Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної задачі, яка полягає у розвитку методу та принципів побудови дволанкових обернених неревер-сивних перетворювачів постійної напруги з трансформаторною гальванічною розв'язкою. В роботі здійснюється дослідження та розвиток концепції побудови та-ких перетворювачів на базі нової концепції – концепції розділеної комутації. Перетворювачі з розділеною комутацією (ПРК) будуються на базі неоднорідних інверторно-випрямних ланок: одна з ланок побудована на базі топології інвертора напруги (ІН), а інша – інвертора струму (ІС); ланки з'єднуються за допомогою узгоджуючого трансформатора. Спеціальний алгоритм синхронного керування ключами обох ланок – алгоритм розділеної комутації (АРК) – забезпечує сприятливі умови комутації ключів обох ланок: для ключів ланки ІН здійснюється природне (в нулях напруги, zero voltage switching, ZVS) вмикання та примусове снаберне ємнісне вимикання, для ключів ланки ІС – природне (в нулях струму, zero current switching, ZCS) вимикання та примусове снаберне індуктивне вмикання. Нереверсивність перетворювача з ланкою ІС при збереженні вДано обґрунтування переваги використання у ланці з більшою величиною пос-тійної напруги ІС з ZCS вимиканням ключів і ІН з ZVS вмиканням ключів для іншої ланки; введено поняття «критичної» частоти перетворення у ПРК з IGBT – такої ча-стоти, вище якої сумарні статичні втрати та втрати вимикання IGBT у ланці ІН будуть вищими за сумарні статичні втрати у IGBT та послідовному діоді ключа ІС при тій ж величинах струму та напруги, що комутуютДля ПРК з IGBT у ланці ІС проаналізовано використання, наряду з мостовоюсхемою з 4-хквадрантними ключами, ряду схем з 4-хквадрантними ключамиься.ластивості оборотності забезпечується присутністю у комутаторі ланки ІС 4-квадрантного ключа (ключів). досліджується ПРК з асиметричною топологією ланки ІС, в якому струм вторинної обмотки протікає не через 4, а через 3 ввімкнених ключа Запропоновано обмеження величини індуктивності розсіяння як снабера вми-кання на рівні, який забезпечує відносну сумарну тривалість комутаційних інтервалів на періоді біля 10%. Визначена величина питомої ємності снаберних конденсаторів (на 1 А струму IGBТ, що комутується) для забезпечення приблизно двократного зменшення енергії снаберного вимикання IGBT відносно безснаберної комутації: від 0,5 нФ/А до 3 нФ/А для приладів різних класів та технологій. Розглянута доцільність використання ПРК як складової частини батарейних си-стем накопичення енергії для підсилюючого пункту системи тягового електрожив-лення залізниці постійного струму (напруга контактної мережі 2 - 4 кВ). Для ланки ІС з 4-квадрантним ключем симетричної топології, номінальний вихідний струм ПРК 200 А, ключі ІС класу 6,5 кВ, напруга ланки ІН 600 В, ключі цієї ланки класу 1200 В, частота 1000 Гц, для ключів ланки ІН комутаційні втрати біля 7% від статичних. Оцінка маси трансформатора – біля 1,3 т, акумуляторної батареї – від 7,5 до 22,5 т, що дозволяє розташувати їх на борту потяга.^UThe dissertation is devoted to the solution of the actual scientific and applied prob-lem, which consists in the development of the theory and principles of construction of non-reversible bi-directional DC converters with transformer galvanic isolation, which are a type of two - stage DC/DC converters. In work carried out development and research of the such converters based on a relatively new and little researched concept - the concept of separated commutation. Converters with separated commutation (CSC) are built on the ba-sis of inhomogeneous inverter-rectifier units: the topology of the one stage is based on voltage-source-inverter (VSI, or voltage-fed, VF) topology, and the topology of the other stage is based on current-source-inverter (CSI, or current-fed, CF) topology; the stages are connected by a transformer. A special algorithm for synchronous control of the both stages switches - algorithm of separated commutation (ASC) - provides favorable conditions for switching: for the VF stage switches the turning-on is natural (zero voltage switching, ZVS) and the turning-off is forced with the help of capacitive snubbers; for the switches of CF stage the turning-off is natural (zero current switching, ZCS) and the turning-on is forced with the help of inductive snubber (its role can be played by the transformer's leakage inductance). Limiting switching losses allows to increase the conversion frequency. The non-reversibility of the converter with the CF stage while maintaining the property of bi-directionality is ensured by the presence in the CF stage the four-quadrant switch (switches). For CSC with a bridge circuit with 4-quadrant switches based on MOSFET in the CF stage, the advantages and disadvantages of synchronous and independent control of the composite switches are identified. For CSC with IGBTs in CF stage, the use of a number of schemes with 4-quadrant switches was analyzed, with along with the bridge scheme with 4-quadrant switches, A CSC with an asymmetric topology of the CF stage is proposed and investigated, in which the current of the secondary winding flows not through 4, but through 3 switches. . It is proposed to limit its value to a level that provides the relative total duration of switching intervals for a period of about 10%, which is equivalent to the relative value of the short-circuit voltage xs* of the transformer within 16%. For CSC transformers of rod design, a expression for xs* was found. the value of the specific capacitance of snubber capacitors (per 1 A of IGBT switching current) was determined to provide approximately twofold reduction of the IGBT's turning-off energy with snubber relative to turning-off energy without snubber. The expediency of using the proposed principles of construction of PRC as a compo-nent of battery energy storage systems for the amplifying point of the traction power supply system of the DC railway (catenary voltage 2 - 4 kV) was considered. A symmetrical topology with a 4-quadrant key is selected for the CF lstage, the nominal output current of the converter is 200 A, the CF switches have the class of 6.5 kV, frequency is 1000 Hz, the voltage of the VF stage is 600 V, the switches of this stage have class 1200 V, the switching losses for the switches of this stage are about 7% of static. Estimation of the mass of the transformer - about 1.3 tons, the battery - from 7.15 to 21.5 tons, which allows you to place them on board the train.

