Описано математичну модель визначення магнітних провідностей індукційних давачів обмеженого кута повороту з урахуванням лінійних і кутових розмірів специфічної конструкції його магнітопроводу, технологічних похибок виготовлення та монтажу, що симулюється неспіввісністю розташування статора та ротора. Модель побудовано з використанням допущення про відсутність потоків розсіяння, зумовленого конструктивним розташуванням сигнальних обмоток та обмотки збудження. Однак основний магнітний потік (МП) розділено на дві частини - залежну від кутового положення ротора та незалежну, тобто корисний потік, який визначає інформаційну складову сигналу та фонову. КП визначається величиною корисної провідності, що враховує випучування МП. Корисні провідності надано у вигляді таблиці аналітичних виразів, які визначаються однотипно як провідності між двома плоскими поверхнями, розташованими під кутом, із наведенням окремо меж інтегрування. Модель надає змогу розділяти діапазон кута повороту давача на піддіапазони, кількість яких залежить від кількості зубців магнітопроводу статора. Математичну модель побудовано для лінійного давача, результати узагальнено на давач обмеженого кута повороту. Модель надає змогу пояснити природу систематичної похибки вихідної характеристики давачів і здійснювати заходи щодо запобігання їй. Використовуючи принципи побудови математичної моделі, практично визначено магнітні провідності для чотиризубцевого давача кута типу ДУ60 з урахуванням штучно введеної похибки неспіввісності статора та ротора. Результати наведено у вигляді графіків залежності корисних провідностей зубців від кута повороту. Зроблено висновок про можливість подальшого використання запропонованої математичної моделі, побудованої на базі методу ймовірних шляхів потоків, для визначення природи систематичної похибки вихідної характеристики давачів кута та здійснення запобіжних заходів для її уникнення.

Індекс рубрикатора НБУВ: З261.501

Рубрики:

Електричні машини за способом збудження

Шифр НБУВ: Ж101838 Пошук видання у каталогах НБУВ 

З метою покращання показників якості електроенергії в мережі живлення 35 кВ шахтного навантаження, що живиться від шин районної підстанції 330/220/110/35 кВ "Нововолинська" Західної енергосистеми, впроваджено статичний тиристорний компенсатор реактивної потужності (СТК). Сумісна робота СТК і пристрою регулювання напруги під навантаженням (РПН) трансформаторів підстанції надають змогу вирішити завдання комплексного керування режимом роботи системи електропостачання (СЕП) шахтного навантаження. Розроблено структурну схему регулятора СТК пропорційної дії та виготовлено дослідний зразок регулятора СТК, який надає можливість із високою точністю стабілізувати напругу в місці під'єднання СТК. Для оцінювання якості перехідного процесу, спричиненого збуреннями параметрів режиму СЕП шахтного навантаження, одержано передавальну функцію регулятора СТК з урахуванням передавальних функцій його ланок. За прийнятих значень сталої часу активного фільтра дослідного зразка регулятора показано, що перехідний процес у його схемі відбувається асимптотично з прийнятними сталими часу. Експериментальні дослідження динамічних характеристик СТК, керованого розробленим регулятором, пітвердили, що стійка робота СТК забезпечується для всього діапазону сталих часу згасання регулятора.

Описано математичну модель електромеханічної системи з асинхронним генератором (АГ) із регулюванням струму ротора перетворювачем частоти з автономним інвертором напруги, керованим регуляторами струму. АГ завдяки їх простоті доволі широко використовують у вітроенергетичних установках. Регулювання струмів коефіцієнт потужності в колі статора. Потужність перетворювача частоти визначається діапазоном зміни ковзання та може становити 25 - 30 % сумарної потужності генератора. Синтез відповідної системи керування вимагає розроблення математичної моделі, яка повинна враховувати нелінійність магнітних зв'язків у асинхронній машині та взаємні впливи між компонентами системи. Поєднання реальної системи керування з математичною моделлю силової схеми системи генерування електроенергії за технологією "hardware-in-the-loop", яка працює у реальному часі, надає змогу провести випробування та налаштування системи керування. Для створення математичної моделі застосовано оригінальний авторський метод середніх напруг на кроці числового інтегрування для математичного моделювання електричних кіл. Застосування цього методу забезпечує високу швидкодію та числову стійкість і створює умови для неперервної роботи моделі в режимі реального часу в поєднанні з фізичними об'єктами (наприклад, із фізичним контролером). Це надає змогу використати її для синтезу та тестування систем керування АГ. Реалізована в моделі система векторного керування забезпечує регулювання швидкості обертання генератора та реактивної потужності в колі статора і створює умови для використання зазначеної системи, наприклад, для вітроенергетичних установок.

