Electrical Power and Electromechanical Systems. – 2020. – Vol. 2, No. 1
Permanent URI for this collection
Науковий журнал
Журнал є правонаступником збірника наукових праць «Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Серія: «Електроенергетичні та електромеханічні системи». Журнал призначений для науковців і інженерів, що спеціалізуються в галузі електроенергетики та електромашинобудування
Electrical Power and Electromechanical Systems = Електроенергетичні та електромеханічні системи : науковий журнал / Lviv Politechnic National University. – Lviv : Lviv Politechnic Publishing House, 2020. – Volume 2, number 1. – 94 p.
Електроенергетичні та електромеханічні системиЗміст (том 2, № 1)
1 | |
8 | |
18 | |
27 | |
36 | |
43 | |
52 | |
66 | |
79 | |
88 |
Content (Vol. 2, No 1)
1 | |
8 | |
18 | |
27 | |
36 | |
43 | |
52 | |
66 | |
79 | |
88 |
Browse
Browsing Electrical Power and Electromechanical Systems. – 2020. – Vol. 2, No. 1 by Issue Date
Now showing 1 - 10 of 10
Results Per Page
Sort Options
Item Influence analysis of unstable zeroes and poles on the stability of the feedback systems(Видавництво Львівської політехніки, 2020-01-20) Марущак, Я. Ю.; Мороз, В. І.; Цяпа, В. Б.; Головач, І. Р.; Чупило, І.; Marushchak, Y.; Moroz, V.; Tsyapa, V.; Holovac, I.; Chupylo, I.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityЗ 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 зі заданими передавальними функціями. Відповідно до цього, проведено узагальнений аналіз гіпотези Отто Сміта стосовно 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 на передатній функції зі знаменником (характеристичним рівнянням) другого порядку з нестійкими нулями і полюсами. У статті для опису використано як апарат передавальних функцій, так і структурні моделі відповідного рівня, що дало змогу зробити їхній опис наочним. Виконано узагальнений опис системи автоматичного керування другого порядку з від'ємним жорстким зворотним зв'язком. Для такої системи сформовано теоретичні критерії стійкості стосовно 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 розімкнутої системи. Виклад матеріалу супроводжується численними прикладами, для яких розглянуто випадки передавальних функцій як з дійсними полюсами, так і з парою комплексно-спряжених полюсів. Для кожного наведеного в статті прикладу розглянуто випадок як розімкнутої системи, так і замкнутої 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 в статті проілюстровано графіками логарифмічних амплітудночастотних і фазо-частотних характеристик і перехідних функцій, які для кожного прикладу отримані з використанням математичних застосунків MATLAB (разом з бібліотекою Control System Toolbox) і Mathcad. За результатами проведених досліджень підтверджено висновки О. Сміта про відмінність у поведінці реальних фізичних систем з нестійкими нулями і полюсами та теоретично отриманими моделями з аналогічними передавальними функціями.Item Синтез та аналіз системи енергоформуючого керування вітросонячною енергоустановкою з гібридною системою накопиченя енергії(Видавництво Львівської політехніки, 2020-01-20) Білецький, Ю.; Кузик, Р.-І.; Ломпарт, Ю.; Biletskyi, Y.; Kuzyk, R.-I.; Lompart, Y.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityОднією 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 з 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 є складною системою, яка потребує особливого підходу до керування. Одними з відомих підходів до побудови систем керування складними об’єктами є енергетичні підходи. Показано процедуру синтезу універсальної системи енергоформуючого керування вітросонячною енергоустановкою з гібридною системою накопичення з широкими можливостями для налаштування. Використання різних параметрів системи енергоформуючого керування, що відображає введення додаткових взаємозв’язків та демпфування, дає 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 чотири найефективніші структури системи енергоформуючого керування з різними конфігураціями параметрів: з природним перетіканням енергії, з введенням додаткових взаємозв’язків та 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 енергоформуючого керування вітросонячною енергоустановкою завдяки введенню додаткових взаємозв’язків та демпфування, надають широких можливостей для налаштування. Це особливо корисно у таких складних системах, як вітросонячні енергоустановки з гібридними системами накопичення, де потрібно узгоджувати роботу підсистем з урахуванням багатьох вимог.Item Застосування нечіткого фільтра частинок для спостереження станів динамічної системи в режимі реального часу(Видавництво Львівської політехніки, 2020-01-20) Боровець, Т. В.; Borovets, T.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityОднією із ключових проблем реалізації замкнених систем керування є вимірювання усіх станів динамічної системи, яка перебуває у складних навколишніх умовах, де застосування певних видів датчиків є технічно неможливим чи економічно необґрунтованим. 