Electrical Power and Electromechanical Systems. – 2021. – Vol. 4, No. 1

Permanent URI for this collection

https://ena.lpnu.ua/handle/ntb/57261

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, 2021. – Volume 4, number 1. – 102 p.

Електроенергетичні та електромеханічні системи

Зміст (том 4)


1
8
17
27
35
43
52
62
74
87

Content (Vol. 1)


1
8
17
27
35
43
52
62
74
87

Browse

Recent Submissions

Now showing 1 - 10 of 10
  • No Thumbnail Available
    Item
    The influence of limited bit on the implementation of the transfer in digital system
    (Видавництво Львівської політехніки) Мороз, В. І.; Янчак, Т.-М.; Moroz, V.; Yanchak, T.-M.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
    Проаналізовано малодосліджену проблему в цифрових системах керування – вплив на їхню поведінку обмеженої розрядності апаратної частини і, відповідно, коефіцієнтів дискретних передавальних функцій. Дослідження здійснено методом нулів і полюсів та перехідних хаLviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua86 рактеристик з використанням математичного застосунку MATLAB з бібліотекою Control System Toolbox і підтвердили актуальність цієї проблеми. Мета досліджень – визначення мінімального періоду дискретизації в цифрових системах за умови забезпечення їхньої стійкості та відповідності поведінці неперервної системи (прототипу) за обмеженої розрядності обчислень і точності задавання даних. Це дасть змогу запропонувати рішення для зменшення негативного впливу обмеженої розрядності в розроблюваних цифрових системах і розширити діапазон раціональної частоти дискретизації. Сформульовані граничні залежності для мінімального кроку дискретизації та сталої часу елементарних передавальних функцій першого і другого порядків. Показано, що у випадку обмеженої розрядності підвищення порядку полінома передавальної функції збільшує його чутливість до точності задавання його коефіцієнтів. Дослідження впливу обмеженої розрядності обчислень виконано на прикладі передавальних функцій, що відповідають біноміальним формам п’ятого та сьомого порядків. Показано вплив точності задавання коефіцієнтів поліномів на перехідні функції та розміщення нулів і полюсів дискретних передавальних функцій на комплексній площині залежно від кроку дискретизації. Порівняно перехідні характеристики дискретних систем з обмеженою розрядністю з їхнім неперервним аналогом. Дослідження підтверджують, що метод декомпозиції неперервної передавальної функції для розкладу на елементарні складові не вище ніж другого порядку з подальшою їх дискретизацією дає змогу розширити межі допустимих частот дискретизації у цифрових системах з обмеженою розрядністю даних. Показано вплив похибок на прикладі поліномів з другого по сьомий порядок, зокрема зі збільшенням порядку полінома зростає його чутливість до точності задавання його коефіцієнтів.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Порівняльний аналіз систем тиристорний перетворювач напруги – асинхронний двигун із послідовним та паралельним коригуванням
    (Видавництво Львівської політехніки) Марущак, Я. Ю.; Павліш, В. П.; Marushchak, Ya.; Pavlish, V.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
    Здійснено порівняльний аналіз впливу координатних та параметричних збурень на динамічні характеристики систем підпорядкованого (послідовне коригування) та модального (паралельне коригування) регулювання стосовно електроприводу тиристорний перетворювач напруги – асинхронний двигун. Для цього забезпечено однаковість умов їх функціонування. Це насамперед синтез обох систем відповідно до однакових стандартних (біноміальних) форм, а також дія однакових параметричних та координатних збурень на системи. Синтезовано двоконтурну систему підпорядкованого та модального регулювання для електроприводу тиристорний перетворювач напруги – асинхронний двигун на основі біноміальної стандартної форми розподілу коренів характеристичного полінома. Для реалізації стандартної біноміальної форми в системі підпорядкованого регулювання використано метод узагальненого характеристичного полінома синтезу відповідних регуляторів. Здійснено симуляційні дослідження за умови дії керуючих впливів, а також наявності координатних і параметричних збурень в обох системах. Як координатні збурення розглянуто дію моменту статичного навантаження, а як параметричні збурення – відхилення параметрів регуляторів та моменту інерції від розрахункових значень у межах ±20 %. Електромеханічні системи з використанням асинхронних двигунів мають особливість, яка полягає у тому, що момент двигуна під час запуску не може перевищити значення критичного моменту. Оскільки синтез систем здійснено для лінеаризованої моделі, де не передбачено обмеження моменту, виконано перевірку динамічних процесів у реальній системі з обмеженням моменту за умови використання синтезованих регуляторів. Встановлено, що для швидкості двигуна стандартну біноміальну форму збережено для налаштувань на різну швидкодію. За результатами симуляційних досліджень синтезованих систем встановлено, що система модального регулювання має перевагу над системою підпорядкованого регулювання стосовно значення статичної похибки за умови дії параметричних збурень регуляторів. За всіма іншими динамічними показниками ці дві системи однакові.