Дисертацію присвячено розробці низькошвидкісного генератора постійного струму з безобмотковим ротором для вітроенергетичної установки. Науковими результатами є: 1) вперше розроблено конструкції генераторів постійного струму з безобмотковим ротором, що відрізняються від наявних аналогів відсутністю загального ярма та відкритими по обидва боки пазами статора, що дозволило послабити поперечну реакцію якоря і відмовитись від традиційних засобів зменшення деформації магнітного поля – компенсаційної обмотки та додаткових полюсів; 2) вперше запропоновано формулу для розрахунку коефіцієнту напруженості магнітного поля, що дозволило визначити вплив поперечної реакції якоря на магнітне поле генератора постійного струму з безобмотковим ротором; 3) удосконалено визначення конструктивної сталої для двоіндуктороного генератора постійного струму з безобмотковим ротором, у якої враховуються таки особливості даної машини як подвійний магнітний потік та коефіцієнт використання магнітного потоку; 4) дістала подальший розвиток математична модель для визначення залежності величини питомої магнітної провідності відкритого з обох боків паза від його геометричних розмірів, що дозволяє розрахувати величину реактивної електрорушійної сили комутованої секції генератора постійного струму з безобмотковим ротором. Запропонована конструкція низькошвидкісного генератора дозволяє за рахунок більш повного використання вітрового потенціалу, зменшити потужність і вартість вітроенергетичної установки, зберігши незмінним кількість виробленої ним електричної енергії в порівнянні з генераторами інших типів, що працюють у складі вітроенергетичних установкок. Ключові слова: генератор постійного струму, електрорушійна сила, коефіцієнт корисної дії, безобмотковий ротор, стаціонарне теплове поле, електромагнітне поле генератора.^UThe dissertation is devoted to the development of a low - speed DC generator with a windless rotor for wind power installation. The scientific results are: 1) New designs of a DC generator with a windless rotor were first proposed, differing from the existing counterparts by the absence of a common yoke and open on both sides of the stator slots, which allowed to weaken the anchor response and increase the current overload capacity; 2) The formula for calculating the magnetic field strength coefficient was obtained for the first time, which allowed to determine the magnitude of the effect of the armature transverse response on the magnetic field of a DC generator with a winding rotor; 3) Constructional constant for a DC generator with a winding rotor has been improved, which takes into account the features of this machine: dual magnetic flux and utilization rate; 4) The mathematical model for determining the dependence of the specific magnetic conductivity of the open on both sides of the groove on its geometric dimensions was further developed, which made it possible to determine the magnitude of the reactive electromotive force of the switched section of a direct current generator with a windless rotor.The proposed design makes it possible to reduce the power and cost of the wind power plant while maintaining the wind capacity while keeping the amount of energy produced unchanged. Keywords: dc generator, electromotive force, efficiency. Key words: direct current generator, electromotive force, efficiency, windless rotor, thermal field, electromagnetic field.

Дисертація присвячена побудові математичної моделі електромеханічного стану вузла живлення системи керування виконавчими асинхронними моторами типу білячої клітки, суцільними порожнистими феро- та немагнетним роторами. Метод аналізу грунтується на поєднанні методів нелінійних електромагнетних кіл та електромагнетного поля у нелінійному суцільному рухомому середовищі. Розроблені алгоритми та комп'ютерні програми розрахунку перехідних процесів передбачають стрибкоподібні зміни комутаційних струмів в обмотках намагнечування. Показано, що без врахування цього явища розрахунок перехідного процесу стає неможливим. Приводяться результати розрахунку перехідного електромеханічного процесу вузла живлення чотирьох виконавчих асинхронних моторів, заживлених спільним трансформатором.

  Скачати повний текст

Запропоновано метод розв'язання задачі раціонального розміщення фільтрів струменя нульової послідовності (ФСНП) їх на плані існуючої системи електропостачання (СЕ) об'єкта будівництва, який базується на відображенні в схемах заміщення нелінійних навантажень відповідними генераторами струму вищих гармонік і враховує не лише значення амплітуд гармонік напруги в вузлах системи, але й значення амплітуд гармонік струму в нульовому робочому провіднику та втрати електроенергії в СЕ, що дозволяє знизити амплітуди вищих гармонік напруги та струму та заощадити електричну енергію. Одержано аналітичні залежності опору нульової послідовності фільтра та струму розузгодження для запропонованих схемних рішень ФСНП, що дозволяє одержати цільові характеристики фільтра ще на стадії його проектування. Розроблено математичні моделі відомих і запропонованих в роботі ФСНП з використанням існуючої математичної моделі трансформатора з урахуванням опору нульової послідовності фільтра, що дозволяє на стадії проектування досягти таких конструкторсько-технологічних рішень, які забезпечують зниження маси і (або) вартості ФСНП. Запропоновано методи розрахунку індуктивності нульової послідовності обмоток ФСНП для котушок з біфілярними обмотками й обмотками, шари яких чергуються, що використовують індуктивність розсіювання обмоток з врахуванням перехресного розташування проводів у шарах обмоток і параметрів магнітопроводу, що дозволяє досягти раціональних техніко-економічних характеристик ФСНП.

