовій системі координат за допомогою програмного забезпечення Wolfram Mathematica ®. Методологія. Обидва рішення векторних ігор розраховані на основі алгоритмів оптимізації багатьох роїв частинок з Парето-оптимальних рішень з урахуванням бінарних відносин переваги. Оригінальність. Під час проектування прогнозу та контролю магнітної чистоти мікросупутника із невизначеностями розраховано сферичні координати просторового розташування модельних і компенсаційних модулів та мультипольні гармонічні коефіцієнти диполів, квадруполів та октуполів. Результати. Наведено результати підвищення магнітної чистоти мікросупутників сімейства «Січ» шляхом компенсації дипольних, квадрупольних та октупольних складових просторових гармонік вихідного магнітного поля датчика космічної плазми KPNCP в точці встановлення бортового магнітометра LEMI-016 та зменшення чутливості до невизначеності магнітних характеристик. Бібл. 17, рис. 2.

ЗАДАЧА ПРОДОВЖЕННЯ ПЛОСКОМЕРИДІАННОГО МАГНІТОСТАТИЧНОГО ПОЛЯ З ПЛОСКОЇ ГРАНИЧНОЇ ПОВЕРХНІ ФЕРОГМАГНЕТИКА

В.М. Михайлов — чт, 09 січ 2025 00:00:00 +0000

Сформульовано задачу продовження плоскомеридіанного магнітостатичного поля з плоскої граничної поверхні феромагнетика відносно магнітного потоку та скалярного потенціалу. Граничні умови для магнітного потоку не є класичними, оскільки шукана функція на границі невідома, а її нормальна похідна дорівнює нулю. Формулювання для скалярного потенціалу є задачею Коші для рівнянь в часткових похідних еліптичного типу. Аналітичні розв’язки задачі отримано за допомогою методу часткових розв’язків, безперервно залежних від параметра, та інтегрального перетворення Ханкеля. Доведено їхню достовірність. Показано, що подібні властивості мають задачі продовження плоскомеридіанних полів з плоскої границі ідеального провідника для магнітного поля та провідника для постійного у часі електричного поля. Встановлено, що лінії поля, котрі обмежують шуканий профіль, безпосередньо визначаються розв’язком задачі Коші для однієї з двох функцій. Розраховано еквіпотенціальні лінії задля визначення профілю полюсного наконечника електромагніту. Бібл. 7, рис. 2, табл.1.

ЕЛЕКТРОСТАТИЧНЕ ПОЛЕ В ПОВІТРЯНОМУ ПРОМІЖКУ СИСТЕМИ ПЛОСКО-ПАРАЛЕЛЬНИХ ЕЛЕКТРОДІВ ДЛЯ ОБРОБКИ КРАПЕЛЬ ВОДИ БАР’ЄРНИМ РОЗРЯДОМ

Р.С. Крищук, В.О. Берека — чт, 09 січ 2025 00:00:00 +0000

Досліджується електростатичне поле в розрядній камері (РК), що призначена для очищення води від органічних забруднювачів за допомогою технології імпульсного бар’єрного розряду (ІБР). РК складається з вертикальних плоско-паралельних електродів, між якими знаходиться повітряний проміжок з краплинами води, а один з електродів ізольований діелектриком (бар’єр) від повітряного проміжку. Для виконання досліджень використовується комп’ютерне моделювання в двовимірній та тривимірній постановці. Метою роботи є порівняння розподілу напруженості електростатичного поля ІБР в повітряному проміжку та електричної ємності РК для встановлення оптимальної відстані між краплинами, визначення похибки розрахунку з використанням двовимірної постановки моделі РК. Виконано моделювання електростатичного поля з використанням рівняння Пуассона та методу скінченних елементів. Розрахунки виконані для двовимірної та тривимірної моделей за умов діаметру краплин 1 мм, довжини газового проміжку 3,36 мм та поданої напруги 3 кВ. Проведено дослідження впливу електропровідності краплин, а також відстані між ними на характеристики електростатичного поля бар’єрного розряду в об’ємі газового середовища, а також в об’ємі краплин. Проведено порівняння розрахованих значень електричної ємності РК в двовимірній та тривимірній моделях залежно від відстані між краплинами. Результати досліджень можуть бути використані під час застосування електророзрядної технології на основі імпульсного бар’єрного розряду в комплексах для обробки води, а саме при виборі параметрів руху оброблюваної рідини в плазмовій зоні. Бібл. 10, рис. 7.

МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ ВСТАНОВЛЕНОЇ ПОТУЖНОСТІ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ РОЗПОДІЛЕНОЇ ГЕНЕРАЦІЇ З ВІДНОВЛЮВАНИМИ ДЖЕРЕЛАМИ ЕНЕРГІЇ ТА УСТАНОВКОЮ ЗБЕРІГАННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ

І.М. Буратинський, А.О. Запорожець — чт, 09 січ 2025 00:00:00 +0000

Наведено розроблений метод, який полягає у визначенні встановленої потужності розподіленої генерації, зокрема, вітрової електростанції, сонячної електростанції, резервної електростанції та технічних параметрів системи акумулювання електричної енергії, задля забезпечення безпеки постачання електричної енергії місцевим споживачам. Досягнення балансу між добовим обсягом виробництва електричної енергії розподіленої генерації та обсягом споживання забезпечує визначення надлишкових обсягів електричної енергії, які в основному виникають у періоди піку сонячного випромінювання, та, відповідно, необхідну енергоємність установки зберігання електроенергії. За результатами моделювання визначено, що за максимальних добових обсягах споживання електричної енергії місцевими споживачами протягом року на рівні 96 МВт·год добовий баланс електроенергії досягається за встановленої потужності вітрової електростанції на рівні 3,6 МВт; сонячної електростанції – 14 МВт; резервної електростанції – 3,7 МВт та номінальної потужності чотирьохгодинної установки зберігання електроенергії – 16 МВт. Бібл. 3, рис. 2, табл. 1.

ОЦІНКА НЕРІВНОМІРНОСТІ ВІДБОРУ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ В СИСТЕМАХ РОЗПОДІЛУ ТА ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ З АКУМУЛЯТОРНИМИ БАТАРЕЯМИ

С.П. Денисюк, Д.Г. Дерев’янко, І.І. Богойко — чт, 09 січ 2025 00:00:00 +0000

Розглянуто особливості розрахунку енергоємності акумуляторних батарей в системах розподілу та використання електроенергії зі змінними у часі навантаженнями за різної інтенсивності їхньої розряду. Показано, що оцінку нерівномірності відбору електроенергії в системах з акумуляторними батареями можна здіснювати за рахунок застосування такого інтегрального показника як модифікована потужність Фризе, що розглядається як показник роботи конкретного елемента в системі (оцінка загальносистемної енергоефективності). Отримано залежності нерівномірності розряду акумуляторних батарей у вигляді безрозмірної функції, яка дає можливість у тривимірному просторі отримати наочне представлення оцінки рівня нерівномірності споживання електроенергії навантаженнями в залежності від тривалості інтервалів, на яких відбір потужності є постійним, так і інтенсивності розряду акумуляторної батареї на цих інтервалах. Введено інтегральну характеристику оцінки нерівномірності розряду акумуляторної батареї, яка є індикатором енергоефективності роботи цієї батареї як елемента системи. Бібл. 19, рис. 4, табл. 1.

ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМІВ КОМПЕНСАЦІЇ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ В СИСТЕМІ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ З КАСКАДОМ ТРАНСФОРМАТОРІВ

В.Г. Ягуп, К.В. Ягуп — чт, 09 січ 2025 00:00:00 +0000

Досліджено режими компенсації реактивної потужності в системі електропостачання, що живиться від синхронного генератора через каскад проміжних трансформаторів. Показано, що реактивна складова спільного комплексного опору генератора та тракту електропередачі може обумовлювати відносно великі рівні реактивної потужності в системі. Досліди показують, що ця потужність залишається в системі навіть після застосування поперечної ємнісної компенсації, яка не в змозі забезпечити повну компенсацію реактивної потужності в системі електропостачання з каскадом трансформаторів. За цих умов методом пошукової оптимізації на комп’ютерній моделі знайдено оптимальне значення величини ємності конденсатора поперечної компенсації. Результати дослідження показують можливість досягнення режиму повної компенсації реактивної потужності за рахунок відносно невеликого збільшення ємності компенсуючого конденсатора, що забезпечує поперечну компенсацію. Бібл. 8, рис. 6, табл. 1.