  • No Thumbnail Available
    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 University
    Проаналізовано 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.
  • No Thumbnail Available
    Item
    An influence of a current compounding on the behavior of a synchronous generator with a brushless excitation system during a terminal-voltage variation
    (Видавництво Львівської політехніки) Куцик, А. С.; Семенюк, М. Б.; Kutsyk, A.; Semeniuk, M.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
    Безконтактні (безщіткові) системи збудження синхронних генераторів забезпечують безконтактне передавання потужності збудження на ротор турбогенератора за відсутності комутації в роторному колі. Такі системи інерційні з погляду регулювання напруги, оскільки містять додатковий збудник. Введення швидкодіючого контуру компаундування дає змогу покращити динамічні показники регулювання напруги турбогенератора в режимах різкої зміни напруги та в режимах короткого замикання в лінії. Безщіткова система збудження синхронного генератора зі струмовим компаундуванням реалізує комбінований спосіб регулювання напруги. Регулювання за збуренням здійснює контур компаундування, а за відхиленням – система регулювання з автоматичним регулятором збудження. З іншого боку, в безщітковій системі збудження з контуром струмового компаундування спостерігається перерозподіл струмів системи збудження в різних режимах роботи синхронного генератора. Тобто приріст струму збудження генератора не дорівнює приросту струму компаундування, оскільки змінюється струм джерела напруги. Це спричинено взаємними впливами між джерелом напруги (випрямлячем) та джерелом струму (контуром компаундування), струм якого є пропорційним до струму статора синхронного генератора. Досліджено режими 10 % зменшення напруги мережі та режим трифазного короткого замикання в лінії для різних коефіцієнтів трансформації трансформаторів струму кола компаундування методом математичного моделювання. Адекватність моделі підтверджено експериментальними результатами, які отримані на фізичній моделі. Крім того, проаналізовано вплив параметрів контуру компаундування на характеристики системи. Зокрема, статична похибка регулювання напруги зменшується зі збільшенням коефіцієнта контуру компаундування у режимі зменшення напруги. Також зменшення дії контуру струмового компаундування може призвести до випадання із синхронізму синхронного генератора в режимі трифазного короткого замикання в лінії.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Режими схеми живлення власних потреб під час пусків енергоблоків з додатковим робочим трансформатором
    (Видавництво Львівської політехніки) Лисяк, Г. М.; Маліновський, А. А.; Пастух, О. Р.; Lysiak, G.; Malinovskyi, A.; Pastukh, O.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
    Ефективність функціонування енергоблоків потужних теплових і атомних електростанцій великою мірою визначається надійністю систем живлення їхніх власних потреб. Основними вимогами до таких систем є підтримання необхідного рівня напруги на шинах розподільних устав власних потреб та зменшення часу вимушених перерв їх живлення. Забезпечення згаданих вимог українською енергетикою ускладнене тим, що більшість електростанцій експлуатується тривалий час, а їхнє устаткування суттєво зношене. У таких умовах актуальним є опрацювання і дослідження нових схемотехнічних вирішень систем живлення власних потреб блокових електростанцій. У роботі досліджено режими енергоблока під час його пуску із застосуванням додаткового робочого трансформатора власних потреб. Спосіб увімкнення такого трансформатора забезпечує його роботу в режимі джерела струму, заданого навантаженням енергоблока. Це дає змогу підтримувати необхідний рівень напруги на шинах власних потреб енергоблока як у тривалих експлуатаційних, так і під час аварійних режимів у зовнішній електричній мережі. Попередніми дослідженнями встановлено, що за обтяження режимів енергоблока напруга на шинах власних потреб також підтримується на достатньо високому рівні, що покращує забезпечення статичної та динамічної стійкості таких режимів порівняно з традиційними схемами живлення власних потреб. Для повноти інформації про нову систему живлення власних потреб необхідно дослідити її режими для двох варіантів пуску енергоблока, що і є предметом цієї роботи. Обґрунтовано розрахункову схему заміщення системи власних потреб для обох варіантів пуску, сформовано і реалізовано відповідну математичну модель. Аналіз одержаних результатів показав, що під час пускових режимів забезпечується належний рівень напруги на шинах розподільної устави першого ступеня трансформації схеми живлення електроприймачів власних потреб, а струмове навантаженн Отже, підтверджена ефективність і доцільність упровадження схеми живлення власних потреб енергоблока з додатковим робочим трансформатором власних потреб.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Elements of thermal calculus of components in electromechanical brushless converter with open-pole stator and external rotor with permanent magnets
