Electrical Power and Electromechanical Systems
Permanent URI for this communityhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/46160
Browse
56 results
Search Results
Item Формування та дослідження низьковольтних модулів акумуляторних батарей та суперконденсаторів для автономних систем електричного живленнях(Видавництво Львівської політехніки, 2022-02-22) Щур, І. З.; Біляковський, І. Є.; Харчишин, Б. М.; Shchur, I.; Biliakovskyi, I.; Kharchyshyn, B.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityУ сучасних автономних системах електричного живлення, зокрема для електричних транспортних засобів, часто застосовують акумуляторні батареї (АБ) як джерела енергії та суперконденсаторні (СК) модулі як джерела потужності. Щоб забезпечити необхідний рівень бортової напруги, ці засоби містять велику кількість низьковольтних комірок, роботу яких супроводжують непрості електронні системи енергетичного менеджменту (СЕМ). Спрощення роботи таких систем, зниження їх вартості, а також забезпечення низки інших переваг енергетично-тягових систем транспортних засобів можна досягти, застосувавши модульний підхід як до побудови двигунів із відповідними системами керування, так і до їх електричного живлення. У статті викладено результати формування та дослідження низьковольтних (12–16 В) модулів Li-Ion АБ та СК-модулів для побудови модульних систем електричного живлення транспортних засобів. Роботу розпочато із вимірювання основних параметрів – ємності та внутрішнього опору – для достатньо великої кількості однотипних Li-Ion та СК-комірок. У результаті подальшого відбору (скринінгу) комірок із подібними параметрами створено відповідні низьковольтні модулі. Їх функціонування досліджували в зарядно-розрядних циклах зі сталими значеннями струму, порівнюючи напруги на послідовно ввімкнених елементах чи групах паралельно увімкнених елементів як із використанням спеціальних електронних плат СЕМ, так і без них, а також для випадків цілеспрямованого скринінгу комірок із подібними параметрами та довільного їх вибору. Дослідження низьковольтних модулів Li-Ion АБ показали, що у разі застосування спеціальної плати СЕМ підбирати параметри елементів для їх паралельно-послідовного з’єднання не потрібно. Проте скринінг Li-Ion комірок за схожими основними параметрами у низьковольтних модулях дає подібні результати навіть без застосування СЕМ. У СК-модулях функцію пасивного балансування зарядів СК-комірок добре виконує проста захисна електронна плата, проте лише за повного заряджання комірок. Для активного балансування необхідні складніші й дорожчі СЕМ. Однак у випадку низьковольтного СК-модуля із відібраними СК-комірками з подібними параметрами відбувається самовирівнювання напруг шести послідовно з’єднаних СК-груп із двома паралельно з’єднаними СК-комірками в кожній групі. Отже, скринінг енергетичних комірок є дієвим підходом для створення простіших та дешевших низьковольтних Li-Ion АБ та СК-модулів.Item Application of the zeros and poles matched method for modeling of electrical systems(Видавництво Львівської політехніки, 2022-02-22) Мороз, В. І.; Вакарчук, А. Б.; Moroz, V.; Vakarchuk, A.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityПоширення математичних застосунків, які надають засоби розв’язування диференціальних рівнянь, і збільшення швидкодії обчислювальних пристроїв призвели до зменшення зацікавленості операторними методами, зокрема z-перетворенням. Проте використання можливостей z-перетворення дає змогу реалізувати ефективні швидкодіючі обчислювальні схеми із високою числовою стійкістю. Потреба в цьому може виникнути у випадку моделювання в реальному часі чи під час синтезу цифрових систем керування. На підставі аналізу літературних джерел показано актуальність і переваги використання z-перетворення для моделювання динаміки електротехнічних систем. Розглянуто спосіб комп’ютерного моделювання, основою якого є використання для побудови комп’ютерної