  Скачати повний текст

Дисертаційна робота присвячена підвищенню навантажувальної здатності в системі асинхронного електропривода шляхом об'єднання декількох джерел електричної енергії по спеціальній схемі за допомогою одного автономного інвертора напруги. Галузь використання системи, що розглядається – електричні та гібридні транспортні засоби.У багатьох випадках в системах електропривода транспортних засобів використовуються або доцільно використовувати декілька джерел електричної енергії. Проблемою є забезпечення ефективної сумісної роботи джерел різних типів на спільне навантаження та оптимізації їх енергетичних параметрів.Традиційні електромеханічні систем, які включають до свого складу компоненти різних типів, зазвичай, базується на проміжній ланці постійного струму. Для регулювання потоками потужностей, які приймають/віддають окремі елементи, використовуються окремі інвертори. Такі інвертори вибираються за потужністю відповідно до номінальних параметрів кожного компонента. Таким чином, отримується керована електромеханічна система, але високої вартості, оскільки в ній присутні декілька автономних інверторів, розрахованих на максимально можливий струм від кожного компонента.Доцільно розвинути ідею використання одного автономного інвертора напруги для керування режимами роботи компонентів змінного та постійного струму без організації спільної ланки постійного струму. Для цього одне з джерел постійного струму може бути під'єднане до нуля фазних обмоток асинхронного двигуна через додаткові індуктивність і активний опір, а другим полюсом – до мінусового терміналу автономного інвертора напруги, який, в свою чергу, підключений до іншого джерела постійного струму, наприклад, акумуляторної батареї. Розглядався спеціальний алгоритм керування ключами автономного інвертора напруги зі збільшеним часом комутації ключів верхнього плеча, за допомогою якого можна керувати потоками енергії для кожного компонента. Таким чином, одним інвертором виконується функція регулювання режимами роботи електромеханічної системи.Така схема дозволяє заряджати акумулятор, але при цьому додаткове джерело повинно мати достатньо велику ЕРС, щоб подолати рівень ЕРС акумулятора. Високий рівень ЕРС додаткового джерела призводить до виникнення значних струмів нульової послідовності у фазах двигуна за цикл комутації ключів інвертора і, відповідно, насиченню магнітної системи електродвигуна, значних додаткових втрат енергії в його статорних обмотках та їх підвищеному нагріву.Для збільшення електромагнітного моменту двигуна, зменшенню рівня ЕРС додаткового джерела енергії, підвищення ефективності процесу перетворення енергії у системі електропривода ТЗ з додатковим джерелом енергії було розглянуто варіант нульового стану ключів нижнього плеча АІН.Було проведено аналіз закономірностей впливу параметрів електричного кола додаткового джерела живлення на параметри режиму живлення асинхронного двигуна з використанням нульових комбінацій ключів нижнього плеча інвертора для формулювання умови підвищення навантажувальної здатності системи електропривода ТЗ.З'ясовано, що комбіноване джерело живлення , що складається з двох джерел ЕРС постійного струму, забезпечує збільшення амплітуди вихідної напруги інвертора з одночасним виникненням її змінної складової та нульової послідовності при використанні нульових комбінацій ключів нижнього плеча інвертора.Встановлено, що умовою передачі енергії від додаткового джерела, є таке співвідношення параметрів електричного кола, при якому постійна часу цього електричного кола має бути більшою, ніж половина часу перебування ключів нижнього плеча інвертора в нульовому стані.При розгляді конвенціонального закону комутації ключів інвертора встановлено, що такий спосіб призводить до виникнення складної форми вихідної напруги. Запропонована модифікація закону комутації ключами інвертора комбінованого джерела живлення з врахуванням змінної складової модуля вектора вихідної напруги, що забезпечує стабілізацію напруги у фазах двигуна на заданому рівні.Були встановлені закономірності впливу на електромагнітний момент асинхронного двигуна при його живленні від несиметричної системи напруг комбінованого джерела живлення при різних законах керування запропонованою системою електропривода ТЗ для визначення шляхів компенсації коливань моменту двигуна. З'ясовано, що найбільший приріст моменту і найменший рівень його коливань забезпечується векторним керуванням електроприводом. При збільшенні напруги живлення до 30% зростання моменту становить до 18%, а при коливанні амплітуди напруги в межах 30% від номінальної амплітуда коливань моменту складатиме не більше 10%.Компенсацію коливань моменту двигуна в системі векторного керування швидкістю електропривода запропоновано забезпечити шляхом використання додаткових сигналів керування ключами інвертора, що визначаються отриманими змінними складовими напруги живлення в синхронній системі координат.^UThe dissertation is devoted to increasing load capacity in the system of asynchronous electric drive by combining several sources of electric energy according to a special scheme with the help of one autonomous voltage inverter. The area of application of the considered system is electric and hybrid vehicles.In many cases, electric power systems of vehicles use or expediently use several sources of electrical energy. The problem is to ensure the effective collaboration of different types of sources to a common load and optimize their energy options.Traditional electromechanical systems, which include components of different types, are usually based on the intermediate link of direct current. Separate inverters are used to control the power flows that receive / transmit individual elements. Such inverters are selected by power according to the nominal parameters of each component. Thus, a controlled electromechanical system is obtained, but of high cost, because it has several stand-alone inverters designed for the maximum possible current from each component.It is advisable to develop the idea of using a single stand-alone voltage inverter to control the modes of operation of AC and DC components without the organization of a common DC link. To do this, one of the DC sources can be connected to the zero phase windings of the induction motor through additional inductance and active resistance, and the second pole - to the negative terminal of the stand-alone voltage inverter, which is connected to another DC source, such as a battery.A special control algorithm for a stand-alone voltage inverter with increased switching time of the upper arm of the switches was considered. This algorithm can control the energy flows for each component. Thus, one inverter regulates the modes of operation of the electromechanical system.This circuit makes it possible to charge the battery, but the additional source must have a large EMF to overcome the EMF level of the battery. This circuit allows you to charge the battery, but the additional source must have a large enough EMF to overcome the EMF level of the battery.To increase the electromagnetic torque of the motor, reduce the EMF level of the additional energy source, increase the efficiency of the energy conversion process in the electric drive system of the vehicle with an additional energy source, the option of zero state of the lower arm of the voltage inverter was considered.The analysis of regularities of influence of parameters of an electric circuit of an additional power supply on parameters of a power mode of the induction motor with use of zero combinations of switches of the lower arm of the inverter was carried out. Such regularities made it possible to formulate the conditions for increasing the load capacity of the electric drive system of the vehicle.It has been found that a combined power supply consisting of two DC power sources provides an increase in the amplitude of the output voltage of the inverter with the simultaneous occurrence of its variable component and zero sequence when using zero switches combinations of the lower arm of the inverter.The condition for the transfer of energy from an additional source is the ratio of the parameters of the electrical circuit, when the time constant of this electrical circuit is greater than half the switching time of the switches of the lower arm of the inverter.When considering the conventional law of switching the inverter switches, it is established that this method leads to a complex form of output voltage. A modification of the switching law with the switches of the inverter of the combined power supply is proposed taking into account the variable component of the module of the output voltage vector, which provides voltage stabilization in the motor phases at a given level.Regularities of influence on the torque of the induction motor at asymmetric system of voltages of the combined power supply at various control laws were established. It was found that the largest increase in torque and the lowest level of its oscillations is provided by vector control of the electric drive. When the supply voltage increases to 30%, the increase in torque is up to 18%, and when the voltage amplitude fluctuates within 30% of the nominal, the amplitude of torque oscillations will not exceed 10%.It is proposed to provide compensation of motor torque oscillations in the vector speed control system of the electric drive by using additional control signals of the inverter switches, which are determined by the obtained variable components of the supply voltage in the synchronous coordinate system.