    (Видавництво Львівської політехніки) Біляковський, І. Є.; Ткачук, В. І.; Каша, Л. В.; Хай, М. В.; Biliakovskyy, I.; Tkachuk, V.; Kasha, L.; Khai, M.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
    ентильний двигун з явнополюсним статором і постійними магнітами на роторі характеризується достатньою простотою конструкції та технологією виготовлення і є порівняно економічнішим за асинхронні електричні машини. Водночас він забезпечує значно якісніші споживчі характеристики. За широкого використання традиційних конструктивних схем із внутрішнім ротором для безредукторного приводу низки механізмів часто виникає необхідність застосування конструкції із зовнішнім ротором. Така конструкція проста, надійна, технологічна, економічна. Методики синтезу, оптимізації та дослідження вентильних двигунів із зовнішнім ротором і постійними магнітами потребують простого і надійного методу розрахунку теплового стану основних вузлів, оскільки від цього залежать енергетичні показники та надійність такої машини. У статті розглянуто особливості оцінювання теплового стану основних компонентів електромеханічного перетворювача вентильного двигуна з явнополюсним статором і зовнішнім ротором із постійними магнітами. Особливу увагу зосереджено на важливості такої оцінки для електромеханічних перетворювачів вентильних двигунів з постійними магнітами на роторі, максимально допустима робоча температура для яких обмежена невисокими значеннями. Такі магнітні матеріали, як відомо, за високих енергетичних показників істотно дешевші, однак втрачають, часто незворотно, магнітні властивості у разі перевищення температури допустимого нагрівання. З іншого боку, для цілої низки застосувань такого електромеханічного перетворювача, наприклад, мотор-колесо, поверхня охолодження ротора з постійними магнітами обмежена, що дає підстави зважати на необхідність оцінювання теплового стану основних компонентів електромеханічного перетворювача вентильного двигуна, особливо зовнішнього ротора з постійними магнітами, на всіх етапах його проєктного синтезу, оптимізації геометричних розмірів та дослідження. Запропоновані елементи методики теплового розрахунку вентильних двигунів оберненої конструкції з постійними магнітами на роторі дають змогу із достатньою для інженерної практики точністю виконувати відповідні розрахунки цих двигунів, зокрема, для прямих приводів механізмів. Наведені в матеріалах статті елементи методики слугують базою для розрахунку теплового стану основних компонентів електромеханічного перетворювача із явнополюсним статором та зовнішнім ротором із постійними магнітами на етапах його проєктного синтезу, оптимізації та дослідження.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Метод оцінки втрат потужності у кабелях низької напруги промислових електричних мереж
    (Видавництво Львівської політехніки) Варецький, Ю. О.; Varetsky, Y. O.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
    Гармоніки струму в кабельних лініях промислових електричних мереж супроводжуються несприятливими явищами, які спричиняють додаткові втрати активної потужності у жилах кабелю. Це призводить до підвищення температури ізоляції кабелю та зменшення терміну її служби. Часто у цих електричних мережах можна спостерігати пошкодження кабельних ліній, спричинені невдалим урахуванням впливу гармонік. Тому коректне врахування втрат активної потужності в кабелях зі спотвореними струмами дає змогу здійснювати правильний вибір їх перерізів і уникати можливих проблем в експлуатації систем електропостачання. Висвітлено загальну картину проблеми і на прикладі кабельної лінії низької напруги, що живить нелінійне змінне навантаження, показано використання методу оцінювання додаткових втрат потужності, спричинених гармоніками струму.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Розв’язання прямої задачі кінематики зварювального маніпулятора з шістьма ступенями свободи
    (Видавництво Львівської політехніки) Вігуро, М. І.; Маляр, А. В.; Vihuro, M.; Malyar, A.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