Помпові станції (ПС), які забезпечують переміщення рідини трубопровідним транспортом, є істотними споживачами електричної енергії. Перевитрати електроенергії внаслідок неоптимальних режимів роботи окремих потужних агрегатів чи неоптимальної кількості менш потужних агрегатів, які одночасно працюють, є доволі значними та можуть суттєво впливати на загальне енергоспоживання. Перевитрати електроенергії на ПС призводять також до відчутних її перевитрат в елементах електричних мереж. Режими роботи потужних ПС характеризуються повільною зміною координат у часі. У багатьох випадках це надає змогу обгрунтовано розглядати такі режими як сукупність квазістаціонарних станів, що змінюють один одного, без урахування впливу перехідних процесів. Проведений аналіз характеру типових режимів помпувальних агрегатів потужних помпових станцій та їхніх систем електропостачання обгрунтовує доцільність виокремлення досліджень усталених режимів. Переважна кількість наукових праць із моделювання та аналізу режимів роботи потужних ПС стосується асинхронних електроприводних помпових агрегатів. Упровадження перспективного регульованого синхронного електроприводу на ПС потребує створення відповідних засобів досліджень. Проводити натурні експерименти на діючих помпових станціях дорого, а доволі часто й недопустимо, оскільки під час експериментів необхідно порушувати їх безперервне функціонування. Тому моделювання процесів, які відбуваються на таких об'єктах, - здебільшого є єдиним можливим засобом їх безпечного дослідження, а також прогнозування безаварійних енергоощадних режимів і заходів. Показано, що синтез енергоефективних систем керування усталеними режимами таких об'єктів із метою підвищення їх енергоефективності зазвичай є неможливим без комп'ютерного моделювання силової частини. Запропоновано математичну модель усталених режимів електромережі з частотно керованим синхронним електроприводом відцентрової помпи. З використанням створеної моделі виконано низку тестових розрахунків усталених режимів. Наведено отримані графічні залежності основних координат від відносної витрати робочої рідини на вході трубопроводу.

Здійснено порівняльний аналіз характеристик слідкуючого електроприводу, який подано асинхронним і синхронним механічно не зв'язаними електроприводами. В такій системі один електропривід працює у режимі ведучого приводу, а інший - у режимі веденого. Для виконання порівняльного аналіз характеристик слідкуючого асинхронного електроприводу (АЕП) розроблено експериментальну установку, яка складається з АЕП на базі перетворювача частоти серії ATV340 та механічно не зв'язаного синхронного електроприводу на базі Lexium 32C. Для передавання даних між електроприводами використано входи/виходи РТО-РТІ перетворювачів частоти. Описано технологію реалізації задачі синхронізації швидкостей електроприводів на базі перетворювачів частоти ATV340 та Lexium 32C, наведено дослідження впливу параметрів регулятора швидкості (частоти) перетворювача частоти ATV340 на точність та якість процесу синхронізації швидкостей. Зокрема, збільшення до певних значень коефіцієнта підсилення контуру швидкості зменшує динамічну похибку швидкості, а зростання параметра STA усуває перерегулювання та коливність перехідного процесу. Проведені експериментальні дослідження показали, що у разі використання бездавачевого векторного керування перетворювач частоти ATV 340 може працювати в слідкуючому режимі, однак у перехідних режимах розгону та гальмування спостерігається часове запізнення реакції приводу, яке неможливо ліквідувати наявними засобами програмного забезпечення. Використання електроприводу Lexium 32C у слідкуючому режимі забезпечує синхронізацію швидкості з високою точністю як у перехідних режимах, так і в усталеному режимі роботи. Вважаємо, що доцільно здійснити дослідження слідкуючого електроприводу на базі перетворювача частоти ATV 340 у випадку реалізації замкненої системи регулювання за швидкістю.