моделі методу відображення (відповідності) нулів і полюсів еквівалентної неперервної передавальної функції. Показано реалізацію отриманих цим методом моделювальних рекурентних формул для трьох елементарних динамічних ланок, які одержують внаслідок розкладу передавальної функції за теоремою розкладу Гевісайда: інтегральної (нульовий полюс), інерційної першого порядку (дійсний полюс) і ланки другого порядку із дійсним нулем і парою комплексно спряжених полюсів. Отже, реалізована паралельна декомпозиція досліджуваної системи, що дає змогу зменшити негативний вплив обмеженої розрядності системи і полегшити виконання паралельних обчислень. Для кожної такої ланки одержано дискретну передавальну функцію та моделювальне рекурентне рівняння. На двох прикладах продемонстровано практичне використання та переваги цього способу: проста пружна механічна система, яка описана диференціальним рівнянням другого порядку, та нелінійна модель асинхронної машини за однофазною Т-подібною заступною схемою. Обидві задачі проілюстровані прикладами розв’язування у середовищі математичного застосунку Mathcad. Підтверджено ефективність методу відповідності нулів і полюсів порівняно з класичними числовими методами розв’язування звичайних диференціальних рівнянь. Використання цього способу математичного моделювання дає змогу забезпечити стійкий числовий розв’язок із заданою точністю для широкого діапазону кроків розв’язування.Item Аналіз магнітних моментів високоефективного магнітного редуктора(Видавництво Львівської політехніки, 2022-02-22) Макарчук, О. В.; Крохмальний, Б. І.; Зубчик, І. О.; Цалус, Д.; Makarchuk, O.; Krokhmalnyi, B.; Zubchyk, I.; Calus, D.; Національний університет “Львівська політехніка”; Ченстоховський політехнічний університет; Lviv Polytechnic National University; Czestochowa University of TechnologyРозглянуто принцип дії, конструкцію та особливості розрахунку магнітних моментів безконтактного одноступеневого магнітного редуктора, що відрізняється від механічних зубчастих передач необмеженим ресурсом, високим рівнем надійності та відсутністю потреби в обслуговуванні. Метою дослідження є розроблення алгоритму розрахунку величини магнітних моментів магнітного редуктора коаксіального типу. Методи дослідження, які застосовують для досягнення поставленої мети, поєднують у собі переваги аналітичних підходів та числового симуляційного моделювання. Розроблення алгоритму обчислення моментів та аналіз отриманих технічних показників здійснено на підставі методів класичної електротехніки та теорії магнітних кіл, а верифікацію прийнятих рішень, пов’язаних зі структурою заступної схеми магнітного кола редуктора, виконано за допомогою методу скінченних елементів. Розроблений алгоритм ґрунтується на припущенні про взаємодію двох гармонічних хвиль магніторушійних сил швидкохідної та тихохідної обертових частин редуктора з результуючим магнітним полем, модульованим за амплітудою за допомогою магнітопровідного кільця зі змінною магнітною провідністю у тангенціальному напрямі. Інтегральні показники такої взаємодії, зокрема магнітні моменти, визначаються через похідну енергії магнітного поля за кутом повороту відповідного ротора. Виконаний FEM-аналіз магнітного поля дав змогу розробити заступну схему магнітного кола такого редуктора, параметри якої визначаються на підставі розмірів частин магнітопроводу та магнітних властивостей використаних матеріалів. Розв’язок системи лінійних рівнянь, які описують цю заступну схему, – це величини, що характеризують магнітне поле редуктора (магнітні потоки, МРС полюсів, спади магнітних напруг). Саме їх безпосередньо використовують у алгоритмі розрахунку магнітних моментів. У статті описано конструкцію та принцип дії магнітного редуктора коаксіального типу. Наведено порівняння результатів розрахунку максимальних моментів таких редукторів з різним передавальним числом, отриманих із використанням пропонованого аналітичного алгоритму та FEM-аналізу.Item Застосування ємнісних подільників для вимірювання напруг секцій шин 6 (10) кВ(Видавництво Львівської політехніки, 2022-02-22) Баран, П. М.; Кідиба, В. П.; Равлик, Н. О.; Baran, P.; Kidyba, V.; Ravlyk, N.