Дисертацію присвячено розробці і дослідженню нового підходу до методів аналізу і розрахунку магнітних полів електротехнічних пристроїв. Запропоновано новий напрямок в методах розрахунку електромагнітних полів, який базується на широкому використанні розривних функцій і передбачає одержання рішення в необмеженому просторі. Доведено ефективність такого підходу при розгляді тримірних і нелінійних задач. Одержано аналітичне рішення задачі розрахунку тримірного магнітного поля спрощеної математичної моделі кріогенератора з урахуванням кінцевої довжини магнітопроводу, поля тороідального трансформатора з витим стрічковим магнітопроводом з урахуванням кінцевої ширини сталевої стрічки та поля у сталевому листі і двошаровому просторі з урахуванням нелінійності кривої намагнічування. Розраховані вибіркові обмотки для вимірювання і компенсуючих пристроїв зовнішнього поля розсіювання електрообладнання.

  Скачати повний текст

Доведено, що конструктивною особливістю магнітогідродинамічної машини є виконання обмотки з масивних стрижнів безпосередньо з'єднаних із вторинною обмоткою узгоджувального трансформатора в єдиному блок-модулі. Зазначено, що позитивний ефект досягається усуненням усіх контактних з'єднань, між вторинною обмоткою трансформатора та індуктора, відсутністю ізоляційних матеріалів, що сприяє ефективній тепловіддачі через усю поверхню модуля та дозволяє експлуатувати обмотку індуктора зі щільністю струму, що перевищує припустиму у два-три рази, високим коефіцієнтом заповнення паза, компактністю та високою технологічністю всього пристрою. Одержано основні розрахункові співвідношення для визначення електромагнітних навантажень двигуна та загальної потужності пристрою для регулювання рідкометалевого розплаву у заглибленому стакані кристалізатора.

  Скачати повний текст

Обгрунтовано раціональні параметри розщеплення обмотки збудження з зовнішніми конденсаторами та схему заміщення для покращання пускових властивостей, надійності й економічності синхронних двигунів приводів гірничих машин за складних умов запуску. Виявлено взаємозв'язок конструктивних і режимних параметрів обмоток збудження з енергетичною ефективністю та пусковими властивостями синхронних двигунів. Визначено індуктивності розсіювання полюсних котушок залежно від розподілу струмів вздовж стрижня полюса та кола ротора, а також кутового розриття магнітної системи. Розроблено метод визначення еквівалентних параметрів розщепленої обмотки збудження та її параметрів для схеми заміщення двигуна. Проведено теоретичну й експериментальну перевірку можливостей створення резонансних режимів у розщепленій обмотці. Запропоновано оптимізаційний метод визначення ємності конденсаторів і кількості полюсів у групах розщепленої обмотки з неоднаковими конденсаторами. За результатами проведеного дослідження встановлено вплив додаткової маси конденсаторів на загальний момент інерції ротора, оцінено динаміку запуску та теплове навантаження обмоток двигуна. Запропоновано варіант компонування, захисту та діагностування конденсаторів і обмотки збудження.

  Скачати повний текст

Розглянуто зниження втрат електроенергії від перетікань реактивної потужності та несиметрії струмів в обмотках тягового трансформатора за рахунок компенсації реактивної потужності. Проаналізовано існуючі способи підвищення ефективності систем тягового електропостачання змінного струму. Розглянуто методи розрахунку та моделювання енергетичних процесів у системах тягового електропостачання та запропоновано їх удосконалення. Проаналізовано режими роботи тягових підстанцій. Розроблено методику визначення раціональних струмів компенсації реактивної потужності та показано її застосування у системі керування регульованою компенсацією.

