Електротехніка та електроенергетика - 2020, №2
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/27159
Browse
Recent Submissions
Item Вплив нелінійного навантаження на автономну електричну мережу при паралельній роботі силового активного фільтра(Національний університет "Запорізька політехніка", 2020) Власенко, Р. В.; Бялобржеський, О. В.; Vlasenko, R. V.; Bialobrzheskyi, O. V.UK: Мета роботи. Метою статті є дослідження режимів роботи трифазного силового активного фільтра у складі автономної електричної мережі при підключенні до мережі трифазного нелінійного навантаження різного спектрального характеру. Методи дослідження. Для проведення досліджень використовувалися положення pq-теорії потужності, теорія електричних кіл, теорія автоматичного управління, математичне моделювання в пакеті Matlab. Отримані результати. Отримані графіки і спектральний склад напруги мережі, струму навантаження, що дозволяє оцінити ефективність застосування силового активного фільтра у режимі фільтрації у складі автономної електричної мережі, що представляє собою синхронний генератор. Наукова новизна. Доведено ефективність паралельної роботи силового активного фільтра у режимі фільтрації з синхронним генератором при різко змінному нелінійному навантаженні. Практична цінність. Використання запропонованої методики дозволить створити трифазний силовий активний фільтр для застосування його у автономних електричних мережах, що представлені синхронним генератором з автоматичним регулюванням напруги збудження. EN: Purpose. The purpose of the article is to investigate the modes of operation of a three-phase active power filter in the composition of an autonomous electrical network when connected to a network of three-phase nonlinear load of different spectral character. Methodology. For the research, the provisions of the pq-theory of power, the theory of electrical circuits, the theory of automatic control, mathematical modeling in the Matlab package were used. Findings. The graphs and spectral composition of the mains voltage and load current have been obtained, which makes it possible to evaluate the effectiveness of using a power active filter in the filtration mode as part of an autonomous electrical network, which is a synchronous generator. Originality. The efficiency of the parallel operation of a power active filter in the filtration mode with a synchronous generator at an abruptly variable nonlinear load is proved. Practical value. The use of the proposed technique will make it possible to create a three-phase power active filter for its use in autonomous electrical networks, represented by a synchronous generator with automatic regulation of the excitation voltage.Item Improvement of the evaluation method of calculation of power losses in power transformer(Національний університет "Запорізька політехніка", 2020) Pidlisniy, O. S.; Lushchin, S. P.; Підлісний, О. С.; Лущин, Сергій ПетровичEN: Purpose. The purpose of the work is to perform analytical analysis of methods for calculating power losses of a power transformer and to improve the estimation method of calculation to increase the accuracy of calculating power losses on the example of an industrial power transformer. Methodology. Analytical and calculation method was used to determine power losses in the power transformer. Findings. Analysis of the main power losses of power transformers is an important task to determine the optimal conditions for their operation. Analytical analysis of transformer power loss calculation methods is carried out. The relative contribution of different types of power losses is shown. The calculation of energy losses of the power transformer TM 1000/10/0.4 is performed. The losses of active and reactive energy of the transformer are determined. The efficiency of the power transformer is calculated. A generalizing formula for determining the efficiency of the transformer is proposed. Originality. On the basis of the analytical analysis of methods of calculation of power losses of the power transformer the estimation technique is improved and calculation of losses of active and reactive energy of the industrial power transformer TM 1000/10/0.4 is carried out. A new generalizing formula for determining the efficiency of a power transformer, which takes into account the operating time of the transformer at maximum load, is proposed. Practical value. The estimation method for calculating the power losses of an industrial power transformer under load is improved, in which a generalizing formula for determining the efficiency of a transformer is applied. The proposed technique simplifies the calculations, reduces the estimated time to determine the operating parameters of the power transformer with the required accuracy. The proposed technique was tested on the example of the power transformer TM 1000/10/0.4. It is shown that with increasing maximum load time, the efficiency of the transformer increases and asymptotically approaches the maximum value. UK: Мета роботи. Метою роботи є проведення аналітичного аналізу методик розрахунку втрат потужності силового трансформатора і вдосконалення оціночної методики розрахунку для підвищення точності обчислення втрат потужності на прикладі промислового силового трансформатора. Методи дослідження. Аналітико-розрахункові методи для визначення втрат потужності силового трансформатора. Отримані результати. Аналіз основних втрат потужності силових трансформаторів є важливим завданням для визначення оптимальних умов їх роботи. Проведено аналітичний аналіз методів розрахунку втрат потужності