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

Комп’ютерне моделювання асинхронного генератора для вітроелектростанції

Євген Гончаров , Наталія Крюкова , Владислав Марков , Ігор Поляков — вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

Актуальною проблемою сучасної економіки все ще залишається проблема вироблення достатньої кількості електроенергії. Ситуація погіршується екологічними проблемами при використанні так званої вуглецевої енергетики, а також при використанні гідро- та атомної енергетики. Розвиток альтернативних джерел електроенергії неможливо зараз уявити без використання вітроелектростанцій. Енергія вітру практично дармова енергія, проте її використання передбачає застосування електрогенераторів. В даний час це переважно синхронні генератори, але також використовуються і асинхронні генератори. Незважаючи на відносну дешевизну та надійність, проте, асинхронні генератори займають дуже скромне місце у відсотковому відношенні серед вітрогенераторів. Однією з проблем використання асинхронних вітрогенераторів є те, що їм потрібна при роботі дуже значна реактивна потужність, яка надходить з мережі або компенсується батареєю конденсаторів. Останнє й у автономних асинхронних генераторів. Комп'ютерне моделювання асинхронних вітрогенераторів ускладнюється суттєвою нелінійністю, яка обумовлена кривою намагнічування або, що, те саме, характеристикою холостого ходу генератора. Як правило, при комп'ютерному моделюванні індуктивний опір вітки намагнічування приймається постійним, що є не зовсім коректним, оскільки достовірно відомо, що воно залежить від частоти обертання ротора. Відомий ряд моделей асинхронного генератора, але поки що не існує однієї найбільш достовірної математичної моделі, що дозволяє проводити комп'ютерні дослідження асинхронного генератора з короткозамкненим ротором з урахуванням усіх його особливостей. У програмному пакеті MATLAB 2023б є математична модель асинхронного вітрогенератора, яка представляє науковий та практичний інтерес. У статті досліджено можливості даної моделі, її переваги та недоліки. Отримано залежності впливу параметрів машини на активну і реактивну потужність, що виробляється та споживається відповідно, оцінено вплив індуктивного опору гілки намагнічування і вплив характеру навантаження на вироблювану енергію генератором

Динамічна модель магнітної передачі

вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

В роботі проведено дослідження безконтактного електромеханічного перетворювача енергії із постійними магнітами, що відомий як магнітна передача. Магнітні передачі мають певні конструктивні переваги порівняно із механічними передачами, а саме: висока надійність, ефективність, менші втрати, безконтактна передача механічної потужності, відсутність витрат на технічне обслуговування, простота конструкції. Особливо актуальним є використання магнітних передач для систем перетворення низькопотенційної механічної енергії в електричну: енергія вітру, енергія води, енергія механічних коливань і т.ін. Застосування магнітних редукторів в автономних вітрових електростанціях може бути більш перспективним з економічної та технічної точок зору порівняно з традиційними механічними передачами. Розроблено чисельну імітаційну математичну модель магнітної передачі із постійними магнітами. Використання магнітної передачі, наприклад, для автономних вітроелектричних систем дозволяє підвищити надійність роботи таких установок, зменшити експлуатаційні витрати та підвищити ефективність їх роботи. В аварійних режимах роботи використання магнітної передачі дозволяє уникнути руйнувань або аварійних зупинок роботи електрообладнання. Розроблена імітаційна модель магнітної передачі враховує пульсації електромагнітного моменту через дискретну структуру магнітної передачі та зміну параметрів моделі при зміні вхідного моменту: пульсацій, втрат в магнітному осерді та постійних магнітах, зміну кута навантаження та передавального електромагнітного моменту. Особливістю розробленої моделі системи магнітної передачі є те, що зміна навантаження електроджерела електричної енергії а призводить до зміни робочої точки на механічній характеристиці ротора вітроустановки. І навпаки, при зміні параметрів вітру змінюються вихідні параметри джерела електричної енергії: потужність, напруга, струм та електромагнітний момент.

Огляд двигунів для важких дронів

вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

Стаття присвячена огляду двигунів, використовуваних у важких дронах. Розглядаються основні типи двигунів, їх принципи роботи, переваги та недоліки. В статті досліджується широкий спектр електродвигунів, таких як безщіткові DC (безколекторні) двигуни, що є основними компонентами у сучасних квадрокоптерах. Також розглядаються різновиди двигунів, їхні технічні характеристики, а також застосування в конкретних моделях квадрокоптерів. Ця стаття допоможе краще зрозуміти особливості різних типів двигунів та їх вплив на функціональність і продуктивність квадрокоптерів.

