Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин i апаратiв. Теорiя i практика

Технологічна витяжка – фактор впливу на механічні властивості захисних покривів з безгалогенних полімерів у кабельних виробах

Юрій Антонець , Аліна Шурупова , Леся Щебенюк , Оксана Голик — Sun, 17 Dec 2023 00:00:00 +0200

Механічна міцність високо наповнених безгалогенних пластмас в експлуатації безпосередньо залежить від технології накладання при виготовленні кабельних виробів у пожежобезпечному виконанні. Представлено результати оцінки відносної деформації видовження при одноосному розтягуванні зразків наповнених безгалогенних пластмас, вилучених з оболонок готових кабелів при нормативних випробуваннях в умовах виробництва. Показано, що внутрішній і зовнішній шари оболонки з наповненої безгалогенної пластмаси мають суттєво різні значення нормативного параметру пластичності: свідчення відмінностей в структурі полімеру у внутрішніх і зовнішніх шарах оболонки в наслі-док технологічного процесу примусового деформування при екструзії. Наведені експериментальні залежності відносної деформації видовження при розриві (elongation at break) від товщини зразка, що свідчать про значний вплив вимушеної (примусової) орієнтації полімерної структури. Співставлення оцінок відносного розсіяння результатів вимірювань питомої маси γ і відносного видовження при розриві δ ставить питання про анізотропію пластичності готової оболонки кабелю. Одержані результати вказують на можливість руйнування оболонки з наповнених без галогенних пластмас по твірній циліндра захисного покриву в умовах експлуатації. Відповідно про необхідність впровадження додаткового контролю нормативних параметрів зразків, в напрямі нормальному до напряму примусової орієнтації, при прийнятті рішень щодо вдосконалення технології екструзії

Покращення однорідності магнітного поля всередині короткого соленоїда системою торцевих обмоток

Андрій Гетьман , Олександр Константінов — Sun, 17 Dec 2023 00:00:00 +0200

Покращення рівня однорідності магнітного поля в середині робочого об’єму короткого соленоїда дозволяє вдосконалити пристрої для розмагнічування технічних об’єктів та дослідження магнітних властивостей матеріалів. Одним із засобів підвищення рівня однорідності магнітного поля в середині соленоїда є наближення форми його обмотки до замкненої поверхні. У якості такої поверхні запропоновано використання системи з соленоїда та двох торцевих осесиметричних токових обмоток зі спільним джерелом струму. Побудовано математичну модель скалярного потенціалу магнітного поля такої системи за допомогою сферичного гармонічного аналізу і отримано функціональні залежності густини струму на кожній поверхні для його першої гармоніки, яка є дипольною складовою магнітного поля. Отримані формули для розрахунку кількості витків в торцевих обмотках та геометричних параметрів їх укладки та змодельоване сумарне магнітне поле усередині запропонованої системи. Проведено порівняльний аналіз однорідності магнітного поля, створюваного соленоїдом окремо та соленоїдом з торцевими обмотками, в залежності від геометрії системи. Використання торцевих обмоток суттєво покращує однорідність магнітного поля поблизу торців, особливо на вісі соленоїда. Через це ефективність застосування торцевих обмоток суттєво залежить від показника подовження соленоїда і дозволяє збільшити робочий об’єм на 5-20%, в залежності від цього показника. Запропонована система дозволяє отримати магнітне поле з максимальним відхиленням 5% від однорідності для показника подовження соленоїда 2. Зі збільшенням подовження ефективність торцевих обмоток знижується і для систем із подовженням 10 і більше їх використання стає недоцільним. Результати аналізу свідчать про ефективність використання запропонованої системи в пристроях для розмагнічування технічних виробів, що відрізняються невеликим показником подовження робочого соленоїда – насамперед пристроїв, які створюють однорідне магнітне поле зі спадаючою у часі амплітудою 240 А/м і використовуються зокрема для зняття м'якого залишкового намагнічування з елементів космічних апаратів

Дослідження передачі електроенергії сонячної електростанції в трифазну електричну мережу

Олександр Плахтій , Ігор Хоменко , Дмитро Шелест , Андрій Синявський — Sun, 17 Dec 2023 00:00:00 +0200

Представлено розробку та дослідження енергетичних показників сонячної електростанції на базі блоку сонячних панелей типу Era-370W-24V-Mono потужністю 110 кВт та сонячного гібридного інвертора на базі силових транзисторів CM1200DC-34S, який передає потужність до трифазної електричної мережі. Розроблено систему керування гібридного інвертора, який передає електричну енергію від сонячних панелей з коефіцієнтом потужності близьким до одинці та вмістом вищих гармонік струму менше 4 %. Для сонячних панелей Era-370W-24V-Mono проведено поліноміальну апроксимацію енергетичних характеристик, а саме залежності відібраної потужності від спожитого струму, яка дозволяє забезпечити покращення режиму відбору максимальної потужності від сонячних панелей. Проведено дослідження втрат потужності в гібридному інверторі сонячної електростанції, отримано залежність сумарних втрат потужності від частоти комутації силових транзисторів в режимі відбору максимальної потужності. Визначено, що ККД гібридного інвертора сонячної електростанції складає від 98,4 % при частоті ШІМ 1 кГц до 92,7 % при частоті ШІМ 6 кГц.