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityОднією із проблем в електричній мережі з ізольованою (компенсованою) нейтраллю є селективне визначення пошкодженого елемента за однофазного замикання на землю. Для селективної та надійної роботи захистів від однофазних замикань на землю в мережах із ізольованою (компенсованою) нейтраллю, крім струму нульової послідовності приєднань, необхідна інформація про фазні напруги та напругу нульової послідовності електричної мережі. На багатьох трансформаторних підстанціях відсутні традиційні електромагнітні трансформатори напруги. Для таких підстанцій проблему вимірювання високовольтної напруги можна вирішити застосуванням ємнісних подільників. Для перевірки функціонування ємнісних подільників, призначених для вимірювання напруг секцій шин 6 (10) кВ, на кафедрі електроенергетики та систем управління розроблено фізичну модель. У схемі фізичної моделі застосовано сертифіковані ємнісні подільники, які використовують у системах індикації наявності напруги на секціях шин напругою 6 (10) кВ. Ці ємнісні подільники розробило НПП РЕЛСіС. Розроблено пристрій для узгодження під час функціонування схеми вимірювання напруг сигналів, які подаються з ємнісного подільника на вхід цифрового реєстратора. Для перевірки роботи ємнісних подільників у схемі фізичної моделі застосовано традиційний електромагнітний трансформатор напруги типу НТМИ-10-66, з вторинної обмотки якого напруга подається на цифровий реєстратор. Здійснено перевірку запропонованої системи в основних режимах роботи. Для аналізу записаних цифровим реєстратором осцилограм розроблена спеціальна програма. Ця програма містить функції аналізу координат режиму, які дають змогу виконувати гармонічний аналіз, здійснювати розрахунок симетричних складових, формувати інтегральні, диференційні характеристики тощо. З використанням перетворення Фур’є розроблено цифрову модель, яка дає змогу визначити діючі значення виміряних напруг та виділити їх симетричні складові – нульової та зворотної послідовностей. Дослідження показали, що вимірювання високої напруги за допомогою ємнісних подільників можна застосовувати в схемах із пристроями, для функціонування яких необхідний контроль фазних напруг мережі 6–10 кВ.Item Математична модель магнітного стану однофазного колекторного двигуна(Видавництво Львівської політехніки, 2022-02-22) Гавдьо, І. Р.; Havdo, I.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityОднофазні колекторні двигуни (ОКД) із послідовним збудженням мають просту конструкцію та невелику вартість, тому перспективні щодо застосування для приводу приладів побутової техніки та електричного ручного інструменту. Це зумовлює необхідність створення математичних моделей ОКД, які дали б змогу як розробляти нові, так і модернізувати наявні зразки таких двигунів. Мета статті – створення інженерної математичної моделі магнітного стану ОКД із використанням колових методів. Вихідними параметрами для цієї моделі є розміри магнітного кола, обмоткові дані та миттєві значення струмів статора і якоря. Розроблена модель дає змогу визначити криву поля у повітряному проміжку ОКД, а також розрахувати магнітні індукції на всіх інших ділянках магнітного кола ОКД. Математичну модель магнітного стану ОКД розглянуто на прикладі найпоширенішої двополюсної конструкції. Магнітний стан ОКД подано вичерпною заступною схемою магнітопроводу із зосередженими параметрами. Окремі ділянки магнітопроводу, в межах яких магнітне поле вважається однорідним, замінені магнітними опорами. Нелінійні магнітні опори (НМО) відповідають феромагнітним ділянкам магнітопроводу та зубцевій зоні якоря, а постійні магнітні опори (ПМО) – ділянкам повітряного проміжку та ділянкам, де