Electrical Power and Electromechanical Systems
Permanent URI for this communityhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/46160
Browse
Item Вентильний реактивний двигун із буфером енергії у системах із автономним живленням обмеженої потужності(Видавництво Львівської політехніки, 2019-02-28) Ткачук, В. І.; Біляковський, І. Є.; Каша, Л. В.; Tkachuk, V. I.; Bilyakovskyy, I. Ye.; Kasha, L. V.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityОбґрунтовано доцільність використання ємнісного нагромаджувача в колі електронного комутатора для покращення техніко-економічних показників вентильних реактивних двигунів. Такий електромеханічний перетворювач максимально простий конструктивно, дешевий у виготовленні та має хороші технологічні характеристики порівняно із найпростішими електричними машинами – асинхронними, а привід на базі вентильного двигуна з пасивним ротором за регулювальними властивостями не поступається приводам з колекторними двигунами постiйного 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 в матеріалах 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 та робочих характеристик вентильного двигуна із пасивним ротором та буфером енергії здійснено в середовищі комп’ютерної програми дослідження вентильних реактивних двигунів із буферами енергії. Наведено приклади розрахунку динамічних та статичних характеристик двигунів. Результати комп’ютерного симулювання електромеханічних процесів підтверджені експериментальними дослідженнями та свідчать про адекватність наведеної у матеріалах математичної моделі та доцільність відповідного використання такого типу двигуна.Item Дослідження можливостей використання перетворювача частоти ATV340 для задач синхронізації швидкостей механічно не зв’язаних електроприводів механізмів(Видавництво Львівської політехніки, 2019-02-28) Місюренко, В. О.; Семенюк, М. Б.; Misurenko, V. O.; Semeniuk, M. B.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityЗдійснено 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 аналізу характеристик слідкуючого асинхронного електроприводу розроблено експериментальну установку, яка складається із асинхронного електроприводу 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 режимі стеження 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.Item Експериментальні дослідження динамічних процесів статичного тиристорного компенсатора для системи електропостачання шахтного навантаження(Видавництво Львівської політехніки, 2019-02-28) Гапанович, В. Г.; Бахор, З. М.; Gapanovych, V. G.; Bakhor, Z. M.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityЗ метою покращення 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 дають змогу вирішити завдання комплексного керування режимом роботи системи електропостачання (СЕП) шахтного навантаження. Автори розробили структурну схему регулятора СТК пропорційної дії та виготовили дослідний зразок регулятора СТК, який дозволяє з 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 із прийнятними сталими часу. Експериментальні дослідження динамічних характеристик СТК, керованого розробленим регулятором, пітвердили, що стійка робота СТК забезпечується для всього діапазону сталих часу згасання регулятора.Item Математичне моделювання в реальному часі асинхронного генератора з інвертором напруги в колі ротора(Видавництво Львівської політехніки, 2019-02-28) Куцик, А. С.; Плахтина, О. Г.; Kutsyk, A. S.; Plakhtyna, O. G.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityОписано математичну модель електромеханічної системи із асинхронним генератором із регулюванням струму ротора перетворювачем частоти з автономним інвертором напруги, керованим регуляторами струму. Асинхронні генератори завдяки їх простоті доволі широко використовують у вітроенергетичних установках. Регулювання струмів ротора за допомогою перетворювача частоти дає змогу регулювати швидкість та коефіцієнт потужності в колі статора. Потужність перетворювача частоти визначається діапазоном зміни ковзання і 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, дає 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 із фізичними об’єктами (наприклад, із фізичним контролером). Це дає змогу використати її для синтезу та тестування систем керування асинхронним генератором. 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.Item Математичне моделювання комутаційних електромагнітних процесів у довгих лініях електропередач у циклі АПВ(Видавництво Львівської політехніки, 2019-02-28) Чабан, А. В.; Лисяк, Г. М.; Левонюк, В. Р.; Chaban, A. V.; Lysiak, H. M.; Levoniuk, V. R.; Львівський національний аграрний університет; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityВиконано аналіз наукових публікацій, який показав, що здебільшого дослідження комутаційних перехідних процесів в електричних мережах 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 співмірна з швидкістю проходження електромагнітних процесів. На основі модифікованого принципу Гамільтона – Остроградського запропоновано математичну модель фрагмента електричної мережі, який складається із міжсистемної лінії електропередачі надвисокої напруги, компенсувальних реакторів та високовольтного вимикача з пристроєм АПВ. Показано, що запропонована в роботі 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 дає змогу на польовому рівні врахувати перебіг електромагнітних процесів, з другого. Використана в роботі математична модель вимикача надвисокої напруги дає змогу враховувати комутаційні дугові процеси на основі нелінійного активного опору і ємності та динаміку руху механізму переміщення контактів на основі теорії Лаґранжа. Це уможливлює ефективне дослідження перехідних процесів у електричних мережах під час АПВ вимикачів без застосування процедури пошуку початкових умов комутації. На підґрунті 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 та механічних процесів у вимикачі. Результати досліджень подано у вигляді рисунків, які проаналізовано. Підтверджено, що розвиток і застосування міждисциплінарних (інтердисциплінарних) методів дослідження дає 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.Item Моделювання усталених режимів електромережі із синхронним електроприводом гідравлічного навантаження(Видавництво Львівської політехніки, 2019-02-28) Лисяк, В. Г.; Олійник, М. Й.; Сабат, М. Б.; Шелех, Ю. Л.; Lysiak, V. H.; Oliinyk, M. Yo.; Sabat, M. B.; Shelekh, Y. L.