  Скачати повний текст

Вперше запропоновано методику урахування пускового шару у верхній частині стрижня литої мідної короткозамкненої обмотки ротора в математичних моделях електромеханічних процесів АД малої потужності. Особливістю методики є диференційний підхід до явища витиснення струму в анізотропному середовищі. Розвинуто спосіб визначення еквівалентного ефективного значення пускового струму АД в повторно-Короткочасному режимі роботи S4 у разі багатократних пусків, який відрізняється врахуванням стохастично мінливого моменту опору механізму. Уточнено електромеханічний розрахунок для вибору оптимальної величини електропровідності пускового шару анізотропного стрижня литої мідної клітки ротора. Розроблено методику проектування ротора АД малої потужності вибухо-захищеного виконання з урахуванням вибору геометрії пазів з анізотропними стрижнями литої мідної клітки та визначення електромагнітних параметрів машини.

  Скачати повний текст

Визначено причини пошкодження та розроблено метод підвищення надійності роботи трансформаторів напруги (ТН). Сфомульовано загальні підходи до синтезу математичних моделей ізоляції ТН з урахуванням усіх сучасних вимог, щодо їх інформативності, прикладного застосування й адекватності одержаних результатів. На їх базі створено математичну модель ізоляції ТН як елемента електричної мережі. За результатами досліджень умов роботи ізоляції ТН типу НОМ-10 з використанням наведеної моделі зроблено висновок, що у системі обмотка - ізоляція трансформатора напруги за зовнішньої електричної дії виникають загасаючі коливальні процеси з її власною частотою.

  Скачати повний текст

Створено асинхронний регулюємий мотор-вентилятор із широким діапазоном робочого ковзання для охолоджуючого пристрою дизеля тепловозу з метою зниження витрат енергії на привід вентиляторів охолоджуючого пристрою та підвищення надійності дизеля тепловоза. Існуючі системи плавного регулювання повітря: з поворотними лопатями, частотне регулювання мотор-вентиляторів, а також двошвидкісний електропривід вентиляторів не відповідають вимогам надійності, технологічності, вартісним показникам. Запропоновано плавний фазовий спосіб регулювання, який у 3,7 рази економічніший, ніж серійний релейний спосіб. Частота обертання мотор-вентилятора регулюється зміною напруги на обмотці статора фазовим способом за допомогою тиристорного перетворювача напруги. Встановлено, що обмотка ротора складається з мідних стрижнів та феромагнітних короткозамкнених кілець.

  Скачати повний текст

Розроблено методи післяремонтних випробувань та одержання характеристик генераторів постійного струму за динамічних режимів. На підставі використання сучасних способів математичного опису електромагнітних та електромеханічних процесів та єдиного комплексного уявлення про розподіл енергії у машині постійного струму одержано систему рівнянь, яка відображає перетворення в генераторі постійного струму та його конструктивних елементах з урахуванням електромагнітних, механічних та електричних втрат за різних методів керування. Визначено п'ять стандартних характеристик генератора постійного струму (неробочого ходу, короткого замикання, зовнішню, регулювальну та навантажувальну) за динамічних режимів без застосування додаткових приводних пристроїв. Розроблено метод визначення електромагнітних параметрів обмотки збудження з урахуванням нелінійності кривої намагнічування, явища гістерезісу та вихрових струмів. На підставі закономірностей розподілу миттєвої потужності у конструкції електричної машини за динамічного навантаження розроблено метод еквівалентизації її теплових режимів, враховуючи втрати у міді й сталі якоря та індуктора, а також механічні. Розроблено структуру випробувального комплексу для впровадження динамічних режимів навантаження генератора постійного струму з реалізацією заданого рівня втрат. Запропоновано динамічні режими для визначення стандартних характеристик генераторів на підставі реальних показників розподілу енергії в машині.

  Скачати повний текст

Досліджено розвиток теорії індукційних реостатів (ІР), які включаються в коло фазної обмотки ротора асинхронних двигунів. Екрани ІР представлено одновитковими короткозамкненими обмотками з активними опорами, власними та взаємними індуктивностями. Розроблено фізичні та математичні моделі у вигляді диференціальних рівнянь, які доведено до розв'язання класичним і числовим методами. Запропоновано нові методики експериментального та розрахункового визначення електромагнітних параметрів залежно від частоти та величини напруги, що підводиться. Встановлено зміну величини власної індуктивності обмотки у разі внесення в її поле додаткової обмотки. Введено нове поняття коефіцієнта ефективності активного опору.

  Скачати повний текст

Запропоновано роботоздатність асинхронних електродвигунів визначати за їх функціональним станом у сільськогосподарському виробництві. Цей стан представлено в трьох варіантах (номінальний та неномінальний функціональні, а також нефункціональний) та охарактеризовано за допомогою показників: корисної потужності на валу та швидкості витрати ресурсу обмотки статора. Визначено, що зміна швидкості витрати ресурсу за умов незмінної потужності на валу електродвигуна обумовлена виникненням пошкоджень у його вузлах. Установлено взаємозв'язок між змінами втрат активної потужності та зміною функціонального стану асинхронного електродвигуна, на базі якого розроблено новий метод діагностування, що дає змогу контролювати його роботоздатність у процесі виробничої експлуатації та знаходити пошкоджені вузли.