Обгрунтовано доцільність використання ємнісного нагромаджувача в колі електронного комутатора для покращання техніко-економічних показників вентильних реактивних двигунів. Такий електромеханічний перетворювач є максимально простим конструктивно, дешевим у виготовленні та має хороші технологічні характеристики у порівнянні з найпростішими електричними машинами - асинхронними, а привід на базі вентильного двигуна з пасивним ротором за регулювальними властивостями не поступається приводам із колекторними двигунами постійного струму, які набули необмеженого поширення. Запропоновано нові електричні схемні рішення, орієнтовані на живлення від джерел низької напруги й обмеженої потужності з використанням буферів енергії, які здійснюють захист силових ключів комутатора від перенапруги під час вимкнення секції та виконують функцію акумулювання запасеної в магнітному полі енергії, яку потім використано для форсування струму секції. Організовувати керування у таких схемах електронного комутатора можна логічним перемноженням певних сигналів давача положення ротора для формування сигналів керування. Наведену математичну модель, використану для дослідження, реалізовано для миттєвих значень вентильного реактивного двигуна з ємнісними буферами енергії, вона слугує основою для розрахунку його характеристик. Для того щоб вирішити проблему відшукання моментів комутації у задачах такого типу, використано метод інвертування нелінійної системи диференціальних рівнянь. Метод полягає у виборі незалежною змінною кута комутації за перемикання якогось із силових ключів електронного комутатора. Дослідження механічних і робочих характеристик вентильного двигуна з пасивним ротором та буфером енергії здійснено в середовищі комп'ютерної програми дослідження вентильних реактивних двигунів із буферами енергії. Наведено приклади розрахунку динамічних і статичних характеристик двигунів. Результати комп'ютерного симулювання електромеханічних процесів підтверджено експериментальними дослідженнями та вони свідчать про адекватність наведеної у матеріалах математичної моделі та про доцільність відповідного використання такого типу двигуна.

Виконано аналіз наукових публікацій, який показав, що здебільшого дослідження комутаційних перехідних процесів в електричних мережах (ЕМ) під час циклів автоматичного повторного ввімкнення (АПВ) вимикачів здійснюють без урахування впливу на них електромеханічних процесів у механізмах переміщення контактів вимикачів, незважаючи на те, що швидкість їх перебігу є співмірною зі швидкістю проходження електромагнітних процесів. На базі модифікованого принципу Гамільтона - Остроградського запропоновано математичну модель фрагмента ЕМ, який складається з міжсистемної лінії електропередачі надвисокої напруги, компенсувальних реакторів і високовольтного вимикача з пристроєм АПВ. Показано, що запропонована методика ідентифікації крайових умов другого роду до диференціального рівняння довгої лінії підвищує ефективність побудови її моделі, оскільки не потребує створення розширених колових заступних схем, з одного боку; та надає змогу на польовому рівні врахувати перебіг електромагнітних процесів, із другого. Використана математична модель вимикача надвисокої напруги надає змогу враховувати комутаційні дугові процеси на основі нелінійного активного опору та ємності та динаміку руху механізму переміщення контактів на базі теорії Лагранжа. Це уможливлює ефективне дослідження перехідних процесів у ЕМ під час АПВ вимикачів без застосування процедури пошуку початкових умов комутації. На підгрунті розробленої математичної моделі написано програмний код алгоритмічною мовою Visual Fortran та здійснено комп'ютерну симуляцію перехідних комутаційних процесів у довгій лінії електропередачі з урахуванням дії пристрою однократного АПВ і механічних процесів у вимикачі. Результати досліджень надано у вигляді рисунків, які проаналізовано. Підтверджено, що розвиток і застосування міждисциплінарних (інтердисциплінарних) методів дослідження надає змогу виключно з використанням єдиного енергетичного підходу будувати моделі електротехнічних та електромеханічних підсистем як елементів єдиної електроенергетичної системи, зокрема й математичні моделі вимикачів надвисокої напруги та довгих ліній електропередач.