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityПомпові станції, 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, доволі значні й можуть суттєво впливати на загальне енергоспоживання. Перевитрати електроенергії на помпових станціях призводять також до відчутних її перевитрат в елементах електричних мереж. Режими роботи потужних помпових станцій характеризуються повільною зміною координат у часі. У багатьох випадках це дає змогу обґрунтовано 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 обґрунтовує доцільність виокремлення досліджень усталених режимів. Переважна кількість наукових праць із моделювання й аналізу режимів роботи потужних помпових станцій стосується асинхронних електроприводних помпових агрегатів. Упровадження перспективного регульованого синхронного електроприводу на помпових станціях 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 єдино можливий засіб їх безпечного дослідження, а також прогнозування безаварійних енергоощадних режимів і заходів. Показано, що синтез енергоефективних систем керування усталеними режимами таких об’єктів з метою підвищення їхньої енергоефективності зазвичай неможливий без комп’ютерного моделювання силової частини. Запропоновано математичну модель усталених режимів електромережі з частотно керованим синхронним електроприводом відцентрової помпи. Із використанням створеної моделі виконано низку тестових розрахунків усталених режимів. Наведено отримані графічні залежності основних координат від відносної витрати робочої рідини на вході трубопроводу.Item Реалізація системи регулювання положення на базі промислового частотно-керованого асинхронного електроприводу(Видавництво Львівської політехніки, 2020-02-24) Місюренко, В. О.; Куцик, А. С.; Семенюк, М. Б.; Misurenko, V.; Kutsyk, A.; Semeniuk, M.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityПозиційні електроприводи широко використовуються в різних галузях машинобудування, металорізальних та деревообробних верстатах, екскаваторах, підйомнотранспортних механізмах, маніпуляторах. Різні механізми ставлять різні вимоги до якості переміщення, а відповідно, для реалізації систем регулювання положення можуть використовуватися різні схемотехнічні рішення: від найпростіших розімкнених систем із позиціонуванням у фіксованих точках до слідкуючих систем автоматичного регулювання положення. У більшості випадків для забезпечення необхідних характеристик використовують замкнені системи автоматичного регулювання положення. Зазвичай це є сервоприводи на базі синхронних двигунів з постійними магнітами, які використовують у високоточних системах. Наведено реалізацію розробленої позиційної системи на базі серійного перетворювача частоти ATV32 (ATV320) та асинхронного двигуна із короткозамкненим ротором, що є альтернативним рішенням відносно використання сервоприводу на базі синхронного двигуна з постійними магнітами. Для регулювання положення в такому приводі використано параболічний регулятор, який реалізовано на програмованому логічному контролері Modicon М238. Отримані експериментальні результати дослідження позиційної системи свідчать про можливість та доцільність застосування системи регулювання положення на базі серійних пристроїв у механізмах, які не потребують високої точності позиціювання як альтернативи дорогому сервоприводу на базі синхронного двигуна з постійними магнітами.Item Синґулярні проблеми в задачах електрики і механіки за ідеалізації математичного опису(Видавництво Львівської політехніки, 2019-02-28) Чабан, В. Й.; Крохмальний, Б. І.; Chaban, V. Yo.; Krokhmalnyy, B. I.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityПоказано можливі небезпеки ідеалізації під час побудови математичних образів фізичних об’єктів чи систем. Вони можуть бути прийнятні, приховані, або навіть такі, що сягають синґулярности, а то й нереальні. Це розкрито на п’ятьох практичних задачах електрики і механіки. Зокрема, йдеться про електричні кола, що містять EJ-вироджені перетини й контури, утворені виключно ідеальними джерелами струму і ЕРС, про обертову синґулярність за ідеальної пружности, про гармонічний електричний резонанс, про зовнішню характеристику серієсного ґенератора постійного струму за ідеального феромаґнетизму, про сиґулярність 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 j, або контури, утворені виключно ідеальними джерелами напруги e, то вона стає недовизначеною, бо рівняння, складені за законами Кірхгофа для таких перетинів і контурів (надалі називатимемо їх EJ-виродженими), 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 иншої локальної ідеалізації, а то й неможливі без неї. Тому треба відповідально ставитися до аналізу одержаних результатів у кожному конкретному випадку. Задачі на синґулярність були розглянуті лише в тому розумінні, аби загострити проблему. Будь-який математичний образ реального фізичного процесу здійснюється за тих чи инших лоґічних припущень, зокрема й ідеалізації. Але ідеалізацією треба користуватися розсудливо, бо вона може призводити до разючих спотворень істини, у граничних випадках навіть до синґулярности, як показано нижче, а інколи до малопомітних, а тому найпідступніших.