This article contains the description of mathematical model of the single-phase induction motor. The results of mathematical simulation of the single-phase inducation motor while working with constant and variable resistant moment on the shaft are given.

Запропоновано методику визначення миттєвих значень струмів і напруг прямої, зворотної, нульової послідовностей та аперіодичної складової у фазах у сталих і перехідних режимах. Методика базується на об'єднанні методів симетричних складових і розкладання в ряд Фур'є.

Запропоновано методику та наведено результати електромагнітних випробувань силових трансформаторів спеціального призначення до сукупності параметрів, які характеризують різкозмінні навантаження дугових сталеплавильних печей.

Розглянуто математичне моделювання цифрового релейного захисту та автоматики асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором. Запропоновано алгоритм захисту від теплового перевантаження обмоток ротора та статора машини. Методика вимірювання температури нагрівання ротора заснована на обчисленні в темпі реального часу активного опору ротора і його порівнянні з відомим значенням в холодному стані.

Рассмотрены достоинства и недостатки сетей с резистивно-заземленной нейтралью. Предложено подключение резисторов к обмоткам низшего напряжения нейтралеобразующего трансформатора, соединенным в разомкнутый треугольник. Изложена методика выбора параметров трансформатора и низковольтного резистора с учетом параметров сети и требуемого уровня ограничения перенапряжений, а также предотвращения феррорезонансных процессов, представляющих опасность для оборудования.

Запропоновано алгоритм перетворення розрахункових схем великих електричних мереж, за допомогою якого можна істотно підвищити ефективність моделювання у темпі реального часу. Алгоритм побудовано на підставі замін віддалених ділянок електричного кола на еквівалентні багатоструменеві зірки, що складаються з функціональних джерел струму. Функції джерел одержано за допомогою числово-аналітичного розв'язання системи повних диференційних рівнянь схеми.

Розглянуто математичне моделювання теплового захисту короткозамкненого ротора асинхронного електродвигуна. Алгоритм визначення температури нагрівання обмотки ротора працюючого двигуна засновано на обчисленні в темпі реального часу активного опору ротора та його порівнянні з відомим значенням для холодного стану.

Рассмотрен способ повышения надежности работы сетей с изолированной нейтралью при замыкании фазы на землю с использованием комплексного устройства низковольтного заземления нейтрали и автоматического шунтирования поврежденной фазы, с помощью которого решаются проблемы повышения чувствительности релейной защиты, ограничения перенапряжений и исключения длительных дуговых замыканий. Приведены результаты моделирования однофазного замыкания на землю при использовании предложенного способа и показаны его преимущества.

Для тепловой защиты асинхронных электродвигателей по результатам измерений параметров текущего режима для неизвестной температуры и базового замера при известной находят из эквивалентной схемы замещения значения изменения активного сопротивления обмотки ротора, по которому определяют температуру нагрева. Для алгоритма защиты предложен метод учета зависимостей сопротивлений схемы замещения от явлений эффекта вытеснения тока и насыщения магнитных цепей. Эффективность защиты проверена результатами математического моделирования и экспериментов в лабораторных условиях.

Рассмотрена теория и предложены в виде Целевой научно-технической программы энерго- и ресурсосберегающие разработки и технологии для электрических машин (ЭМ) топливно-энергетического комплекса Донбасса и промышленно развитых регионов Украины и СНГ. Систематизированы инновационные решения, предлагаемые для модернизации асинхронных и синхронних ЭМ, находящихся в эксплуатации, а также наукоемкие технологии и разработки, предлагаемые для совершенствования ЭМ новых серий. Предлагаемые технические решения выполнены на уровне изобретений и защищены патентами Украины и России.

Получила дальнейшее развитие математическая модель синхронной машины в фазных координатах, для которой, вместо численного обращения матрицы индуктивностей на каждом шаге расчета, предложен способ ее аналитического определения. Преимущества предложенной модели показаны на примере моделирования асинхронного пуска синхронного двигателя.

Рассмотрено дальнейшее совершенствование методов идентификации параметров эквивалентных схем замещения глубокопазных асинхронных электродвигателей на основе экспериментальных данных. Предложенный метод основан на использовании данных регистрации величин фазных токов и напряжений, скольжения в режимах прямого пуска и работы при различной загрузке механизма. Учет вытеснения тока в обмотке ротора для промежуточных скольжений выполнен с помощью гиперболических зависимостей для эквивалентного прямоугольного паза. Для повышения точности расчета динамических режимов предложено ветвь намагничивания представлять в виде отдельного активно-индуктивного контура, аналогичного контуру ротора.

Рассмотрены вопросы повышения надежности систем электроснабжения с асинхронными двигателями за счет применения быстродействующего автоматического включения резерва в микропроцессорном исполнении. Предлагаемое устройство позволяет сократить время перерыва в питании и предотвратить несинхронную подачу напряжения на двигатели, которые потеряли питание.

Рассмотрен способ повышения надeжности систем электроснабжения с двигательной нагрузкой при кратковременных нарушениях электроснабжения за счeт совершенствования пусковых органов быстродействующего автоматического включения резерва (БАВР) на основе предложенного метода ускоренного определения комплексных мгновенных значений токов и напряжений прямой и обратной последовательностей. Приведен пример успешного действия устройства БАВР с использованием предложенного подхода.