Підвищення ефективності асинхронних двигунів

вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

В даній роботі розглядається метод поліпшення коефіцієнту корисної дії і коефіцієнту потужності в асинхронному двигуні. Коефіцієнт потужності – це відношення активної потужності до повної потужності яку споживає електрична машина. Цей коефіцієнт показує яка частина енергії іде на виконання роботи, а яка просто розсіюється в машині в вигляді тепла. Для аналізу в роботі використовується стандартний розрахунок асинхронного двигуна, такі розрахунок використовують для проектування електричних двигунів масового використання, на базі яких проведено модулювання фізичних процесів в середині активної частини машини, за допомогою чисельних математичних моделей, для розрахунку індукцій в магнітопроводі, а також шляхів проходження ліній магнітної індукції.

Дослідження впливу кількості полюсів на зовнішню характеристику безколекторної машини постійного струму в генераторному режимі

Андрій Маслєнніков — вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

У статті наведено результати дослідження генераторного режиму роботи безколекторної машини постійного струму (БМПС) при роботі на активне навантаження. Для аналізу створено дві моделі з кількістю постійних магнітів на роторі, що відрізняється вдвічі. Актуальність дослідження обумовлена широким спектром застосування БМПС в різних галузях. Однією з ключових переваг БМПС є відсутність щітково-колекторного вузла, який замінений контролером з напівпровідниковими елементами. Це дозволяє підвищити надійність роботи БМПС та розширити можливості режимів роботи. Основною метою цього дослідження є визначення впливу кількості постійних магнітів на зовнішню характеристику БМПС в генераторному режимі. Для досягнення цієї мети було проведено комп'ютерне моделювання з використанням програмного забезпечення ANSYS Maxwell. Це програмне забезпечення спрямоване для дослідження та розрахунку картини магнітного поля методом скінчених елементів в електромеханічних пристроях, що дозволяє отримати точні результати для аналізу. Для кожної з моделей БМПС визначено ступінь насичення елементів магнітної системи та отримано графіки залежності напруги, струму та гальмівного моменту на валу генератора від часу. Аналіз результатів розрахунку моделей БМПС з кількістю постійних магнітів 46 шт. та 92 шт. продемонстрував вплив на форму графіків напруги і струму, що призводить до деякого невеликого спотворення їх форми. Отримані результати розрахунків дозволили визначити ККД та побудувати зовнішню характеристику для обох моделей БМПС. Більший ККД було отримано для моделі БМПС з 92 постійними магнітами на роторі. Зовнішня характеристика для генераторного режиму роботу БМПС продемонструвала зміну значення напруги при переході від неробочого ходу до режиму роботи з номінальним струмом в межах 15 % та 21 %, що свідчить про жорсткість характеристики. Висновки роботи вказують на можливості покращення ефективності БМПС за рахунок оптимізації конструкції магнітної системи та умов охолодження, а також можуть бути корисними для інженерів і розробників електромеханічних систем, які прагнуть покращити характеристики своїх продуктів.

Математична модель розрахунку усталеного режиму і статичних характеристик явнополюсних синхронних машин

Михайло Хай , Василь Хай , Богдан Харчишин — вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

Явнополюсні синхронні машини (ЯСМ) займають одне з найважливіших місць як в генеруванні, так і споживанні електричної енергії. Сучасні досягнення під час проектування, виробництва та експлуатації ЯСМ є наслідком успішних звершень в галузях технології електромашинобудування, напівпровідникової техніки та математичного моделювання. Для розрахунку номінального усталеного режиму роботи ЯСМ та статичних характеристик (неробочого ходу, кутової, V-подібної, регулювальної і зовнішньої) розроблена математична модель, реалізація якої на комп'ютері дозволяє покращити техніко-економічні показники явнополюсних синхронних машин. Під час створення математичної моделі прийняті наступні допущення – магнітне поле машини умовно розділене на робоче поле та поля розсіяння; магнітне поле машини плоско паралельне; магнітне поле в активному шарі має тільки радіальну складову, а в ярмах статора й ротора – тільки тангенціальну; провідники обмоток розташовані у нескінченно тонкому шарі і розподілені вздовж розточки за гармонічним законом; втрати в сталі відсутні. Для створення математичної моделі ЯСМ записана система рівнянь електричного та магнітного стану. Щоб отримати рівняння, коефіцієнти яких не залежатимуть від положення ротора, використаний метод перетворення координат (перетворення до нерухомої відносно ротора прямокутної системи координат dq0).