Розглянуто новий вид персонального електричного транспортного засобу (ЕТЗ) - сегвей, чи гіроборд, у якому користувач під час керування рухом бере безпосередню участь у балансуванні свого положення відносно осі, що з'єднує два колеса з індивідуальними електроприводами. Такий ЕТЗ - складна людино-машинна система, робота якої залежить від команд людини та відповідної реакції системи автоматичного керування (САК) рухом. Тому для розроблення останньої необхідно знати як закономірності роботи електромеханічної системи цього ЕТЗ, так і навички керування, які набув користувач. На базі рівняння Лагранжа II роду розроблено математичну модель кінематики руху такого ЕТЗ у вигляді нелінійної системи взаємозв'язаних диференціальних рівнянь другого порядку. Як системи електроприводів коліс застосовано замкнені за струмами якоря синхронні машини з постійними магнітами, які керуються транзисторними інверторами напруги за положенням їх роторів відповідно до сигналів, отриманих від встановлених на колесах енкодерів. Завдання на електромагнітні моменти приводів коліс формують ПД-регулятори за сигналами від системи давачів - твердотільних гіроскопа та акселерометра, які надають змогу визначити кут нахилу тіла користувача. За розробленою функціональною схемою системи користувач - гіроборд у середовищі Matlab/Simulink створено імітаційну комп'ютерну модель, в яку входить розроблена математична модель кінематики руху гіроборда з користувачем. Ця модель імітує поведінку користувача, а також роботу САК електроприводами коліс. Визначено раціональні налаштування регуляторів моделі. У результаті проведеного комп'ютерного симулювання циклу руху гіроборда отримано низку осцилограм основних координат, що описують динаміку системи. Вони надали змогу зрозуміти закономірності взаємодії людини та машини та показали працездатність розроблених підходів до побудови системи керування гіробордом.

Під час діагностування технічного стану магістральних трубопроводів (газопроводів) виявляють дефекти типу порушення суцільності, встановлюють фактичну товщину стінки трубопроводу та визначають профіль його поверхні. На основі акустичного (ультразвукового), магнітного та вихрострумового методів контролю розроблено інтелектуальні поршні, які використовують для внутрішньотрубної технічної діагностики. Вихрострумовий метод контролю надає можливість виявити поверхневі тріщини з малим розкриттям і дефекти розшарування металу трубопроводу. За вихрострумового методу контролю первинний прохідний перетворювач параметричного або трансформаторного типу зазвичай має форму циліндричної котушки з прямокутною формою поперечного перерізу та розташований співвісно з контрольованою трубою. З метою контролю дефектів, товщини стінки та фізичних параметрів електропровідних феромагнітних труб для локалізації магнітного поля обмотку збудження первинного перетворювача доцільно виконати у формі двох кільцевих котушок, співвісних із контрольованою трубою, у яких протікатимуть протилежно спрямовані струми. Тоді для локального контролю вимірну (вторинну) обмотку первинного перетворювача доцільно розташувати біля внутрішньої поверхні труби між котушками обмотки збудження так, щоб її вісь була спрямована по радіусу труби і такий первинний перетворювач обертати по колу та переміщувати в осьовому напрямі або передбачити декілька таких вимірних обмоток по колу труби і переміщувати перетворювач тільки по осі труби. Тому актуальним є розрахунок вихідної інформації (напруги на вимірній обмотці) прохідного екранованого вихрострумового первинного перетворювача трансформаторного типу, розташованого всередині контрольованої. Визначено основну, внесену об'єктом контролю, і суманру перетворені за Лапласом напруги на вимірній обмотці первинного внутрішнього вихрострумового перетворювача прохідного типу з обмоткою збудження, яка складається із двох зустрічно ввімкнених кільцевих циліндричних котушок прямокутного поперечного перерізу зі струмом заданої форми, і вимірної обмотки, розташованої біля внутрішньої поверхні труби між котушками обмотки збудження так, щоб її вісь була спрямована по радіусу труби. Отримані результати доцільно використати під час діагностування технічного стану внутрішньої поверхні трубопроводів для визначення інформативних величин та їх чутливостей до параметрів і дефектів об'єкта контролю розглянутим прохідним первинним вихрострумовим перетворювачем із метою розв'язки багатопараметрової інформації.