протікають потоки розсіяння. НМО представлені нелінійними характеристиками як залежностями намагнічувальнх сил (НС) від магнітного потоку – F [Ф]. Активний шар якоря ОКД під полюсами в площині, яка перпендикулярна до осі обертання двигуна, поділено на m рівномірних секторів. Заступна схема магнітного кола ОКД містить НМО ділянок ярма статора, полюсів статора, зубцевого шару якоря, ярма якоря, а також ПМО ділянок повітряного проміжку і можливих шляхів замикання потоків розсіяння. Для складання системи рівнянь, яка описує заступну схему, використано метод контурних потоків. Систему нелінійних алгебричних рівнянь можна розв’язати, зокрема, ітераційним методом Ньютона. Запропонована математична модель магнітного стану ОКД може бути основою для розроблення математичних моделей розрахунку перехідних режимів та статичних характеристик цього типу двигуна.Item Система адаптивного нечіткого керування електричним режимом дугової сталеплавильної печі(Видавництво Львівської політехніки, 2022-02-22) Паранчук, Я. С.; Бойчук, Б. Г.; Рудий, Т. В.; Цяпа, В. Б.; Голубєв, О. А.; Paranchuk, Ya.; Boichuk, B.; Rudyi, T.; Tsiapa, V.; Golubiev, O.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityДля електричного режиму (ЕР) дугових сталеплавильних печей (ДСП) характерні динамічні випадкові нестаціонарні пофазно несиметричні й пофазно взаємозв’язані зміни. Керування проходить в умовах неповної інформації про стан ЕР і технологічного процесу та зміни параметрів елементів силового кола та трифазної системи дуг. Досягти якісної стабілізації координат електричного режиму за вказаних його характеристик можливо на основі реалізації адаптивних нечітких моделей керування. У статті розроблено нечітку адаптивну модель для пофазно незалежного регулювання координат електричного режиму ДСП. Для цього запропоновано системотехнічні рішення для формування сигналу розузгодження ЕР, що надає відповідну до стану горіння системи трифазних дуг оцінку відхилення електричного режиму від заданого. Виконано проєктування системи нечіткого висновку (СНВ) Mamdani для реалізації нечіткої моделі формування сигналу розузгодження ЕР та запропоновано модель адаптації її параметричних степенів свободи до параметрів і характеристик збурень поточної стадії плавлення. Розроблено структурну Simulink-модель трифазної у миттєвих координатах запропонованої електромеханічної системи нечіткого адаптивного регулювання координат ЕР ДСП та виконано комп’ютерні дослідження динаміки відпрацювання екстремальних детермінованих збурень. Результати досліджень підтвердили доцільність реалізації автономного пофазно незалежного регулювання збурень електричного режиму. У фазних каналах, де збурення відсутні, електроди не переміщуються, і, отже, усуваються хибні переміщення електродів у разі регулювання збурень із використанням опрацьованої у статті нечіткої моделі керування, і, крім цього, зменшується час регулювання збурень, тобто зростає швидкодія системи. Ці фактори, як відомо, позитивно впливають на підвищення динамічної точності стабілізації координат ЕР під час регулювання випадкових збурень електричного режиму, тобто знижується їх дисперсія, завдяки чому покращуються показники енергоефективності та електромагнітної сумісності режимів дугової печі та електропостачальної мережі.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 Система онлайн-моніторингу ізоляції високовольтних вводів 330 кВ(Видавництво Львівської політехніки, 2022-02-22) Яцейко, А. Я.; Бахор, З. М.; Yatseiko, A.; Bakhor, Z.