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 дає змогу визначати координати вектора стану нелінійної системи за негауссовим законом розподілу станів та вимірювань. Також, практична цінність алгоритму зумовлена високою нечутливістю до шуму сенсорів та збіжністю при великих початкових відхиленнях 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. Із метою зменшення обчислювальної складності у статті 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 із використанням нечіткої логіки із лише одним нечітким входом, що дає змогу уникнути великої бази правил. Адекватність нечіткого фільтра частинок доведена математичним моделюванням динаміки системи електроприводу колеса електромобіля під час його руху на різних поверхнях. Запропонований алгоритм показав аналогічну точність і менші обчислювальні затрати порівняно із класичним алгоритмом спостереження. Також результати моделювання засвідчили, що модифікований спостерігач незначно впливає на динаміку та статику замкненої системи керування із регулятором за повним вектором стану, на вхід якого подаються координати системи, визначені нечітким фільтром частинок.Item Оцінка стійкості до розмагнічування двигуна постійного струму зі збудженням від постійних магнітів(Видавництво Львівської політехніки, 2020-01-20) Гавдьо, І. Р.; Havdo, I.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityДвигуни постійного струму зі збудженням від постійних магнітів (ДПС ПМ) успішно замінюють аналогічні двигуни з електромагнітним збудженням, оскільки мають вищий коефіцієнт корисної дії та меншу масу на одиницю потужності. Небезпека розмагнічування магнітів є однією з головних перешкод, яких треба уникнути в процесі проектування та експлуатації ДПС ПМ. Розмагнічувальна дія реакції якоря може призвести до розмагнічування постійних магнітів і до втрати працездатності двигуна, що й зумовлює актуальність досліджень. Метою статті є наближена оцінка стійкості до розмагнічування ДПС ПМ на основі спрощеної лінійної моделі. Стійкість до розмагнічування ДПС ПМ розглядається на прикладі поширеної двополюсної конструкції з радіально намагніченими магнітами. Показано, що для визначення положення робочої точки на діаграмі магніту ДПС ПМ графічним способом необхідно знати параметри магніту та магнітопроводу ДПС ПМ, а також визначити реакцію якоря Fa. Розглянуто три складові магніторушійної сили (МРС) якоря. Зроблено висновок, що доцільно враховувати найбільш несприятливий випадок реакції якоря двигуна, коли вона приймається еквівалентною її поперечній складовій. Для оцінки стійкості до розмагнічування ДПС ПМ під час проектування, коли ще не розраховані потоки розсіяння магніту та характеристика намагнічування машини, використано заступну схему магнітного кола. Схема містить n = 3 вузли і m = 5 віток, намагнічувальні сили магніту Fm і реакції якоря Fa. На схемі наведено магнітні опори: Rm – постійного магніту; Rδ – повітряного проміжку; Rст – сталі магнітопроводу; Rσm – розсіяння магніту; Rσа – розсіяння якоря. Заступну схему описано системою лінійних рівнянь, складених за законами Кірхгофа. Знайдено розв’язок системи відносно невідомого потоку постійного магніту Фm. Характеристику розмагнічування магніту B (H) наведено у вигляді рівняння прямої. Отримано остаточну формулу для максимально допустимої величини реакції якоря Famax, яка не призведе до втрати постійним магнітом магнітних властивостей. Цією формулою доцільно скористатися на початковому етапі проектування ДПС ПМ.Item Основні конструктивні співвідношення лінійного генератора імпульсної дії(Видавництво Львівської політехніки, 2020-01-20) Харчишин, Б. М.; Хай, М. В.; Бойчук, Б. Г.; Радович, М. М.; Kharchyshyn, B.; Khaj, M.; Boichuk, B.; Radovych, M.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityПроаналізовано види втраченої при артилерійському пострілі енергії з метою визначення можливості її повторного використання. Пропонується використати кінетичну енергію руху ствола і противідкотних пристроїв для генерування та акумулювання у вигляді електричної енергії для підвищення енергетичної незалежності підрозділу при виконанні бойової задачі. Для цієї мети застосовано лінійний генератор імпульсної дії з гладким якорем магнітоелектричного збудження, структуру активної частини якого досліджено. Застосовано принципи поділу структури електромеханічного перетворювача до лінійного генератора імпульсної дії, що дозволило оптимально використовувати активні матеріали. Використано твердження, що при ненасиченому магнітопроводі магніторушійна сила постійного магніту прикладена в основному до немагнітного проміжку, тому за основний критерій проектування взято рівність висоти магніту величині, що складається з товщини обмоткового шару та технологічного проміжку між магнітом та Обмоткою, а товщина активної зони дорівнює сумарній товщині спинок магнітопроводів статора і повзуна. Встановлено оптимальні значення величини полюсної поділки для заданих значень внутрішнього та зовнішнього габаритного діаметрів проектованого генератора. Наведено основні співвідношення для визначення оптимальних значень ширини та висоти магніту, товщини спинок магнітопроводу статора та повзуна з урахуванням коефіцієнтів розсіяння та приведення площі магнітопроводу до середнього його діаметра, який враховує зменшення площі магнітопроводу через зменшення діаметра порівняно з внутрішнім діаметром магніту. Подано співвідношення для визначення діаметра розточки повзуна.Item Автоматичне повторне ввімкнення в електричній мережі з ізольованою нейтраллю за однофазного замикання на землю(Видавництво Львівської політехніки, 2020-01-20) Баран, П. М.; Кідиба, В. П.; Пришляк, Я. Д.; Сабадаш, І. О.; Baran, P.; Kidyba, V.; Pryshliak, Ya.; Sabadash, I.