Показано можливі небезпеки ідеалізації під час побудови математичних образів фізичних об'єктів чи систем. Вони можуть бути прийнятними, прихованими, або навіть такими, що сягають сингулярности, а то й нереальними. Це розкрито на п'ятьох практичних задачах електрики та механіки. Зокрема, йдеться про електричні кола, що містять EJ-вироджені перетини та контури, утворені виключно ідеальними джерелами струму і ЕРС, про обертову сингулярність за ідеальної пружності, про гармонічний електричний резонанс, про зовнішню характеристику серієсного генератора постійного струму за ідеального феромагнетизму, про сигулярність і парадокс 4/3 електрона. Повна система рівнянь електричного кола завше містить кількість рівнянь, що дорівнює кількості невідомих. Але якщо є перетини, утворені виключно ідеальними джерелами струму, або контури, утворені виключно ідеальними джерелами напруги, то вона стає недовизначеною, бо рівняння, складені за законами Кірхгофа для таких перетинів і контурів (надалі EJ-вироджені), не містять невідомих, хоч самі закони повинні суворо дотримуватись. Такі задачі доволі часто виникають на практиці: достатньо назвати трифазне коло, ідеальні джерела напруги якого з'єднано трикутником, або ідеальні джерела струму - у зірку. Але найчастіше EJ- виродження виникають у задачах аналізу радіоелектронних кіл. Наукові пошуки часто натрапляють на практичні задачі, розв'язки яких надто спрощуються за умов тієї чи іншої локальної ідеалізації, а то й неможливі без неї. Тому треба відповідально ставитися до аналізу одержаних результатів у кожному конкретному випадку. Задачі на сингулярність розглянуто лише в тому розумінні, аби загострити проблему. Будь-який математичний образ реального фізичного процесу здійснюється за тих чи іншим логічним припущенням, зокрема й ідеалізацією. Але ідеалізацією треба користуватися розсудливо, бо вона може призводити до разючих спотворень істини, у граничних випадках навіть до сингулярності, а інколи до малопомітних, а тому найпідступніших.

Електричні мережі 6 - 35 кВ працюють з ізольованою чи уземленою через дугогасний реактор нейтраллю. Цей режим нейтралі є причиною появи значних перенапруг із крутими фронтами хвиль в електричній мережі за однофазних замикань на землю (ОЗЗ), особливо за дугових замикань і різного роду ферорезонансних явищ. Ці перенапруги пошкоджують ізоляцію всієї електричної мережі. Тому для підвищення ефективності функціонування мережі 6 - 35 кВ необхідно до мінімуму зменшити час дії згубних для ізоляції мережі (особливо кабелів) перенапруг. Для цього необхідно застосовувати захисти, що діють на вимкнення приєднання з ОЗЗ із мінімальною витримкою часу. Для зменшення збитків від недовідпуску електроенергії за рахунок зменшення часу знеструмлення споживачів, що вимикалися захистом за ОЗЗ, доцільно застосовувати автоматичне повторне ввімкнення (АПВ), що діє на автоматичне ввімкнення елемента електричної мережі, попередньо вимкненого захистом за ОЗЗ. Розроблено алгоритм функціонування АПВ. На базі розробленого алгоритму з застосуванням цифрових технологій виготовлено пристрій, за допомогою якого може бути організована функція АПВ для великої кількості приєднань до секції шин - до 28. Для перевірки працездатності пристрою створено фізичну модель електричної мережі з ізольованою нейтраллю, що надає можливість моделювати ОЗЗ. Для захисту від ОЗЗ у фізичній моделі застосовано серійний пристрій "Альтра", що успішно експлуатується на різних електроенергетичних об'єктах України - обленерго, теплових електричних станціях, заводських підстанціях тощо. Взаємну роботу пристроїв захисту від ОЗЗ та АПВ апробовувано на фізичній моделі. Змодельовано різноманітні режими за ОЗЗ в електричній мережі (пошкодження в різних місцях електричної мережі) та різний характер ОЗЗ (короткочасні з самоліквідацією, стійкі без самоусунення). Аналіз результатів перевірки на фізичній моделі підтвердив високу ефективність комплексного використання пристроїв захисту за ОЗЗ та АПВ у мережах з ізольованою (компенсованою) нейтраллю.