Цель работы - разработка метода, позволяющего по данным эксплуатационных режимов пуска и работы под нагрузкой асинхронного электродвигателя определить параметры схемы замещения, которая учитывает потери в стали и влияние эффекта вытеснения тока в роторе, а также алгоритма расчета по найденным параметрам двигателя установившихся и переходных режимов работы привода. Определены параметры статорной цепи; вычислены, по данным двух опытов с различными коэффициентами загрузки механизма, входные активного и индуктивного сопротивлений двигателя. Определены разности проводимостей роторных цепей для двух опытов нагрузки, отношение которых позволяет составить квадратное уравнение, и из его решения найти постоянную времени и параметры ротора для области рабочих скольжений. Вычислены параметры контура потерь в стали и индуктивного сопротивления взаимоиндукции, а также эквивалентного двухклеточного ротора с независящими от скольжения параметрами. Статические характеристики двигателя можно получить на основании расчетов непосредственно по схеме замещения. Для расчета динамических характеристик двигателя составлены дифференциальные уравнения в неподвижной относительно статора системе координат. Разработан метод экспериментального определения параметров Т-образной схемы замещения асинхронного электропривода, отличающийся простотой реализации, так как не требует специализированного оборудования и проведения опыта холостого хода, а использует данные из нормальных эксплуатационных режимов работы привода под нагрузкой и в режиме пуска. Показано, что по данным двух опытов нагрузки при различных скольжениях можно определить параметры ветви намагничивания для учета потерь в стали, ток холостого хода, номинальное скольжение, а также значения параметров ротора в области номинальных скольжений. Приведен способ учета влияния вытеснения тока на параметры ротора путем представления его в виде двух параллельно включенных клеток, параметры которых находят по значениям входных сопротивлений в опытах нагрузки и в режиме пуска при единичном скольжении. Показано, что на основании измерения параметров пускового и нагрузочных режимов представляется возможным определить потери, ток холостого хода и номинальное скольжение асинхронного двигателя, а также параметры контуров ротора, которые учитывают эффект вытеснения тока, что позволяет уточнить каталожные данные. Практическая значимость - снижение затрат на определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя по причине уменьшения количества требуемых опытов.

Усовершенствована математическая модель синхронной машины в фазных координатах за счет учета вытеснения тока в демпферных контурах ротора путем их представления многоконтурной схемой замещения в каждой оси, а для сокращения расчетных затрат получены аналитические выражения для обратной матрицы индуктивностей. Преимущества предложенной модели показаны на примере моделирования асинхронного пуска синхронного двигателя.

Разработаны алгоритмы цифровых измерительных органов векторов фазных токов, напряжений и углов сдвига между ними, в которых ортогональные составляющие комплексов получают по дискретным мгновенным значениям измеряемых величин и их производным. Повышение быстродействия и качества фильтрации измерительных сигналов достигнуто за счет интегрального усреднения мгновенных значений на скользящем интервале наблюдения длительностью менее полупериода промышленной частоты. Результаты исследований опытного образца устройства, выполненного на базе микроконтроллера STM32F4Discovery, на лабораторной установке показали, что оно позволяет выявить потерю питания по любой причине за время не более 10 мс и обеспечивает синфазную подачу резервного питания на двигательную нагрузку. Применение устройства в действующих электроустановках позволит повысить надежность электроснабжения ответственных потребителей.

В настоящее время большую часть вырабатываемой электроэнергии потребляют асинхронные и синхронные электродвигатели, используемые в установках с непрерывным технологическим процессом. Для таких потребителей требуется обеспечение успешного самозапуска двигателей после кратковременных нарушений электроснабжения, вызванных короткими замыканиями или потерей питания по любой причине. В данной работе рассмотрены особенности построения цифровых измерительных органов тока, напряжения, мощности, входящих в состав устройства быстродействующего автоматического включения резерва. Для повышения быстродействия и помехоустойчивости измерительных органов усовершенствован алгоритм определения комплексных значений токов и напряжений, основанный на усреднении мгновенных значений ряда нечетного количества выборок, по которым также численно находят центральные производные. Приведены результаты реализации изложенного подхода, полученные на математических моделях и в действующих системах электроснабжения с двигательной нагрузкой, которые показывают, что предложенный способ определения комплексных величин позволяет в переходных режимах ускорить затухание апериодических составляющих токов и ослабить влияние случайных помех, что в результате повышает быстродействие устройств подачи резервного питания.

Разработана селективная защита от замыканий фазы на землю для компенсированных сетей, в которых традиционные защиты из-за влияния катушки Петерсена не обеспечивают их селективного действия. Использованы цифровые узкополосные частотные фильтры, которые из напряжений и токов нулевой последовательности сети выделяют и усиливают составляющие с центральной частотой, выбранной из диапазона 150-300 Гц. Математическим моделированием установлено, что при таких частотах катушка Петерсена практически не уменьшает емкостной ток в поврежденном присоединении при замыкании на землю, как это имеет место при частоте 50 Гц. Передаточные функции фильтров напряжения и тока выбирают такими, чтобы обеспечивался сдвиг по фазе на 90 градусов между их выходными сигналами, а для устранения самовозбуждения фильтров их выполняют управляемыми в функции амплитуды напряжения нулевой последовательности. Выходной орган защиты реагирует на знак реактивной мощности, определяемой как произведение выходных сигналов фильтров тока и напряжения. Для исключения подачи дискретного сигнала на выходной орган защиты её выполняют двухканальной с подключением к каждому входному сигналу по два фильтра разного типа, выходные сигналы которых после перекрестного перемножения и последующего суммирования подают на двуполярный выходной орган, фиксирующий замыкание как в зоне защиты, так и вне ее для самодиагностики. Работоспособность разработанной защиты подтверждена результатами математического моделирования, испытаниями на лабораторном стенде и правильностью действия при подаче натурных сигналов, записанных с помощью цифровых регистраторов при замыканиях на землю в реальных сетях.