Шляхи подолання бар'єру при переході асинхронних двигунів до класу енергоефективності IE5

Сергій Дзеніс , Віктор Шайда , Олена Юр'єва — вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

Застосування енергоефективних електродвигунів у промисловості дозволяє більш раціонально використовувати енергетичні ресурси і скоротити викиди парникових газів. Зважаючи на те, що у промисловості переважно використовуються асинхронні двигуни із фіксованою частотою обертання, завдання підвищення їхньої енергоефективності є актуальним. Встановлено, що головним обмежувальним фактором підвищення енергоефективності асинхронних двигунів до рівня IE5, є його тепловий стан. Аналіз шляхів підвищення ефективності асинхронних двигунів вказує на необхідність їх комплексного застосування. Найбільш доцільним є проведення оптимізації та удосконалення елементів системи повітряного охолодження асинхронних двигунів. Для проведення дослідження потрібно комплексно застосовувати системи моделювання електромагнітного та температурного поля асинхронних двигунів. Враховуючи певні недоліки теплових моделей асинхронних двигунів необхідно поєднувати моделювання із експериментальними дослідженнями як за допомогою класичних датчиків температури, так і методу термографії.

До питання ефективності систем екранування в конструкціях електроустановок надвисокої напруги

Людмила Жорняк, Олексій Афанасьєв, Віталій Щусь, Олександр Левченко — вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

В роботі авторами запропонована методика оцінки параметрів електричного навантаження для розрахунку розподілу напруженості електричного поля вздовж опорної ізоляційної конструкції високовольтних електричних апаратів та опорних ізоляційних конструкцій, що мають осьову симетрію. Таки конструкції можуть бути у вигляді опорної ізолюючу покришку, заповнену елегазом в якості внутрішнього ізолюючого середовища або стрижневу ізоляційну колону. Запропонована методика дозволяє оцінити параметри електричного навантаження (напругу та напруженість поля) з урахуванням конструктивних особливостей апарату та застосованої системи екранування для вирівнювання електричного поля. Запропонована методика дозволяє здійснити оцінку ефективності впливу конструктивних чинників системи екранування високовольтного обладнання (вимірювальні трансформатори, обмежувачі перенапруги, опорні ізоляційні колони та ін.) на величину електричного навантаження ізоляції. Реалізація цієї методики дозволяє оцінити вплив конструктивних особливостей системи екранування з урахуванням зовнішніх та експлуатаційних факторів. У запропонованій методиці в якості прикладу розглядається опорна ізоляційна покришка, що знаходиться під час експлуатації в найбільш несприятливих умовах, таких як зовнішнє забруднення, зволоження та їх комбінації, перенапруги різного походження та ін. Теоретичні висновки підтверджуються результатами розрахунків на прикладі опорно-ізоляційної покришки обмежувача перенапруги серії ОПН-500. Більш точне визначення ефективності запропонованої методики прогнозування параметрів розподілу напруженості поля під впливом системи екранування можна досягти за рахунок проведення додаткової серії розрахунків та експериментальних випробувань конкретних ізоляційних конструкцій. Таким чином, був зроблений висновок про можливість використання отриманих результатів для оцінки параметрів зовнішньої ізоляції як обмежувачів перенапруги, так і газонаповнених вимірювальних трансформаторів, а також і аналогічного високовольтного обладнання розподільних пристроїв та трансформаторних підстанцій в умовах зверх- та ультрависоких напруг.

Аналіз конструкцій приводних механізмів вакуумних контакторів середніх напруг

Микола Лелюк , Олександр Середа , Олена Середа , Вікторія Литвиненко — вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

Одним з головних елементів вакуумних контакторів середніх напруг є приводний механізм до складу якого входить електромагніт. В існуючих моделях контакторів використовуються два типи електромагнітів: моностабільні неполяризовані електромагніти з поворотною пружиною або бістабільні поляризовані без поворотної пружини. Виявлено, що використання поляризованих електромагнітів у поєднанні з мікропроцесорною системою керування розширює функціональні можливості контактора та дає змогу зменшити енергоспоживання електромагнітів, їх габаритні розміри та вагу, при цьому досягаючи значних сил утримання якоря. Розглянуто конструкції поляризованих електромагнітів, що були розроблені на кафедрі електричних апаратів НТУ «ХПІ» впродовж останніх років. Виявлено їх недоліки та запропоновано удосконалену конструкцію бістабільного поляризованого електромагніта, побудовано комп’ютерну модель контактора розроблену в пакеті КОМПАС-3D. Побудовано протидіючу характеристику механічної системи контактора, яка наведена до осі електромагніта та ходу якоря, визначено сили, які повинен створювати електромагніт у включеному та відключеному положеннях для надійного спрацьовування. Розроблено FEMM модель дослідного зразка бістабільного поляризованого електромагніта та проведено розрахунок у включеному і відключеному положеннях. Підтверджено можливість використання нової конструкції електромагніта у вакуумному контакторі середніх напруг.