Однією з основних задач сьогодення є розвиток альтернативної енергетики. Попри значну кількість переваг такі джерела енергії, як сонце та вітер, не є постійними, а оскільки ці джерела природно працюють у "протифазі", то їх доцільно використовувати разом. Також зважаючи на їх непостійність, зазвичай із ними використовують різні накопичувальні системи, зокрема гібридні системи накопичення, такі як поєднання акумуляторної батареї та суперконденсатора, що мають кращі експлуатаційні характеристики. Отже, об'єкт вітросонячної енергоустановки (ВСЕУ) є складною системою, яка потребує особливого підходу до керування. Одними із відомих підходів до побудови систем керування складними об'єктами є енергетичні підходи. Показано процедуру синтезу універсальної системи енергоформувального керування (УФК) ВСЕУ з гібридною системою накопичення з широкими можливостями для налаштування. Використання різних параметрів системи ЕФК, що відображає введення додаткових взаємозв'язків і демпфування, надає можливість скорегувати перетікання енергії в середині замкненої системи, а отже, здійснити налаштування залежно від бажаного результату. Наприклад, підтримання напруги, яка прикладається до навантаження на одному рівні або плавність перехідних процесів струму через акумуляторну батарею. Проаналізовано вплив можливих параметрів та їх поєднання на роботу замкненої системи. Синтезовано 4 найефективніші структури системи ЕФК із різними конфігураціями параметрів: із природним перетіканням енергії; із введенням додаткових взаємозв'язків і демпфування в підсистеми накопичення; з веденням взаємозв'язків у підсистеми генерації, а також в обидва типи підсистем. Проведено порівняльні дослідження, в результаті яких підтверджено доцільність введення додаткових взаємозв'язків до всіх підсистем, а саме: сонячної енергоустановки, вітроенергоустановки, акумуляторної батареї та суперконденсатора. Така система має змогу забезпечити оптимальне керування як відбором енергії від усіх джерел, так і її розподілом по накопичувачах енергії. Системи ЕФК ВСЕУ завдяки введенню додаткових взаємозв'язків тідемпфування, надають широкі можливості для налаштування. Це особливо корисно у таких складних системах, як ВСЕУ з гібридними системами накопичення, де потрібно узгоджувати роботу підсистем з урахуванням багатьох вимог.

Однією з ключових проблем реалізації замкнених систем керування є вимірювання всіх станів динамічної системи, яка перебуває у складних навколишніх умовах, де застосування певних видів датчиків є технічно неможливим чи економічно необгрунтованим. Також, у електромеханічних системах існує низка величин, які неможливо безпосередньо виміряти фізичними датчиками. У таких випадках для обчислення невідомих координат вектора стану динамічної системи використовують математичні алгоритми - спостерігачі та естиматори. Одним із найпоширеніших серед алгоритмів спостереження, які використовуються у електромеханічних системах, є фільтр частинок, який надає змогу визначати координати вектора стану нелінійної системи за негауссовим законом розподілу станів і вимірювань. Також, практична цінність алгоритму зумовлена високою нечутливістю до шуму сенсорів і збіжністю за великих початкових відхилень оцінених значень станів від реальних величин. Проте, реалізація алгоритму потребує значних обчислювальних витрат, які зумовлені обчисленням великої кількості точок станів, у яких може перебувати динамічна системи. З метою зменшення обчислювальної складності запропоновано модифікацію фільтра частинок для спостереження координат вектора станів динамічної системи електроприводу колеса електромобіля. Модифікований алгоритм фільтра частинок здійснює перемикання кількості точок під час оцінювання величин координат вектора стану з використанням нечіткої логіки з лише одним нечітким входом, що надає змогу уникнути великої бази правил. Адекватність нечіткого фільтра частинок доведено математичним моделюванням динаміки системи електроприводу колеса електромобіля під час його руху на різних поверхнях. Запропонований алгоритм показав аналогічну точність і менші обчислювальні затрати у порівнянні з класичним алгоритмом спостереження. Також результати моделювання засвідчили, що модифікований спостерігач незначно впливає на динаміку та статику замкненої системи керування з регулятором за повним вектором стану, на вхід якого подаються координати системи, визначені нечітким фільтром частинок.

Увімкнення трансформаторів на паралельну роботу потребує врахування кількох важливих вимог. У процесі експлуатації систем електропостачання промислових підприємств іноді виникають ситуації, коли стає бажаним вмикати на паралельну роботу трансформатори, характеристики яких не зовсім відповідають такій процедурі. Якщо трансформатори ввімкнено на паралельну роботу, то будь-яка різниця між їх параметрами призводить до перерозподілу навантаження між ними у порівнянні з попереднім режимом, коли вони працювали ізольовано. Розглянуто проблему паралельної роботи трансформаторів різної потужності в системі електропостачання шахти та проаналізовано вплив конфігурації системи електропостачання та схем приєднання електроприймачів на розподіл навантажень між трансформаторами.