Чисельно-польовий аналіз магнітної провідності пазового розсіяння обмотки статора асинхронних двигунів

Володимир Мілих — Sun, 17 Dec 2023 00:00:00 +0200

Вступ. Досліджуються магнітні поля і відповідні магнітні провідності пазового розсіяння обмотки статора трифазних асинхронних двигунів (ТАД). Такі дослідження актуальні при їхньому проєктуванні і є однією з основ для розрахунку низки енергетичних параметрів та характеристик двигунів. При класичному проєктуванні ТАД, яке є чинним і наразі, зазначені магнітні провідності визначаються аналітично за спрощеною моделлю пазового розсіяння, тому можуть не завжди забезпечити достатню точність через низку припущень і умовностей. Мета. Подальший розвиток системи проєктування ТАД шляхом чисельно-польового розрахункового аналізу магнітної провідності пазового розсіяння їхньої обмотки статора, а також порівняльна перевірка відповідних аналітичних формул з різних методик класичного проєктування. Результати. Пазове розсіяння ТАД визначається чисельними розрахунками за програмою FEMM у межах зубцевих кроків статора. Для досліджень прийняти чотири варіанти форм пазів статора, які є поширеними в сучасних ТАД малої та середньої потужності. При розрахунках розглядаються розрахункові моделі як з сильно насиченими, так і ненасиченими в магнітному відношенні зубцями осердя статора. Чисельно-польовим методом показано, що класична методика проєктування може давати як достатньо точні результати, так і неприпустимі похибки у визначенні магнітних провідностей пазового розсіяння ТАД. Обговорення та перспективи подальшого розвитку. Надана методика чисельно-польового аналізу і отримані результати розрахунку пазового розсіяння обмоток ТАД рекомендуються як основа для удосконалення системи їхнього проєктування.

Математичне моделювання безконтактного аксіального магнітоелектричного генератора із подвійним статором для електричних комплексів малої потужності

Sun, 17 Dec 2023 00:00:00 +0200

В даній роботі представлена конструкція магнітоелектричного генератора з аксіальним магнітним потоком (МЕГАП) та подвійним статором, який використовується для автономного вітроелектричного комплексу. Безконтактні МЕГАП мають переваги генераторів на постійних магнітах: висока надійність, ефективність; і генератори з електромагнітним збудженням: можливість регулювання вихідних параметрів (напруга, потужність) за допомогою додаткової обмотки збудження. Щоб задовольнити вимоги до автономної безмультиплікаторної вітроелектричної установки, досліджено структуру МЕГАП, що складається з подвійного статора та одного ротора. Використання конструкції подвійного статора дозволяє більш ефективно використовувати активний об'єм генератора, підвищити його потужність і стабілізувати вихідну напругу обмотки статора. Розроблено тривимірну чисельну польову математичну модель МЕГАП. Модель повністю враховує особливості конструкції досліджуваного генератора, а саме наявність осьового потоку від обмотки статора та потоку, що утворюється додатковою обмоткою. За допомогою моделі розрахована зовнішня характеристика, що свідчить про відповідність розробленої математичної моделі фізичним процесам. Проведено аналіз магнітної індукції в повітряному проміжку та в інших конструкційних елементах досліджуваного генератора. Аналіз отриманих величин показав, що геометричні розміри генератора, що були вибрані попередньо коректні і не потребують суттєвих коригувань. В подальшому, це дозволяє використовувати результати даного розрахунку для підготовки документації по виготовленню прототипу. Досліджено статичні характеристики МЕГАП та значення магнітних параметрів у всіх елементах конструкції. Додаткова обмотка використовується для стабілізації вихідної напруги при зміні швидкості обертання генератора і при різному навантаженні. При відносній потужності додаткової обмотки ≈7% вихідна напруга генератора зростає на ≈24%. Більш значного результату можна досягти, регулюючи струм додаткової обмотки спеціальними контролерами

Комплексна оцінка якості ламінованих осердь електричних машин високочастотним індукційно-вібраційним методом