ОПТИМАЛЬНЕ РОЗМІЩЕННЯ СЕКЦІОНАЛАЙЗЕРІВ ДЛЯ ПОКРАЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ РОЗПОДІЛЬНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ

О.Г. Шполянський — чт, 09 січ 2025 00:00:00 +0000

В роботі запропоновано евристичній метод оптимального розміщення секціоналайзерів в розподільних електричних мережах без автоматичного резервування. Метод полягає в розділенні мережі на сегменти з однаковими сумарними довжинами ліній і пошуку оптимального місця розміщення секціоналайзерів в околі точок поділу. На основі методу розроблено алгоритм та проведено розрахунки по визначенню оптимальних місць розміщення секціоналайзерів та очікуваних показників надійності електропостачання для фрагменту розподільної електричної мережі. Бібл. 9, табл. 2, рис. 1.

УЗАГАЛЬНЕНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ПОВНОЇ ПОТУЖНОСТІ ТА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНИХ СТРАТЕГІЙ АКТИВНОЇ ФІЛЬТРАЦІЇ В СКОРОЧЕНОМУ КООРДИНАТНОМУ БАЗИСІ БАГАТОФАЗНОЇ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ

чт, 09 січ 2025 00:00:00 +0000

У роботі обґрунтовано еквівалентність визначення повної потужності багатофазної системи електроживлення з різними опорами лінії передачі за методом Фриза-Бухгольца-Деппенброка та в скороченому координатному базисі. Запропоновано дві енергоефективні стратегії керування паралельною активною фільтрацією у скороченому координатному базисі. Перша стратегія забезпечує одиничне значення коефіцієнта потужності, а друга – мінімізує потужність втрат в лінії передачі під час дотриманя симетрії та квазісинусоїдної форми споживаних струмів. Перевагами використання скороченого координатного базису є зменшення кількості датчиків і ключових регуляторів активних фільтрів, а також відсутність проблеми організації точки штучного заземлення для вимірювання напруг. Визначено та верифіковано коригувальний коефіцієнт для формул повної потужності та коефіцієнта потужності за наявності обмежень на симетричну та синусоїдну форму споживаних струмів. Бібл. 22, рис. 5, табл. 2.

СИНХРОННИЙ ВИПРЯМЛЯЧ В ІМПУЛЬСНОМУ СТАБІЛІЗАТОРІ ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ НА ОСНОВІ ВИСОКОЧАСТОТНИХ МАГНІТНИХ ПІДСИЛЮВАЧІВ

В.І. Яськів, О.М. Юрченко, А.В. Яськів — чт, 09 січ 2025 00:00:00 +0000

Сформульовано вимоги до напівпровідникових перетворювачів електроенергії з високим рівнем струму навантаження. Проведено огляд джерел за проблемою отримання максимального ККД в стабілізаторах постійної напруги з використанням синхронних випрямлячів на основі сучасних польових транзисторів. Описано запропоновані методи синхронного випрямлення в імпульсному стабілізаторі постійної напруги на основі високочастотних магнітних підсилювачів, які базуються на використанні уже наявних в перетворювачі сигналів та відсутності будь-яких додаткових елементів чи спеціалізованих драйверів в їхній схемотехніці. Описано принцип їхньої роботи, наведено теоретичні осцилограми, які підтверджено експериментально. Приведено результати експериментального дослідження ефективності таких перетворювачів. Зокрема, запропоновано метод синхронного випрямлення в імпульсному стабілізаторі постійної напруги на основі високочастотних магнітних підсилювачів з вихідною потужністю на рівні 300-400 Вт під час живлення його від джерела постійної напруги 310 В (еквівалент мережі промислової частоти) дало можливість отримати ККД на рівні 95 %. Бібл. 21, рис. 9.

ВПЛИВ СПЕКТРУ СТРУМУ ЖИВЛЕННЯ НА ПУЛЬСАЦІЇ ОБЕРТАЛЬНОГО МОМЕНТУ БЕЗПАЗОВОГО МОМЕНТНОГО ДВИГУНА З ПОСТІЙНИМИ МАГНІТАМИ

І.С. Пєтухов, В.Г. Кіреєв, К.П. Акінін, В.А. Лавриненко — чт, 09 січ 2025 00:00:00 +0000

Досліджено обертальний момент магнітоелектричного трифазного моментного двигуна з постійними магнітами, розташованими на поверхні внутрішнього ротора. Розглянуто режим живлення синусоїдальним струмом, а також режим з інжекцією в струм вищої гармоніки. Обертальний момент обчислювався за статичною моделлю магнітного поля. Визначено, що за умов живлення синусоїдальним струмом в пульсаціях обертального моменту присутній значний внесок шостої гармоніки. Досліджено метод придушення пульсацій моменту шляхом інжекції вищих гармонік в струм живлення. Показано, що за умов амплітуди пульсацій обертального моменту шостої гармоніки близько 4% інжекція в струм живлення п'ятої гармоніки з амплітудою 2% від основної гармоніки дає змогу знизити пульсації більше ніж у 10 разів. Бібл. 10, рис. 6, табл. 1.