трансформатора. Показано відносний внесок різних типів втрат потужності. Виконано розрахунок втрат енергії силового трансформатора ТМ 1000/10/0,4. Визначено втрати активної та реактивної енергії трансформатора. Розраховано коефіцієнт корисної дії силового трансформатора. Запропонована узагальнююча формула для визначення коефіцієнту корисної дії трансформатора. Наукова новизна. На основі аналітичного аналізу методів розрахунку втрат потужності силового трансформатора вдосконалено оціночну методику і проведено розрахунок втрат активної та реактивної енергії промислового силового трансформатора ТМ 1000/10/0,4. Запропоновано нову узагальнюючу формулу для визначення коефіцієнту корисної дії силового трансформатора, яка враховує час роботи трансформатора при максимальному навантаженні. Практична цінність. Вдосконалена оціночна методика розрахунку втрат потужності промислового силового трансформатора під навантаженням, в якій застосована узагальнююча формула визначення коефіцієнта корисної дії трансформатора. Запропонована методика спрощує розрахунки, скорочує розрахунковий час визначення експлуатаційних параметрів силового трансформатора з необхідною точністю. Запропонована методика була випробувана на прикладі роботи силового трансформатора ТМ 1000/10/0,4. Показано, що при збільшенні часу максимального навантаження, коефіцієнт корисної дії трансформатора збільшується u1110 і асимптотично наближається до максимального значення.Item Метод расчета установившихся процессов в электрических цепях(Національний університет "Запорізька політехніка", 2020) Паталах, Дмитрий Г.; Тиховод, Сергей Михайлович; Паталах, Дмитро Г.; Тиховод, Сергій Михайлович; Patalakh, D.; Tykhovod, S.RU: Цель работы. Разработка метода расчета установившихся периодических процессов сложной формы. Методы исследования. Использована полиномиальная аппроксимация функций, численные методы решения интегро-дифференциальных уравнений, математический аппарат матричной алгебры, компьютерное программирование и методы теории электрических цепей. Полученные результаты. В результате модификации известного метода расчета переходных процессов разработан метод, который позволяет непосредственно выполнять расчет установившихся периодических процессов. Это сокращает время компьютерного моделирования установившихся периодических электрических процессов в линейных электрических цепях. Показан пример применения предложенного метода. На основании разработанного метода составлена компьютерная программа для расчета установившегося процесса в модельной цепи. Данный пример показал сокращение процессорного времени на 45% по сравнению с применением известных методов. Научна новизна. Процессы в электрических цепях описываются интегро-дифференциальными уравнениями. При их решении использована аппроксимация функций производных токов от времени рядами по ортогональным полиномам Чебышева. При аппроксимации функций полиномами Чебышева имеет место свойство равномерности погрешности во всем диапазоне изменения аргумента. Это выгодно выделяет их из ряда других ортогональных функций. В предложенном методе использована полиномиальная аппроксимация не самой функции решения, а ее производной. Сама функция находится операцией интегрирования. Эта операция имеет малую погрешность по сравнению с операцией дифференцирования. Непосредственный расчет установившегося периодического процесса достигается тем, что начальные условия для токов и их производных в начале периода берутся как значения этих же функций в конце периода. В предложенном методе интегродифференциальные уравнения состояния преобразуются в линейные алгебраические уравнения. Предложена методика составления единой системы линейных алгебраических уравнений. Решение этой системы позволяет непосредственно выполнять расчет установившихся периодических процессов. Практическая ценность. Разработанный метод открывает новую возможность использования многообразного аппарата теории электрических цепей для работы с изображениями токов. На основании этого метода разрабатывается универсальный программный комплекс для расчета установившихся периодических процессов в электрических цепях произвольной сложности. Это позволит сократить процессорное время моделирования сложных цепей. UK: Мета роботи. Розробка методу розрахунку усталених періодичних процесів складної форми. Методи дослідження. Використана поліноміальна апроксимація функцій, числові методи розв'язання інтегро-диференціальних рівнянь, математичний апарат матричної алгебри, комп'ютерне програмування і методи теорії електричних кіл. Отримані результати. В результаті модифікації відомого методу розрахунку перехідних процесів розроблений метод, який дозволяє безпосередньо виконувати розрахунок усталених періодичних процесів. Це дозволить скоротити час комп'ютерного моделювання усталених електричних процесів в лінійних електричних колах. Показаний приклад застосування запропонованого методу. На підставі розробленого методу складена комп'ютерна програма для розрахунку усталеного процесу в модельному колі. Даний приклад показав скорочення процесорного часу на 45% в порівнянні з застосуванням відомих методів. Наукова новизна. Процеси в електричних колах описуються інтегро-диференціальними рівняннями. При їх вирішенні використана апроксимація функцій похідних струмів від часу рядами по ортогональних поліномах Чебишова. При апроксимації функцій поліноми Чебишова мають рівномірність похибки в усьому діапазоні зміни аргументу. Це вигідно виділяє їх з ряду інших ортогональних функцій. У запропонованому методі використана поліноміальна апроксимація не самій функції рішення, а її похідної. Сама