Електромагнітна сумісність технічних об‘єктів і систем: стислий огляд основних нормативних документів Європейского Союзу та Федеративної Республіки Німеччина

Михайло Пантелят , Павло Мясоєдов , Георгій Ламаш — вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

У червні 2022 р. Україна отримала статус країни кандидата на вступ до Європейського Союзу (ЄС). І вже наприкінці 2023 р. керівні органи ЄС прийняли рішення розпочати перемовини про вступ України до ЄС. На цьому шляху Україні необхідно провести значний обсяг реформ, у тому числі повністю адаптувати національне законодавство відповідно до європейського. Це стосується і нормативної бази щодо електромагнітної сумісності. З огляду на це, у роботи стисло розглянуто особливості, структуру та застосування сучасних нормативних документів з питань електромагнітної сумісності технічних об'єктів і систем, що діють у Європейському Союзі як на міжнародному (загальноєвропейському), так і на національному рівні. Стосовно конкретної країни-члена ЄС, у статті огляд виконується на прикладі Федеративної Республіки Німеччини (ФРН).

Аналіз апаратного захисту асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором напругою до 0,66 кВ від перенавантажень та перегріву

Олександр Чепелюк , Андрій Милашич — вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

Проведено аналіз апаратного захисту асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором напругою до 0,66 кВ від перевантажень та перегріву, реалізованого у відповідності із сучасними стандартами. Розглянуто причини і фактори перегріву двигунів та функціональні особливості вказаних апаратів захисту. Зроблено висновки стосовно ефективності окремих видів захисту двигунів від перевантажень та перегріву і їх поєднання з метою підвищення надійності захисту. Встановлено найбільш перспективні напрямки удосконалення апаратного захисту від перевантаження та перегріву асинхронних двигунів

Оцінка стану умов праці виробничої системи

вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

В роботі проведений аналіз методів оцінки професійного ризику. Показано, що основним методом є атестація робочих місць, за допомогою якої встановлюється відповідність виробничого середовища її нормативним характеристикам за окремими факторами ризику. Аналіз показав, що існуюча методика атестації робочих місць не дозволяє судити про зміну параметрів небезпечних та шкідливих факторів виробничого середовища, а відповідно, і про зміну умов праці в період між плановими атестаціями. Показано, що основним методом оцінки професійного ризику є комплексна оцінка сукупного впливу всіх факторів виробничого середовища і трудового процесу на організм людини за допомогою гігієнічної оцінки факторів ризику. Показано доцільність кількісної оцінки умов праці в балах при одночасному впливі багатьох небезпечних та шкідливих факторів. Запропонована процедура бального оцінювання умов праці. Показана доцільність застосування закону Хабера для визначення накопиченої дози шкідливого фактору в організмі.

Параметричний метод передачі інформації в системах контролю витрат енергоресурсів

вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

В статті розглядається обґрунтування параметричного способу передачі інформації для побудови систем контролю витрат енергоресурсів. Показано, що система обліку енергоресурсів повинна являти собою розподілену багаторівневу систему вимірів, обробки, збереження й передачі даних комерційного обліку й будуватися на принципах відкритості архітектури та розподіленого функціонування. Показано, що організація ієрархічних комплексів для рішення завдань контролю в значній мірі залежить від питань ефективної передачі інформації і, що створення інформаційних мереж є найбільш складним завданням Запропоновано ефективний схемотехнічний метод вирішення цієї задачі, заснований на принципі цифро-аналогового перетворення двійкового числа, що характеризує стан датчиків, у пропорційну йому напругу й відповідний двійковий код. Представлена структурна схема пристрою, що реалізує зазначений принцип. Запропоновано методику розрахунку параметрів пристрою передачі інформації від двопозиційних датчиків і приведено приклад розрахунку параметрів такого пристрою

Система моніторингу небезпечних і шкідливих факторів виробничого середовища

вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

В роботі представлені принципи побудови систем контролю фізичних факторів виробничого середовища. Сукупність джерел інформації контролю фізичних шкідливих та небезпечних факторів виробничого середовища розглядається як набір датчиків випадкових процесів. Показано, що для побудови системи контролю фізичних виробничого середовища доцільним є використання адаптивних принципів побудови системи. Представлена структурна схема системи, що реалізує зазначений принцип

Діагностика ізоляції силових кабелів із застосуванням методів діелектричної спектроскопії: огляд фізичних основ та особливостей практичного застосування

Іван Костюков , Анатолій Борисенко , Світлана Литвиненко , Яна Ільчакова — вт, 23 лип 2024 00:00:00 +0300

Стаття присвячена огляду фізичних основ діелектричної спектроскопії паперової та поліетиленової ізоляції силових кабелів в часовій та частотній областях. Наведено аналіз основних факторів, що впливають на частотну залежність тангенса кута діелектричних втрат та комплексної діелектричної проникності ізоляції. Наведено перелік та коротку характеристику основних типів реакції поліетиленової ізоляції на рівні та частоту прикладеної напруги в залежності від ступеню її зволоження та розвитку водних каналів. Наведено зв'язок між параметрами діелектричної спектроскопії в часовій та частотній областях.