Electrical Power and Electromechanical Systems
Permanent URI for this communityhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/46160
Browse
6 results
Search Results
Item Dual-motor induction frequency-regulated electric drive with improved electromagnetic and electromechanical compatibility(Видавництво Львівської політехніки, 2022-02-22) Семенюк, М. Б.; Куцик, А. С.; Подскарбі, Гжегож; Semeniuk, M.; Kutsyk, A.; Grzegorz, Podskarbi; Національний університет “Львівська політехніка”; Політехніка Жешовська; Lviv Polytechnic National University; Rzeszow University of TechnologyДводвигунний асинхронний частотнорегульований електропривід використовують як альтернативу однодвигунного електроприводу в тих випадках, коли є складності в реалізації однодвигуннного електроприводу, які зв’язані з реалізацією механічної передачі. Дводвигунний електропривід приводить в рух тягові механізми, робочі органи електротранспортних засобів. Для живлення двох асинхронних двигунів використовують один або два автономних інвертори напруги з широтно-імпульсною модуляцією. Недоліком таких інверторів напруги є те, що змінна напруга формується як високочастотна послідовність імпульсів різної полярності з крутим фронтом. Це спричиняє появу хвильових процесів у кабелі та, відповідно, перенапруги на обмотках статора асинхронного двигуна. Для вирішення проблеми запропоновано використовувати шеститактні інвертори напруги із законом керування ключами 180 град. Проте такий привід має задовільні показники електромагнітної та електромеханічної сумісності, зокрема, наявність шостої гармоніки в електромагнітному моменті двигуна та шостої гармоніки у вхідній потужності інвертора. Це обмежує діапазон регулювання частоти обертання асинхронного двигуна. З метою покращення електромагнітної та електромеханічної сумісності у дводвигунному електроприводі запропоновано зміщення в часі вихідних напруг шеститактних інверторів на 30 електричних градусів, що досягається зміщенням провідності вентилів другого інвертора. Для аналізу електромеханічних процесів дводвигунного електроприводу з двома шеститактними інверторами напруги, зміщеними у часі на 30°, розроблено математичну модель методом середніх напруг на кроці числового інтегрування. Результати математичного моделювання підтвердили, що запропоноване рішення дає змогу покращити електромагнітну сумісність електроприводу з джерелом постійної напруги та електромеханічну сумісність електроприводу з навантаження порівняно з однодвигунним електроприводом, зокрема ліквідувати шосту гармоніку вхідної потужності інверторів та шосту гармоніку електромагнітного моменту асинхронного електроприводу, зменшити більше ніж у вісім разів амплітуду пульсації електромагнітного моменту та більше ніж у два рази амплітуду пульсації вхідного струму.Item Математичне моделювання перехідних процесів у лінії електропередачі надвисокої напруги в режимах коротких замикань(Видавництво Львівської політехніки) Левонюк, В. Р.; Levoniuk, V.; Львівський національний аграрний університет; Lviv National Agrarian UniversityПроаналізовано публікації та з’ясовано, що сьогодні популярні два підходи до аналізу перехідних процесів у довгих лініях електропередач із розподіленими параметрами: на основі спрощених методів розв’язування рівняння довгої лінії або еквівалентації відомого рівняння довгої лінії коловими схемами заміщення. У разі застосування першого підходу автори не враховують погонних активних опору, фазної та міжфазної провідностей, обчислюючи зазвичай згадані процеси за відомими методами Д’Аламбера та «блукаючих хвиль». А другий підхід призводить до втрати фізичного змісту самого рівняння довгої лінії або потребує наявності крайових умов для згаданого рівняння, що не завжди можливо у разі моделювання перехідних процесів у складних електротехнічних системах пересилання енергії. У цій праці аналіз перехідних процесів у довгій лінії електропередачі здійснено на основі диференціального рівняння довгої лінії другого порядку, що дає змогу уникнути наявності у рівнянні лінії двох змінних і тим самим полегшити реалізацію математичної моделі у вигляді програмного коду алгоритмічними мовами програмування. У статті побудовано математичну модель фрагмента електротехнічної системи пересилання енергії, ключовим елементом якого є довга лінія електропередачі, що об’єднує на паралельну роботу дві еквівалентовані електроенергетичні системи. Наведено методику пошуку функцій вхідної та вихідної напруг на початку та у кінці довгої лінії, яка істотно розширяє сферу застосування розробленої математичної моделі лінії як автономного об’єкта у будь-яких загальних моделях електротехнічних систем пересилання енергії. На підґрунті розробленої математичної моделі здійснено алгоритмізацію та комп’ютерну симуляцію перехідних процесів у лінії електропередачі під час однофазного та двофазного коротких замикань. Результати досліджень подано у вигляді рисунків, які проаналізовано. Усі викладені у роботі результати отримано з використанням числових методів.Item Математичне моделювання перехідних процесів у трифазній лінії електропередачі в режимі двофазного короткого замикання(Видавництво Львівської політехніки, 2020-02-24) Левонюк, В. Р.; Levoniuk, V.; Львівський національний аграрний університет; Lviv National Agrarian UniversityПроаналізовано наукових публікацій, який показав, що здебільшого дослідження перехідних процесів у довгих лініях електропередач з розподіленими параметрами здійснюють шляхом еквівалентації відомого рівняння довгої лінії з розподіленими параметрами коловим еквівалентом або розв’язують це рівняння за допомогою спрощених підходів. Ці підходи потребують детермінованих крайових умов до рівняння довгої лінії, що не завше можливо під час моделювання перехідних процесів в електричних мережах. Також, у багатьох працях автори не враховують у рівняннях стану об’єкта погонних активних опору, фазної та міжфазної провідностей, розраховуючи зазвичай згадані процеси за відомим методом Д’Аламбера. У нинішній праці аналіз перехідних процесів у фрагменті електричної мережі здійснюється на основі модифікованого принципу Гамільтона–Остроградського, що дало змогу отримати вихідні рівняння стану виключно з єдиного енергетичного підходу, ураховуючи тим самим не лише всі перетворення енергії у системі, а й усі розподілені параметри довгої лінії. Так побудовано математичну модель трифазної довгої лінії електропередачі, до якої приєднано еквівалентне несиметричне активно-індуктивне навантаження з урахуванням взаємоіндуктивних зв’язків. Показано, що методика ідентифікації крайових умов другого та третього родів 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 іншого. Для подальшого універсального використання розробленої моделі лінії до неї введено параметр “вихідна напруга”. На підґрунті розробленої математичної моделі здійснено алгоритмізацію та комп’ютерну симуляцію перехідних процесів у лінії електропередачі під час двофазного короткого замикання. Результати досліджень представлено у вигляді рисунків, які аналізуються. Основні представлені у роботі результати отримано з використанням числових методів.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 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 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.