функція знаходиться операцією інтегрування. Ця операція має малу похибку в порівнянні з операцією диференціювання. Безпосередній розрахунок усталеного періодичного процесу досягається тим, що початкові умови для струмів і їх похідних на початку періоду беруться як значення цих же функцій в кінці періоду. У запропонованому методі інтегро-диференціальні рівняння стану перетворюються в лінійні алгебраїчні рівняння. Запропоновано методику складання єдиної системи лінійних алгебраїчних рівнянь. Вирішення цієї системи дозволяє u1073 безпосередньо виконувати розрахунок усталених періодичних процесів. Практична цінність. Розроблений метод відкриває нову можливість використання різноманітного апарату теорії електричних кіл для роботи з зображеннями струмів. На підставі цього методу розробляється універсальний програмний комплекс для розрахунку усталених періодичних процесів в електричних колах довільної складності. Це дозволить скоротити процесорний час моделювання складних кіл. EN: Purpose. Development of a method for calculating established periodic processes of complex shape Methodology. Polynomial approximation of functions, numerical methods for solving integro-differential equations, mathematical apparatus of matrix algebra, computer programming and methods of electric circuit theory are used. Findings. As a result of modification of the known method for calculating transient processes, a method has been developed that allows you to directly perform the calculation of steady-state periodic processes. This will reduce the time of computer simulation of electrical processes in linear electrical circuits. An example of using the proposed method is shown. Based on the developed method, a computer program for calculating the steady-state process in the model circuit is worked out. This example shows a 45% reduction in CPU time compared to the use of known methods. Originality. Processes in electrical circuits are described by integro-differential equations. The approximation of functions of current derivatives to time by series on orthogonal Tchebyshev’s polynomials is used in their solution.When approximating functions, Chebyshev polynomials have uniform error in the whole range of argument change. It is advantageous stand out them from a number of other orthogonal functions. The proposed method uses a polynomial approximation not of the solution function itself, but of its derivative. The function itself is obtained with the help of integration operation. This operation has a small margin of error compared to the differentiation operation. The direct calculation of the steady-state periodic process is achieved by taking the initial conditions for currents and their derivatives at the beginning of the period as the values of the same functions at the end of the period. In the proposed method, integro-differential equations of state are transformed into linear algebraic equations. A method for creating a unified system of linear algebraic equations is proposed. The solution of this system allows you to perform directly the calculation of steady-state periodic processes. Practical value The developed method opens a new possibility of using a diverse apparatus of the electric circuits theory to work with images of currents. Based on this method, a universal software package is developed for calculating steady-state periodic processes in electrical circuits of arbitrary complexity. This will reduce the CPU time for modeling complex circuits.Item Research of the non-sinusoidal loads impact on the operability of tap-changers contacts(Національний університет "Запорізька політехніка", 2020) Zіnovkin, V. V.; Blyzniakov, O. V.; Зіновкін, Володимир Васильович; Близняков, Олександр ВікторовичEN: Purpose. To establish quantitative indicators of the influence of non-sinusoidal loads on the parameters and operability of contacts of voltage control devices of transformers of power-consuming electrical installations Methodology. In our research, we used the probabilistic-statistical methods to analyze the experimental findings. Experimental studies were carried out applying advanced software-based methods for processing, systematizing and visualizing the findings derived. Findings. The analysis of the accident rate of transformers for power-consuming technological installations showed that adjustable transformers, in particular, on-load tap-changers, are in many cases the cause of failure in the operation of electrical installations. On the example of a switching device of the RNOA-110/1250 type, it was experimentally established that the non-sinusoidality of the current caused by abruptly alternating loads, in combination with an increase in the number of switchings, leads to an increase in the contact resistance, which significantly reduces the reliability and serviceability of contacts. Originality. The dependence of the transient resistance of the contacts of the voltage control device under the load of the transformer on the degree of non-sinusoidality of the load current is obtained. Practical value. The results of the work can be used in the development of new designs of on-load tap-changers for special purpose operation under conditions of load fluctuations. In particular, the work is aimed to increase the reliability of on-load tap changers contact systems, as well as in the study of the operating conditions of network and furnace transformers in power supply systems of energy-intensive technological installations. UK: Мета роботи. Встановити кількісні показники впливу несинусоїдальних навантажень на параметри