ВИКОРИСТАННЯ ФІЛЬТРУ КАЛМАНА У ВЕКТОРНІЙ СИСТЕМІ ЕКСТРЕМАЛЬНОГО КЕРУВАННЯ АСИНХРОННОЮ МАШИНОЮ

О.В. Садовой, О.В. Клюєв, Ю.В. Сохіна — чт, 09 січ 2025 00:00:00 +0000

У роботі реактивну потужність асинхронної машини (АМ) в сталому режимі отримано як функцію трьох змінних: кутової швидкості обертання вала АМ, модуля потокозчеплення ротора та моменту статичного навантаження на валу. Коефіцієнт потужності АМ знижується в електроприводах (ЕП) промислових механізмів, у яких момент навантаження із збереженням свого напрямку дії може приймати в статиці значення менше номінального. Тому задля забезпечення високого коефіцієнта потужності асинхронного ЕП в тривалих режимах роботи за змінного навантаження створено векторну систему керування АМ, в якій по каналу реактивної потужності регулюється величина потокозчеплення ротора в функції моменту статичного навантаження на валу. Задля ідентифікації моменту навантаження, а також кутової швидкості обертання ротора та його потокозчеплення синтезований спостерігач Калмана, який надав змогу створити векторну систему керування з одночасним керуванням швидкості обертання та коефіцієнта потужності АМ без фізичних датчиків опорного вектора потокозчеплення ротора та його кутової швидкості обертання. Доведено суттєву залежність екстремальних для реактивної потужності значень потокозчеплення ротора від моменту на валу АМ і незначну від швидкості обертання. Стійкість та висока якість керування досягнуті одночасним використанням законів релейного керування, інваріантного до координатних та параметричних збурень, та ефективності алгоритму фільтра Калмана для ідентифікації змінних стану у колі зворотного зв'язку. Таким чином у роботі теоретично обґрунтовано ідею створення бездавачевої релейно-векторної системи керування асинхронним ЕП з одночасним керуванням швидкості обертання та оптимізацією енергетичних показників АМ. Математична модель створена як програма, що написано мовою програмування середовища Matlab. Методом математичного моделювання підтверджено ефективність запропонованої системи керування асинхронним ЕП. Бібл. 12, рис. 6.

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕКОНОМІЇ ЕНЕРГЕТИЧНИХ І ВОДНИХ РЕСУРСІВ В СИСТЕМІ ВОДОПОСТАЧАННЯ БАГАТОПОВЕРХОВОГО БУДИНКУ ЗА ДВОРІВНЕВИХ СТОЯКІВ

О.М. Попович, Р.В. Яшин — чт, 09 січ 2025 00:00:00 +0000

Досліджено вплив структури електромеханічної системи водопостачання 12-поверхового будинку (заміна одного стояку двома різнорівневими) на ефективність використання енергетичних і водних ресурсів. Розроблено та програмно реалізовано математичну модель електромеханічної системи, яка враховує залежність витрат поверху від величини тиску і дає змогу визначити потреби споживачів у воді за даними заданої циклограми водоспоживання будинку. За інформацією про відомі параметри базового варіанту системи водопостачання визначено параметри одного поверху і параметри варіантів системи будинку із стояками для обслуговування поверхів: 1-12; 1-6; 7-12. Дослідження виконано з урахуванням запропонованої часової залежності зміни вхідного тиску будинку. Розроблено засоби узагальненого визначення енергоефективності асинхронного двигуна системи водопостачання за апроксимаційними залежностями номінальних коефіцієнтів корисної дії (ККД) від потужності і ККД від ступеня завантаження. Порівняння варіантів здійснено за сформованим виразом критерію ефективності як відношення добової корисної дії системи з постачання води споживачам до вартості електричної енергії і води, спожитих за даний період. З результатів моделювання випливає, що двостояковий варіант забезпечує економію 4 % води і 25 % електроенергії із їх співвідношенням у грошовому виразі – 6:1. Це обґрунтовує пріоритетність урахування економії води під час модернізації систем водопостачання (паралельне зонування, регульований електропривод). Бібл. 11, табл. 1, рис. 3.