  Скачати повний текст

Дисертація присвячена розробці удосконаленої автоматичної системи управління енергетичною установкою за рахунок введення в систему автоматичного управління модельно-орієнтованої інтелектуальної системи підтримки прийняття рішення для зниження аварійності внаслідок впливу "людського фактору".У першому розділі було проаналізовано склад, структури та можливості сучасних АСК енергетичною установкою з точки зору управління продуктивністю та безаварійністю відповідно до вимог з експлуатації суднових енергетичних установок на основі тих, що діють на суднах АСК та сучасних тенденцій до їх розвитку у таких виробників як SIEMENS та WOODWARD. Проаналізовано нормативні вимоги, які висунуті державними й міжнародними стандартами до суднових синхронних генераторних електроагрегатів змінного струму, що приводяться в обертання двигунами внутрішнього згоряння. Розглянуто основні причини аварій в енергетичних установках і вплив людського фактора на аварійність енергетичної установки та сучасні тенденції, пов'язані з дистанційним управлінням енергетичною установкою і концепція віртуального вахтового механіка. Також було розглянуто можливості застосування математичних моделей у складі автоматичної системи керування. У другому розділі було розроблено математичну модель автоматичної системи управління енергетичною установкою в перехідних і динамічних режимах, яка дала можливість оцінити якість перехідних процесів при дослідженні струмів, напруг, частоти обертання, активної і реактивної потужності в перехідних і динамічних режимах під час зміни режимів експлуатації. У третьому розділі розроблено структуру АСК з об'єктно-орієнтованою системою підтримки прийняття рішень. Обрано критерій для оцінки процесу включення генераторів в паралельну роботу. Запропоновані критерії дозволяють чисельно оцінити процес втягування генераторів в синхронізм. Визначено, що найбільш об'єктивним і зручним показником якості є площа під кривою частоти обертання ротора генератора. При застосуванні цього критерію частоту обертання можна не тільки розрахувати на моделі, а й виміряти на діючому агрегаті. Запропонований критерій дозволяє порівнювати між собою процеси включення в паралельну роботу, проводити оптимізацію конструктивних параметрів і способів управління синхронізацією генераторів. Уперше запропоновано метод формалізації задач керування, що складається з оцінки значень струмів, напруг, частоти обертання, розрахунку критерію для оцінки вмикання на паралельну роботу з урахуванням визначення продуктивності та безаварійності. Цей метод дозволяє формалізувати й оцінити наслідки змін експлуатаційних режимів за змодельованими параметрами до їх реальної появи в енергетичній установці, що дає можливість мінімізувати кількість аварійних режимів за рахунок передбачення параметрів установки в майбутньому і підвищити продуктивність за рахунок зниження аварійності. Також вперше запропоновано метод підвищення продуктивності і зниження аварійності за рахунок використання апарату нечіткої логіки, який може використовуватися на стадії експлуатації АСК енергетичною установкою, що дає можливість відпрацьовувати енергетичній установці будь-які дозволені режими. Обрано програмні засоби реалізації математичної моделі АСК суднової електроенергетичної установки. Створено комп'ютерну програму для дослідження режимів роботи суднової електроенергетичної установки. У четвертому розділі було проведено синтез системи підтримки прийняття рішень до складу суднової електроенергетичної установки, розглянуто можливі апаратні реалізації методів прийняття рішень для визначення можливості інтеграції розроблених методів. Було здійснено вибір і формування вхідних і вихідних лінгвістичних змінних для методів прийняття рішень та вибір алгоритму нечіткого висновку. Запропоновано метод прийняття рішення для оцінки впливу найімовірніших збурень на аварійність і продуктивність. Розраховані продуктивності при знеструмленнях під час рейсу та показано залежність продуктивності від кількості знеструмлень. На розробленому програмному пакеті з застосуванням розроблених методів були досліджені наступні режими роботи системи: включення активно-індуктивного навантаження потужністю, що дорівнює потужності генераторного агрегату; включення дизель-генераторів в паралельну роботу при збільшенні нечутливості регулятора частоти обертання; виникнення несправностей обладнання внаслідок пробоїв ізоляції і замикань; короткого замикання обмотки збудження. Запропоновано застосування системи для навчання й оцінки рівня знань морських фахівців.^UThe dissertation is devoted to development of an improved power plant automatic control system by introducing a model-oriented intelligent decision support system into the automatic control system to reduce accidents due to the influence of the “human factor”. The first section analyzes the composition, structure and capabilities of modern ACS power plant in terms of performance management and safety in accordance with the requirements for the operation of ship power plants based on ACS operating on ships and current trends in their development by manufacturers such as SIEMENS and WOODWARD. The normative requirements put forward by the state and international standards to the ship synchronous alternating current electric units, which are put into rotation by internal combustion engines, are analyzed. The main causes of accidents in power plants and the impact of the human factor on the failure of the power plant and current trends related to remote control of the power plant and the concept of a virtual shift mechanic are considered. Possibilities of application of mathematical models as a part of automatic control system were also considered. In the second section, a mathematical model of the automatic control system of the power plant in transient and dynamic modes was developed, which made it possible to assess the quality of transients in the study of currents, voltages, speed, active and reactive power in transient and dynamic modes. In the third section, the structure of ASC with an object-oriented decision support system is developed. A criterion for evaluating the process of including generators in parallel operation is chosen. Proposed criteria, that allows to calculate quantify the process of pulling generators into synchronization. It is determined that the most objective and convenient indicator of quality is the area under the frequency curve of the rotor of the generator. When applying this criterion, the speed can not only be calculated on the model, but also measured on the existing unit. The proposed criterion allows to compare the processes of inclusion in parallel operation, to optimize the design parameters and methods of control of generator synchronization. For the first time, a method of formalizing control problems is proposed, which consists of estimating the values of currents, voltages, speed, calculating the criterion for evaluating the connection to parallel operation, taking into account the definition of performance and safety. This method allows you to formalize and assess the effects of changes in operating modes on the simulated parameters before their actual appearance in the power plant, which allows you to minimize the number of emergency modes by predicting future parameters and increase productivity by reducing accidents. Also, for the first time, a method of increasing productivity and reducing accidents by using a fuzzy logic device, which can be used at the stage of operation of the ACS power plant, which allows the power plant to work out any permitted modes. The software means of realization of the mathematical model of ACS of the ship electric power installation are chosen. A computer program for studying the modes of operation of the ship's power plant has been created.In the fourth section, a synthesis of the decision support system for the ship's power plant was carried out, possible hardware implementations of decision-making methods were considered to determine the possibility of integration of the developed methods. The selection and formation of input and output linguistic variables for decision-making methods and the choice of fuzzy inference algorithm were presented. A decision method is proposed to assess the impact of the most likely disturbances on accidents and performance.Performance at power outages during the flight is calculated and the dependence of productivity on the number of power outages is shown.The following operating modes of the system were investigated on the developed software package with the use of the developed methods: - inclusion of active-inductive load with a power equal to the power of the generator unit;- inclusion of diesel generators in parallel work at increase of insensitivity of the regulator of frequency of rotation; occurrence of equipment malfunctions due to insulation breakdowns and short circuits; short circuit of the excitation winding. The application of the system for training and assessment of the level of knowledge of marine specialists is proposed.