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityІзоляційні конструкції високовольтного електрообладнання зазнають впливів електромагнітних полів, атмосферних чинників, природних процесів старіння тощо. Наслідком цього є погіршення їх діелектричних характеристик, пошкодження ізоляційної конструкції, що часто призводить до вибуху, пожежі, травмування обслуговуючого персоналу. Тому застосування інформативних, достовірних та безпечних діагностичних систем є важливим експлуатаційним завданням. Основний недолік сучасних систем діагностики ізоляції електрообладнання, особливо онлайн-діагностики, – значний вплив на результати вимірювань електромагнітних завад електроустановки. У статті розглянуто систему онлайн-моніторингу ізоляції високовольтних вводів 330 кВ, принцип дії якої ґрунтується на використанні постійного струму, та запропоновано концепцію побудови такої системи діагностування. Розроблено цифрову модель ізоляції високовольтного вводу 330 кВ, яка відтворює процеси в його паперово-оливній ізоляційній конструкції за впливу основних експлуатаційних факторів. За результатами дослідження погіршення характеристик ізоляції вводу, впливу зміни температури і зволоженості, часткових перекриттів у зоні встановлення додаткових вирівнювальних пластин вводу вибрано основний діагностичний параметр стану ізоляції вводу – спад постійної напруги на еталонному резисторі та встановлено його кількісні характеристики. Моніторинг напруги на еталонному резисторі дасть змогу своєчасно та достовірно оцінювати погіршення характеристик ізоляції вводу та запобігати розвитку аварій, а використання постійного струму усуває вплив паразитних струмів і завад електроустановки на результати вимірювань. Запропоновано структурну схему системи онлайн-моніторингу ізоляції високовольтних вводів 330 кВ.Item Зміст(Видавництво Львівської політехніки, 2022-02-22)Item Вибір фільтрових реакторів для промислових електричних мереж(Видавництво Львівської політехніки, 2022-02-22) Варецький, Ю. О.; Ханзелька, З.; Varetsky, Y.; Hanzelka, Z.; Національний університет “Львівська політехніка”; Гірничо-металургійна академія ім. С. Сташиця; Lviv Polytechnic National University; AGH University of Science and TechnologyБільшість сучасних промислових електричних мереж характеризується значним вмістом нелінійних навантажень, які створюють багато проблем в експлуатації. Одним із найефективніших засобів зниження спотворення напруг в електричній мережі є силові фільтри гармонік. Застосування силових фільтрів дає змогу вирішувати два основні завдання – зменшувати гармонічні спотворення вхідного струму системи електропостачання і компенсувати реактивну потужність навантажень. Вибір номінальних параметрів фільтрових кіл здійснюють, як правило, на підставі робочих характеристик електричної мережі у стаціонарному (усталеному) режимі. Проте досвід експлуатації показав, що такий підхід не завжди забезпечує безаварійну експлуатацію фільтрів, і основна причина полягає у неврахуванні перехідних перенапруг і надструмів під час вибору параметрів фільтрових конденсаторних батарей і реакторів. У статті розглянуто проблему вибору номінальних параметрів фільтрового реактора як одного із двох основних елементів фільтра для промислових електричних мереж зі значною інтенсивністю комутаційних подій. Показано, що для таких електричних мереж необхідно враховувати перехідні перенапруги та надструми для коректного вибору параметрів фільтрових реакторів. Проаналізовано основні параметри фільтрових реакторів та розглянуто особливості їх розрахунку. Наведено характеристики перехідних процесів у схемах фільтрових реакторів, спричинені основними технологічними та аварійними перемиканнями в промислових електричних мережах із нелінійними навантаженнями. Показано, що повторюваність різних типів комутаційних подій неоднакова, і це також потрібно враховувати, визначаючи параметри фільтрових реакторів. Розвинено метод визначення критичних перехідних надструмів і перенапруг у схемі фільтра під час розрахунку проєктних значень номінальних струмів і перенапруг фільтрових реакторів. Використання цього методу для проєктування силових фільтрів дасть змогу уникнути можливих пошкоджень фільтрових реакторів через перегрівання обмоток і прискорене старіння ізоляції у ході експлуатації, спричинені інтенсивними перехідними процесами в контурі фільтра.