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityЕлектричні мережі 6–35 кВ працюють з ізольованою чи уземленою через дугогасний реактор нейтраллю. Цей режим нейтралі є причиною появи значних перенапруг з крутими фронтами хвиль в електричній мережі за однофазних замикань на землю (ОЗЗ), особливо за дугових замикань та 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 увімкнення елемента електричної мережі, попередньо вимкненого захистом за ОЗЗ. Розроблено алгоритм функціонування АПВ. На основі розробленого алгоритму з застосуванням цифрових технологій виготовлений пристрій, за допомогою якого може бути організована функція АПВ для великої кількості приєднань до секції шин – до 28. Для перевірки працездатності пристрою створена фізична модель електричної мережі з ізольованою нейтраллю, що дозволяє моделювати ОЗЗ. Для захисту від ОЗЗ у фізичній моделі застосований серійний пристрій «Альтра», що успішно експлуатується на різних електроенергетичних об'єктах України – обленерго, теплових електричних станціях, заводських підстанціях тощо. Взаємна робота пристроїв захисту від ОЗЗ та АПВ опробувана на фізичній моделі. Моделювались 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. Зараз пристрій знаходиться в дослідній експлуатації на одній із підстанцій “Львівобленерго”.Item Паралельна робота трансформаторів в системі електропостачання шахти(Видавництво Львівської політехніки, 2020-01-20) Варецький, Ю. О.; Коновал, В. С.; Varetsky, Y.; Konoval, V.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityУвімкнення 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 їхніми параметрами призводить до перерозподілу навантаження між ними порівняно з попереднім режимом, коли вони працювали ізольовано. Розглянуто проблему паралельної роботи трансформаторів різної потужності в системі електропостачання шахти, а також проаналізовано вплив конфігурації системи електропостачання та схем приєднання електроприймачів на розподіл навантажень між трансформаторами.Item Комп’ютерне моделювання системних стабілізаторів потужності електроенергетичних систем(Видавництво Львівської політехніки, 2020-01-20) Мороз, В. І.; Коновал, В. С.; Moroz, V.; Konoval, V.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityРозглянуто структурні моделі системних стабілізаторів електроенергетичних мереж, 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 електроенергетичних мереж 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 з бібліотекою Control System Toolbox, що дало змогу проаналізувати частотні та часові характеристики рекомендованих IEEE системних стабілізаторів та їхніх 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 основі розгорнутої передатної функції системного стабілізатора створено узагальнені математичну і структурну моделі, які стали основою для розроблення відповідних моделей першого–п'ятого порядків. Для кожної такої моделі відповідного порядку в статті 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 їхнього використання.Item Шляхи удосконалення електромеханічної системи керування наведення озброєння бойової машини БМ-21 на основі нечіткої логіки(Видавництво Львівської політехніки, 2020-01-20) Паранчук, Я. С.; Євдокімов, П. М.; Кузнєцов, О. О.; Paranchuk, Y.; Evdokimov, P.; Kuznyetsov, O.; Національний університет “Львівська політехніка”; Національна академія сухопутних військ імені гетьмана Петра Сагайдачного; Lviv Polytechnic National University; Hetman Petro Sahaidachnyi National Army AcademyРеактивні системи залпового вогню є важливим компонентом у забезпечені вогневого потенціалу підрозділів. Їх мобільність та 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 і точність позиціонування пакета напрямних), тобто реалізувати закон руху пакета напрямних без режимів дотягування, без 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 та 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. Обґрунтовано 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, дають змогу реалізувати у процесі наведення оптимальний за швидкодією та точністю позиціонування закон руху пакета напрямних.Item Особливості проектування індукційного водонагрівача(Видавництво Львівської політехніки, 2020-01-20) Макарчук, О. В.; Крохмальний, Б. І.; Гайдук, В. Г.; Makarchuk, O.; Krokhmalnyi, B.; Haiduk, V.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityРозглянуто принцип дії, конструкцію та особливості процесу проектування електронагрівача рідини індукційного типу, що відрізняється від існуючих пристроїв аналогічного призначення високими рівнями надійності та захисту від ураження електричним струмом, добрими техніко-економічними показниками. Метою дослідження обрано розроблення методики проектування індукційного водонагрівача оригінальної конструкції та перевірка достовірності цієї методики. Методи дослідження, які застосовуються для досягнення поставленої мети, поєднують переваги аналітичних підходів та 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 ґрунтується 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. Стаття містить 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 та FEM-аналізу. Проведенні дослідження дають право стверджувати, що застосування пропонованої методики проектування гарантує відповідність проекту вимогам технічного завдання й не потребуватиме виконання дороговартісних етапів виготовлення фізичних макетів та проведення їх експериментальних випробувань.