Sun, 17 Dec 2023 00:00:00 +0200

В даній роботі розглянуто проблему оцінки якості активних частин електричних машин, зокрема шихтованих магнітопроводів. Визначено суттєві діагностичні показники фактичного стану набірного сердечника, а саме питомі втрати при перемагнічуванні та ослаблення пресування пакета, пов'язані з підвищенням втрат обумовлених дефектами міжлистової ізоляції, зниженням ККД, порушенням теплового режиму та ін. Запропоновано індукційно-вимірювальний модуль для визначення рівня порушення міжлистової ізоляції та зростання втрат у сердечнику. Рекомендується при розпушуванні для магнітопроводів невеликого розміру просочування клейким лаком ослабленої області та подальше сушіння при стиснутому сердечнику. Також для сердечників невеликого діаметру між натискною шайбою та крайніми листами сердечника через кожні 2...4 зубці забити текстолітові клини. При ослабленні пресування сердечників великих електричних машин, у яких пресування здійснюється стяжними шпильками, виконують підтяжку шпильок. Розроблено двовимірну польову математичну модель пакету шихтованого магнітного осердя з метою оцінки розподілу електромагніт ного поля та вихрових струмів та втрат при різній частоті від 50 Гц до 10 кГц. Запропоновано використати аналіз перехідного процесу при зміні магнітного потоку в магнітопроводі. Для спрощення вимірювальної схеми запропоновано використовувати процес комутації струму в обмотці збудження. За допомогою розробленої моделі проведено розрахунок перехідних режимів на прикладі досліджуваного магнітопроводу. Як об'єкт дослідження використовувався макет шихтованого магнітопроводу, що являє собою набірний пакет листів магнітної сталі, що застосовується в магнітопроводах сухих трансформаторів малої та середньої потужності. Для того, щоб поєднати два методи, була розроблена установка, яка дозволяє одночасно перевіряти якість пресування та якість міжлистової ізоляції.

Розрахунки статичних та динамічних процесів у синхронізуючому валу вакуумного вимикача середніх напруг в процесі вмикання

Євген Байда, Михайло Пантелят, Артем Кузьмін — Sun, 17 Dec 2023 00:00:00 +0200

Важливим напрямком теоретичних досліджень сучасних електричних апаратів, вимикачів та контакторів середніх напруг, є дослідження механічних процесів, які виникають в процесі їх роботи. В першу чергу це пов’язано з достатньо великими зусиллями та прискореннями, що діють на елементи конструкції та синхронізуючий вал таких апаратів в процесі вмикання. У статті на підставі розроблених математичних моделей виконано розрахунки механічних процесів у синхронізуючому валу вакуумного вимикача в статичному та динамічному режимі для абсолютно жорсткого та реального валу та проведено їхній порівняльний аналіз. Результати комп‘ютерного моделювання отримані у табличній та графічній формах в яких наведені дані о статичних та динамічних деформаціях валу, а також механічних зусиллях в його опорах. Показано, що механічна деформація валу викликає зменшення провалу контактів і сил контактного натискання, але при правильно обраному поперечному перетину синхронізуючого валу ці значення незначним чином впливають на роботу самого вимикача (зменшення складає близько 20% і 7% відповідно). Також показано, що в результаті вигину валу в опорах з'являються додаткові осьові зусилля у порівнянні зі спрощеним розрахунком, які істотно впливають на вибір підшипників по еквівалентному статичному навантаженню. Розраховані динамічні зусилля з урахуванням мас контактів та контактних тяг перевищують аналогічні статичні зусилля в 1,3 рази, що також потрібно враховувати при виборі підшипників в яких утримується синхронізуючий вал.

Розчеплювачі з електрогідравлічним сповільнювачем як ефективна альтернатива при захисті від струмів короткого замикання та перевантаження

Василь Калінчик, Віталій Побігайло, Олена Бориченко, Сергій Кузовкін — Sun, 17 Dec 2023 00:00:00 +0200

Відомо, що автоматичні вимикачі (АВ), які встановлюються в розподільних шафах (РШ), більш відомі як «вимикачі закритого типу», залежно від виконання, призначені для: захист від аварійних процесів мереж: перенапруги та короткого замикання (КЗ) або падіння напруги нижче допустимого рівня (як правило, встановлені в мережі вимикачі не завжди забезпечують захист від зниження напруги); захист двигунів змінного струму, а також при комбінованому монтажі з іншими електричними пристроями (АВ можуть обслуговувати секції електромережі, а також окремі двигуни, якщо АВ використовуються для захисту двигуна з фазним ротором або пускових пристроїв, вони повинні включати захист від падіння напруги); для використання в якості роз'єднувачів магістральних мереж та мереж живлення. Захист від струму перевантаження виконується завдяки біметалевої пластини, а електромагнітний розчіплювач забезпечує захист від КЗ. Основні недоліки, що властиві цьому технічному рішенню захисту від струмів перевантаження, включають: відносна залежність від температури навколишнього середовища; неможливість швидкого повторного включення після спрацьовування АВ; нестабільні часово-струмові характеристики КП. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» та «E.NEXT Україна» пропонують альтернативне рішення для конструкції елементів захисту АВ, що є інтегрованим захистом від перевантаження та короткого замикання одночасно у вигляді роз’єднувача з електрогідравлічним сповільнювачем. Розчіплювач з електрогідравлічним сповільнювачем призводить до спрацювання механізму приводу АВ, який розмикає контактну групу АВ при проходженні через електрообладнання струму, що перевищує встановлене максимально допустиме значення (струми короткого замикання або перевантаження). Основна частина цього розчеплювача – електромагніт, котушка якого включається послідовно робочим контактам в коло робочого струму.