    Запропоновано розв’язок прямої задачі кінематики для зварювального маніпулятора з шістьма ступенями свободи. Розв’язання такої задачі є першим необхідним етапом створення системи керування вказаним маніпулятором. Це дасть можливість визначити переміщення, прискорення та моменти в кожній з ланок маніпулятора та забезпечить точне позиціонування зварювального інструменту. Під час розв’язання поставленої задачі описано структуру маніпулятора та вказано особливості його застосування. Наведено кінематичну схему маніпулятора із шістьма ступенями свободи. На її основі та на основі методу Денавіта–Хартенберга складено матриці перетворення, які визначають просторові положення кожної з ланок маніпулятора. Використання перетворення Денавіта–Хартенберга дало змогу зменшити загальну кількість узагальнених координат з шести до чотирьох без втрати точності кінцевого результату. Щоб знайти кінцеве положення зварювального інструменту, склали алгоритм послідовних операцій, на основі якого здійснюються поступові переходи між зчленуваннями зварювального робота-маніпулятора. Створений алгоритм реалізовано в середовищі Matlab у вигляді математичної моделі. З метою перевірки правильності прийнятих рішень наведено приклад розрахунку траєкторії переміщень та кінцевого положення зварювального інструменту промислового маніпулятора фірми “Carl Cloos Schweisstechnik”. Отримані результати повністю збігаються із заданим наперед положенням, що свідчить про адекватність створеної моделі. Надалі на основі цієї моделі заплановано синтезувати систему керування зварювальним маніпулятором.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Економічна ефективність сонячної електростанції в індивідуальному домогосподарстві за різних сценаріїв динаміки “зеленого” тарифу
    (Видавництво Львівської політехніки) Щур, І. З.; Галайко, Т. В.; Дзьоба, Т. Я.; Shchur, I. Z.; Halaiko, T. V.; Dzoba, T. Y.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnik National University
    “Зелений” тариф – спеціальна ціна, за якою купують електричну енергію, вироблену відновлюваними джерелами енергії – гідроелектростанціями, сонячними, вітровими установками. Підприємства і домогосподарства, які виробляють електроенергію за “зеленим” тарифом, продають її на ринок значно дорожче, ніж традиційні виробники теплової або атомної енергетики. У роботі проаналізовано законодавчі та нормативні акти щодо “зеленого” тарифу в Україні та проблеми їх виконання. Зокрема, розглянуто застосування сонячних електричних станцій (СЕС) в індивідуальних домогосподарствах. На основі електронної інформаційної бази погодинних регіональних метеорологічних даних у м. Львові, сформованої в середовищі Microsoft Excel, проведено розрахунок середньомісячного погодинного притоку питомої потужності сумарної сонячної радіації, що падає на стаціонарно розміщені й оптимально орієнтовані фотоелектричні панелі (ФЕП), та визначено потужність електричної енергії на їх виході. За результатами аналізу інформації з різних джерел визначено динаміку вартостей основних комплектуючих для індивідуальних СЕС, а також наведено аналіз динаміки та прогноз тарифу на електричну енергію для населення в Україні. На основі аналізу ситуації на енергоринку України розглянуто два можливі сценарії динаміки “зеленого” тарифу на електроенергію, генеровану в індивідуальних господарствах з сонячної енергії, – оптимістичний і песимістичний. Для кожного з цих сценаріїв на основі розробленої методики для СЕС потужністю 30 кВт, встановлених у 2015 р. та 2021 р. в досліджуваному типовому варіанті домогосподарства, визначено їх економічну ефективність і термін окупності. Проведені дослідження показали, що на термін окупності СЕС найбільше впливає рік її встановлення: СЕС, які встановлюються пізніше, мають значно коротший термін окупності, що пов’язано зі стрімким зниженням вартості ФЕП. Розглянуті варіанти сценаріїв динаміки “зеленого” тарифу показали, що за оптимістичного сценарію можна отримати на 30–40 % більший прибуток від експлуатації СЕС порівняно з песимістичним сценарієм, незалежно від року встановлення СЕС.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Analysis of Lyapunov matrices’application methods for optimization of stationary dynamic systems
    (Видавництво Львівської політехніки) Білецький, Р. О.; Лозинський, О. Ю.; Білецький, Ю. О.; Цяпа, В. Б.; Biletskyi, R.; Lozynskyy, O.; Biletskyi, Y.; Tsiapa, V.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
    Проаналізовано застосування матриці Ляпунова з метою формування керуючих входів за різними методами оптимізації динамічних систем, орієнтованими за квадратичним інтегральним критерієм. Для цього розглянуто методи знаходження матриці Ляпунова та оптимізації на основі функціонального рівняння Беллмана із подальшим застосуванням рівняння Ріккаті, оптимізації з урахуванням початкових значень змінних стану, оптимізацію на основі рівняння Беллмана з використанням лінійних матричних нерівностей та рівняння Ляпунова. Незважаючи на складність розв’язування рівняння Ріккаті, задача знаходження матриці Ляпунова є однозначною лише у разі застосування методів оптимізації на основі динамічного програмування Беллмана та подання функції Беллмана функцією Ляпунова. Оптимізація на основі застосування умови лінійної матричної нерівності не є однозначною, оскільки потребує вибору розв’язку нерівності. Оптимізація системи за інтегральним квадратичним критерієм та початковими значеннями змінних стану також є неоднозначною, оскільки існує проблема розв’язування нелінійних взаємопов’язаних рівнянь оптимізації.