і роботоспроможність контактів пристроїв регулювання напруги трансформаторів під навантаженням (пристроїв РПН) для енергоємних технологічних установок. Методи дослідження. У роботі використані методи імовірнісно-статистичного аналізу результатів експериментальних досліджень. Експериментальні дослідження виконані з використанням сучасних програмних методів обробки, систематизації та візуалізації отриманих результатів. Отримані результати. Аналіз аварійності трансформаторів для енергоємних технологічних установок показав, що пристрої РПН є в багатьох випадках причиною збою в роботі технологічних установок. На прикладі пристрою РПН типу РНОА-110/1250 експериментально встановлено, що несинусоїдальність струму, що є нас лідком різкозмінного навантаження, у поєднанні зі зростанням кількості перемикань призводить до збільшення перехідного опору контактів, що істотно знижує показники надійності і работоспосбность контактів. Наукова новизна. За даними експерименту і їх статистичної обробки отримана залежність перехідного опору контактів пристрою РПН від коефіцієнта несинусоїдальності струму навантаження при різних кількостях перемикань під навантаженням. Практична цінність. Результати роботи можуть використовуватись при розробці нових типів пристроїв РПН спеціального призначення для роботи при різкозмінних навантаженнях, зокрема, підвищення надійності їх контактних систем, а також при дослідженні можливих режимів надійної роботи мережевих і пічних трансформаторів в системах електропостачання енергоємних технологічних комплексів.Item Параметричне керування ефективністю асинхронного приводу засобами перетворювача з підвищеним коефіцієнтом потужності(Національний університет "Запорізька політехніка", 2020) Бородай, В. А.; Ковальов, О. Р.; Нестерова, О. Ю; Borodai, V. A.; Kovalov, O. R.; Nesterova, O. Yu.UK: Мета роботи. Розробка схемного рішення та обґрунтування параметрів системи керування і силової частини перетворювача напруги живлення, за умови його експлуатації з підвищеним коефіцієнтом потужності і плавного або ступеневого способів регулювання енергоефективності асинхронного приводу. Методи досліджень. Для проведення досліджень використані положення теорії електричних машин, методи схемотехнічного проектування автоматичних систем у компоненті Multisim із складу електронної лабораторії National Instruments, математичне моделювання у пакеті Matlab. Отримані результати. Розроблено та побудовано цифрові моделі системи імпульсно-фазового керування для ступеневого і плавного регулювання напруги живлення двигуна із залученням способу широтно-імпульсної модуляції мережної напруги, надано рекомендації щодо рівня просідання навантаження, за якого потрібно зменшити напругу живлення, і її величина при релейному керуванні, а також випробувано систему плавного керування з координатно-фазовим управлінням шпаруватості для досягнення раціональної енергоефективності привода. Наукова новизна. Обґрунтовано вибір межі перемикання релейного регулятора та рівень раціональної величини вихідної напруги перетворювача за якої досягається раціонально-енергоефективне керування приводом, запропоновано алгоритм визначення параметрів RC фільтруючого кола задля одночасного забезпечення найкращих умов комутації силових ключів перетворювача та здійснення безперервної компенсації реактивної потужності двигуна за умови експлуатації перетворювача із підвищеним коефіцієнтом потужності. Практична цінність. Впровадження спрощеної системи перетворення із підвищеним коефіцієнтом потужності дозволить створити автоматичну систему асинхронного привода, завдяки якій можливо досягти збереження енергоресурсу на ланках двигуна, перетворювача та енергосистеми, за умови мінімальних капітальних вкладень на її виготовлення. EN: Purpose. Development of circuit solution and substantiation of parameters of control system and power part of power supply converter, provided its operation with high power factor and smooth or stepwise methods of energy efficiency control of asynchronous drive. Methodology. The provisions of the theory of electric machines, methods of circuit design of automatic systems in the Multisim component of the National Instruments electronic laboratory, mathematical modeling in the Matlab package were used for research. Findings. Digital models of pulse-phase control systems for stepwise and smooth regulation of the supply voltage of motors using the method of pulse-width modulation of the mains voltage have been developed and built, recommendations are given for the level of load sagging, at which it is necessary to reduce the supply voltage and its magnitude with relay control, and also tested a smooth control system with coordinate-phase duty cycle control to achieve rational energy efficiency of the drive. Originality. The choice of the switching limit of the relay regulator and the level of rational value of the converter output voltage is substantiated, at which rational and energy-efficient control of the drive is achieved, the algorithm for determining the RC filtering circuit parameters is proposed to ensure simultaneously the best conditions for switching the converter power switches and the implementation of continuous compensation of the engine reactive power, provided that the converter is operated with an increased power factor. Practical value. The introduction of a simplified conversion system with a high power factor will create an automatic asynchronous drive system, through which it is possible to achieve energy conservation at the engine, converter and power system, with minimal capital investment in its production.