Одержано узагальнені аналітичні залежності, що зв'язують енергетичні характеристики асинхронного електроприводу (АЕП) з моментом навантаження та прикладеною напругою. Вперше сформульовано аналітичний вираз для визначення заощадженої електроенергії, що дозволяє оцінювати ефективність вжитих заходів енергозбереження. Розроблено новий спосіб керування АЕП з регулюванням напруги, що забезпечує автоматичне встановлення під час зміни моменту навантаження оптимального режиму роботи асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором (АД) за критерієм максимуму заощадженої електроенергії. З метою оптимізації процесу енергозбереження обгрунтовано доцільність використання секціонування фаз статорної обмотки АД з полюсоперемиканням та без нього. Вперше визначено принцип регулювання, за якого вихідна напруга тиристорного перетворювача інваріантна фазі струму статора асинхронного двигуна, що дозволяє виключити дію позитивного внутрішнього зворотного зв'язку та гарантувати стійку роботу електропривода.

  Скачати повний текст

Об'єкт дослідження: процеси електромеханічного перетворення енергії в безредукторних електроприводах. Мета роботи: підвищення швидкодії та точності регулювання безредукторними електроприводами з аеродинамічним навантаженням, що змінюється стохастично, шляхом створення систем автоматичного комбінованого керування на основі непрямого вимірювання моменту навантаження та систем двоканального керування з електромеханічним диференціалом.Методи дослідження базуються на основі використання фундаментальних положень електродинаміки та теоретичної електротехніки, теорії електричних машин, теорії електроприводу, теорії автоматичного керування, теоретичної механіки, засобів математичного моделювання в середовищі Matlab. Теоретичні та практичні результати і новизна: вирішено актуальне наукове завдання створення систем автоматичного керування безредукторними електроприводами з аеродинамічним навантаженням, з розширеним діапазоном регулювання швидкості та з покращеними показниками якості керування. Науково обґрунтовано конструкцію електричної машини з обмотками на статорі та роторі, механічним розділенням основного і проміжного роторів, що було покладено в основу безредукторного електромеханічного диференціалу і дало змогу реалізувати двоканальне керування без використання механічних передач. Предмет і ступінь впровадження: основні результати роботи впроваджені на ТОВ «Науково-технічна фірма «ТЕМС» та ТОВ «НВП «Техносервіспривод». Ефективність впровадження: отримано значний техніко-експлуатаційний ефект, що полягає в підвищенні показників якості систем керування безредукторними електроприводами (підвищення точності керування швидкістю та розширення діапазону регулювання швидкості електроприводу). Сфера використання: безредукторні електромеханічні системи.^UThe object of research: processes of electromechanical energy conversion in gearless electric drives. The purpose of work: increase accuracy of control and dynamic properties of gearless electric drives with stochastically changing aerodynamic load by creating automatic combined control systems based on indirect load torque measurement and two-channel control systems with electromechanical differential.The research methods are based on the use of the fundamental provisions of electrodynamics and theoretical electrical engineering, the theory of electric machines, the theory of electric drives, the theory of automatic control, theoretical mechanics, modelling in Matlab. Theoretical and practical results and innovations: the actual scientific problem of creation the automatic control systems of the gearless electric drives with aerodynamic load, with the expanded range of regulation of speed and with the improved control quality, is solved. The design of an electric machine with windings on the stator and rotor, mechanical separation of the main and intermediate rotors, which was the basis of gearless electromechanical differential and allowed to implement two-channel control without the use of mechanical gears, has been developed. A subject degree of introduction: the main results of the work are implemented at Ltd. «Scientific and Technical Firm «TEMS » and at Ltd. «SPE «Technoservicepryvod». Effectiveness of implantation: a significant technical and operating effect is obtained, which is to improve the quality of control systems of gearless electric drives (increase the accuracy of speed control and expand the range of speed regulation of the electric drives). Sphere of use: gearless electromechanical systems.