Індекс рубрикатора НБУВ: З261.5

Рубрики:

Електричні машини постійного струму

Шифр НБУВ: Ж101838 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розглянуто принцип дії, конструкцію та особливості процесу проектування електронагрівача (ЕН) рідини індукційного типу, що відрізняється від існуючих пристроїв аналогічного призначення високими рівнями надійності та захисту від ураження електричним струмом, добрими техніко-економічними показниками. Мета дослідження - розроблення методики проектування індукційного водонагрівача оригінальної конструкції та перевірка достовірності цієї методики. Методи дослідження, які застосовуються для досягнення поставленої мети, поєднують переваги аналітичних підходів і числового симуляційного моделювання. Так, проектний розрахунок та аналіз технічних показників здійснено на підставі класичної електротехніки та теорії електричних машин змінного струму, а уточнення проектних рішень, пов'язаних із перебігом електромагнітних процесів - за методом скінченних елементів. Розроблений алгоритм проектування містить етап синтезу конструкції та математичну модель для розрахунку динамічних електромагнітних процесів у нагрівачі. Вона враховує двовимірний просторовий розподіл магнітного поля, насичення магнітопроводу та втрати від вихрових струмів у ньому, ефект витіснення струму в нагрівальному елементі. Ця модель базується на рівняннях Максвела у квазістаціонарному наближенні, а також містить низку співвідношень, що пов'язують між собою колові (інтегральні) та польові (розподілені) показники. Її можна віднести до класу колопольових або комбінованих моделей. Наведено опис конструкції та приклад розрахунку індукційного водонагрівача потужністю 4,8 кВт, коефіцієнт віддачі якого перевищує 95 %. Порівняно результати розрахунку номінальних показників цього нагрівача, отримані з використанням аналітичних методів і FEM-аналізу. Проведенні дослідження надають право стверджувати, що застосування запропонованої методики проектування гарантує відповідність проекту вимогам технічного завдання та не потребуватиме виконання дороговартісних етапів виготовлення фізичних макетів і проведення їх експериментальних випробувань.

З огляду на теорію автоматичного керування, не повинно бути різниці в поведінці між об'єктом, який задано набором передатних функцій, що відповідно поєднані між собою, так і реальним об'єктом, що відповідає такій теоретичній структурі з заданими передавальними функціями. Відповідно до цього, проведено узагальнений аналіз гіпотези О. Сміта щодо показників стійкості в системах автоматичного керування з нестійкими нулями та полюсами передавальних функцій другого порядку. У зв'язку з тим, що поведінка більшості технічних об'єктів може бути описана передавальною функцією другого порядку, основний акцент зроблено саме порядку з нестійкими нулями та полюсами. Для опису використано як апарат передавальних функцій, так і структурні моделі відповідного рівня, що надало змогу зробити їх опис наочним. Виконано узагальнений опис системи автоматичного керування другого порядку з від'ємним жорстким зворотним зв'язком. Для такої системи сформовано теоретичні критерії стійкості щодо її параметрів на підставі необхідних і достатніх умов стійкості. На підставі узагальненого опису передавальною функцією другого порядку виконано дослідження систем автоматичного керування з різними варіантами розміщення на комплексній площині нестійких нулів і полюсів передавальної функції розімкненої системи. Виклад матеріалу супроводжується численними прикладами, для яких розглянуто випадки передавальних функцій як із дійсними полюсами, так і з парою комплексно-спряжених полюсів. Для кожного наведеного прикладу розглянуто випадок як розімкненої системи, так і замкненої системи з одиничним зворотним зв'язком. Обидва випадки для кожного прикладу проілюстровано графіками логарифмічних амплітудно-частотних і фазо-частотних характеристик і перехідною функцією. Проведені дослідження проілюстровано графіками логарифмічних амплітудно-частотних і фазо-частотних характеристик і перехідних функцій, які для кожного прикладу отримані з використанням математичних застосунків MATLAB (разом із бібліотекою Control System Toolbox) і Mathcad. За результатами проведених досліджень підтверджено висновки О. Сміта про відмінність у поведінці реальних фізичних систем із нестійкими нулями та полюсами та теоретично отриманими моделями з аналогічними передавальними функціями.