Здійснено математичне моделювання усталених і динамічних режимів роботи тягових асинхронних двигунів (ТАД) з використанням методів теорії поля. Доцільність застосування такого підходу зумовлена неможливістю вірогідного визначення параметрів і характеристик ТАД в різних режимах роботи на базі класичних методів. Розроблено науково-методичне забезпечення, а саме: польові математичні моделі, які дозволяють визначати та досліджувати характеристики та режими роботи ТАД з урахуванням особливостей їх експлуатації, нелінійних властивостей матеріалів, реальної геометрії, ефекту витіснення струму в стержнях ротора; методологію інтегральних (механічних і робочих) характеристик ТАД в симетричних і несиметричних усталених режимах роботи, аналізу електромагнітного поля в активній зоні двигуна і без застосування схем заміщення; методологію коло-польового моделювання динамічних режимів ТАД. На базі польових методів проаналізовано вплив обриву стержнів короткозамкненої обмотки ротора на характеристики ТАД. Виявлено, що руйнування стержнів обмотки ротора спричинює значне зростання електромагнітного та теплового навантаження на сусідні стержні.

  Скачати повний текст

Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової проблеми розвитку теоретичних основ, методів і засобів аналізу і синтезу просторової структури стаціонарного магнітного поля технічних об'єктів на основі витягнутосфероїдальних, сферичних, сплюснуто-сфероїдальних, а також циліндричних гармонік скалярного потенціалу.У дисертаційній роботі обґрунтовано засади практичного застосування просторового гармонічного аналізу магнітного поля поблизу поверхні технічних об'єктів (ТО) з урахуванням особливості їх форми. Для використання в якості теоретичної основи синтезу струмових джерел магнітного поля отримано узагальнене зображення векторного потенціалу у вигляді його взаємозв'язку з витягнуто-сфероїдальними, сферичними та сплюснуто-сфероїдальними гармоніками скалярного потенціалу магнітного поля. Розроблено метод експериментального визначення амплітудних коефіцієнтів просторових гармонік, заснований на узагальненому представленні сферичних і сфероїдальних гармонік магнітного поля, для практичного визначення просторової структури магнітного поля поблизу поверхні технічних об'єктів, з використанням єдиної експериментально-методичної бази. Розроблено метод практичного визначення величин 24 амплітудних коефіцієнтів сферичних гармонік магнітного поля за допомогою системи кругових контурних обмоток, який використовує при математичній обробці сигнатур обертання властивість зменшення відносного вкладу в вимірюваний магнітний потік від гармонік старших степенів магнітного поля при видаленні від поверхні ТО. Розроблено метод експериментального визначення мультипольних магнітних моментів, заснований на інтегральній обробці прохідних характеристик трьох проекцій магнітної індукції, зафіксованих поблизу технічного об'єкта, при його лінійному переміщенні. Виконано класифікацію методів і засобів експериментального визначення сферичних гармонік магнітного поля технічних об'єктів. Обґрунтовано принципи побудови систем для експериментального визначення просторових гармонік магнітного поля ТО.Для пошуку параметрів конструкції циліндричного електромагніта з максимальним створюваним магнітним моментом розроблено аналітичну модель магнітного поля електромагніту, на основі циліндричного гармонічного аналізу індуктивної намагніченості його феромагнітного осердя.Для створення із заданою якістю просторової структури магнітного поля квадрупольного електромагніту розроблено метод мінімізації вкладів неквадрупольних середньо-інтегральних по довжині коефіцієнтів магнітної індукції в апертурі, на основі знайденого їх взаємозв'язку з параметрами конструкції залізного ярма і надпровідної струмової обмотки.^UThe dissertation is devoted to solve the actual scientific problem of the development of theoretical bases, analysis and synthesis methods and means of the spatial structure of the stationary magnetic field of technical objects on the basis scalar potential's of elongated spheroidal, spherical, flattened-spheroidal, and cylindrical harmonics.In the thesis substantiated practical application principles of spatial harmonic analysis of the magnetic field near the technical objects (TO) surface, taking into account their forms peculiarities. To use as a theoretical basis for the synthesis of magnetic fields current sources, the generalized vector's potential representation is obtained in the form of its interrelation with elongated-spheroidal, spherical and oblatespheroidal harmonics of the scalar potential of the magnetic field. The experimental determination method of amplitude coefficients of spatial harmonics, based on the generalized representation of spherical and spheroidal harmonics of the magnetic field, is developed for practical determination of the spatial structure of the magnetic field near the surface of technical objects, using a single experimental-methodical basis.The method for practical determination of the values of the 24 amplitude coefficients of spherical harmonics of a magnetic field by means of a system of circular contour windings using, in the mathematical processing of rotational signatures, the property of reducing the relative contribution to the measured magnetic flux from the harmonics of the higher power magnetic field when moving away from the surface of TO is developed. The method of experimental determination of multipole magnetic moments, based on integral processing of pass-through characteristics of three magnetics induction projections, fixed near the technical object, with its linear displacement, is developed. The classification of methods and means of experimental spherical harmonic's determination of technical object's magnetic field is fulfilled. The principles of system's construction for experimental determination of spatial harmonics of magnetic field TO are substantiated.An analytical electromagnet's model of the magnetic field, based on a cylindrical harmonic analysis of the inductive magnetization of its ferromagnetic core, was developed to find cylindrical electromagnet's parameters with a maximum-created magnetic moment.To create a quadrupole electromagnet with the given quality of the magnetics field spatial structure, a method for minimizing the contributions of nonquadrupture intermediate-integral lengths of the magnetic induction coefficients in the aperture, based on their found relationship with the parameters of the floors yarn construction and the superconducting current winding, was developed.