Розглянуто структурні моделі системних стабілізаторів електроенергетичних мереж (ЕЕМ), які використовуються для поліпшення демпфування коливань потужності енергосистеми за допомогою регулювання збудження синхронних турбогенераторів електростанцій. Математичні та структурні моделі такого системного стабілізатора для різних порядків його передатної функції згідно з рекомендаціями IEEE запропоновано для реалізації у системах автоматичного проектування, зокрема, для системи комп'ютерного аналізу стійкості ЕЕМ DAKAR. Проаналізовано існуючі системні стабілізатори, що рекомендовані асоціацією IEEE для електроенергетичних систем, кожен з яких має застосування, пов'язане з наявною системою збудження турбогенератора. Наведено опис будови існуючих системних стабілізаторів. Для побудови їх моделі на підставі рекомендацій IEEE запропоновано використання перетворення структурної схеми системного стабілізатора до канонічної форми спостережності. Таке перетворення надає можливості для створення математичних моделей таких систем для кола збудження синхронного генератора у формі як структурної моделі, так і системи диференціальних рівнянь, що відповідає такій структурі. Для аналізу частотних і часових характеристик моделей системних стабілізаторів використано середовище MATLAB із бібліотекою Control System Toolbox, що надало змогу проаналізувати частотні та часові характеристики рекомендованих IEEE системних стабілізаторів та їх моделей, які одержано на підставі канонічної форми спостережності. За рекомендаціями IEEE знаменник передатної функції системного стабілізатора може мати від першого до п'ятого порядку, що, відповідно, розширює коло використовуваних математичних моделей. Для їх аналізу на базі розгорнутої передатної функції системного стабілізатора створено узагальнені математичну та структурну моделі, які стали основою для розроблення відповідних моделей першого - п'ятого порядків. Для кожної такої моделі відповідного порядку показано як структурну схему, так і математичну модель як систему диференціальних рівнянь у формі Коші. Результати комп'ютерного моделювання підтвердили адекватність розроблених моделей і простоту їх використання.

Реактивні системи залпового вогню є важливим компонентом у забезпечені вогневого потенціалу підрозділів. Їх мобільність і точність ураження цілей визначально впливають на результат бою. Існуюча система наведення пакета напрямних бойової машини БМ-21 є складною, багатоконтурною та інерційною електромеханічною системою, з наявними зазорами, люфтами та обмеженою пружністю деяких елементів механічної частини. Вона повинна забезпечувати необхідні показники динаміки та статики (швидкодію та точність позиціонування пакета напрямних), тобто реалізувати закон руху пакета напрямних без режимів дотягування, перерегулювання і з мінімізацією часу позиціонування у задане положення. Електромеханічні системи наведення БМ-21 сьогодні повною мірою не відповідають вимогам за швидкодією та точністю наведення пакета напрямних. Опрацьовано системотехнічні рішення для модернізації цієї системи, що полягають у заміні електромашинного підсилювача на силовий напівпровідниковий перетворювач і застосуванні триконтурної позиційної системи підпорядкованого регулювання кута наведення пакета напрямних. Використано лінійно-параболічний регулятор положення та нечіткий коректор, вхідними сигналами якого є похибка регулювання за кутом наведення озброєння та її похідна. Така система керування процесом наведення пакета напрямних відповідає вимогам щодо точності та показників динаміки позиціонування, конструктивним особливостям кінематичної схеми механізму наведення та характеру зовнішніх впливів і параметричних змін системи. Вибрано елементи силового електрообладнання, розроблено структурну схему позиційної електромеханічної системи підйомного механізму бойової машини. Обгрунтовано модель нечіткого керування. Запропоновано методику проектування нечіткого коректора на основі експериментально отриманих реакцій системи наведення на стрибкоподібні сигнали керування. Запропоновані рішення значною мірою надають системі наведення властивості інваріантності до параметричних і координатних збурень і, як наслідок, надають змогу реалізувати у процесі наведення оптимальний за швидкодією та точністю позиціонування закон руху пакета напрямних.