Електротехніка та електроенергетика - 2017, №1
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/27509
Browse
Recent Submissions
Item Определение рабочей области ИППН в составе электромеханической системы ВЭУ с переменной скоростью вращения(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Алексеевский, Д. Г.; Андриенко, Петр Дмитриевич; Турышев, К. О.; Панкова, О. О.; Алексієвський, Д. Г.; Андрієнко, Петро Дмитрович; Туришев, К. О.; Панкова, О. О.; Alekseevskiy, D. G.; Andrienko, P. D.; Tyrushev, K. O.; Pankova, O. O.RU: Цель. Разработка методики согласования диапазонов входного и выходного напряжения импульсного преобразователя постоянного напряжения (ИППН), в составе электрооборудования ветроэнергетической установки (ВЭУ) с переменной скоростью вращения вала ветротурбины. Методика. Для определения параметров ИППН был предложен графоаналитический метод расчета, который также являются средством визуализации результатов. Результаты. С помощью графоаналитического метода согласования диапазонов входного и выходного напряжений ИППН определены область «гарантированной управляемости», область «не отпирания», а также область «не запирания». Первая область соответствует режимам работы ИППН, для которых обеспечивается устойчивая работа ВЭУ с переменной скоростью вращения вала ветротурбины. Вторая и третья области соответствуют аварийным режимам работы ВЭУ. Научная новизна. Предложена графоаналитическая интерпретация диапазонов изменения напряжений ИППН в составе электромеханической системы ВЭУ, которая позволяет наглядно представить проблему согласования режимов работы оборудования ВЭУ. Практическая значимость. Предложен порядок согласования диапазонов входного и выходного напряжений ИППН в составе электрооборудования для ВЭУ с переменной скоростью вращения вала ветротурбины, позволяющий определить область гарантированной управляемости ВЕУ. UK: Мета. Розробка методики узгодження діапазонів вхідної та вихідної напруг імпульсного перетворювача постійної напруги (ІППН), в складі електрообладнання вітроенергетичної установки (ВЕУ) зі змінною швидкістю обертання валу вітротурбіни. Методика. Для визначення параметрів ІППН були використані графоаналітичні методи розрахунку, які також є засобом візуалізації результатів. Результати. За допомогою графоаналітичного методу узгодження діапазонів вхідної та вихідної напруги ІППН, визначені область «гарантованої керованості», область «не відмикання», а також область «не зами кання». Перша область відповідає режимам роботи ІППН, для яких забезпечується стійка робота ВЕУ зі змінною швидкістю обертання валу вітротурбіни. Друга та третя області відповідають аварійним режимам роботи ВЕУ. Наукова новизна. Запропоновано графоаналітичну інтерпретацію діапазонів зміни напружень ІППН в складі електромеханічної системи ВЕУ, яка дозволяє наочно уявити проблему узгодження режимів роботи обладнання ВЕУ. Практична значимість. Запропоновано порядок узгодження діапазонів вхідного і вихідного напруг ІППН в складі електрообладнання для ВЕУ зі змінною швидкістю обертання валу вітротурбіни, що дозволяє визначити область гарантованої керованості ВЕУ. EN: 44 Purpose. Development of the method for matching of the input and output voltage ranges of the pulse DC voltage converter, as part of the electrical equipment of the wind power plant with a variable speed of rotation of the wind turbine shaft. Methods. Graphoanalytical calculation methods, which are also a means of the results visualization for determinate the parameters of the pulse DC voltage converter was offered. Results. The graph interpretation of the «guaranteed controllability» area, «non-unlocking» area, and «non-locking» area with the help of the grapho-analytical method of matching of the input and output voltage ranges of the pulse dc voltage converter are defined. The first area corresponds to the operation modes of the pulse dc voltage converter, for which a stable operation of the wind turbine with a variable rotation speed of the wind turbine shaft is provided. The second and third areas correspond to the emergency operating modes of the power plant. Originality. The graphoanalytical interpretation of the converter voltage variation ranges as part of the electromechanical system of the wind power plant, which allows to visually presenting the problem of matching of the operation modes of the wind power plant equipment is offered. Practical value. The order of matching the ranges of input and output voltages of the pulse DC voltage converter in the structure of the electrical equipment for wind power plant with variable rotation speed of the wind turbine shaft, which allowing to determinate the zone of guaranteed controllability of the wind power plant is proposed.Item Схемно-польове моделювання теплових процесів в асинхронних двигунах(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Літвінов, Дмитро Олександрович; Шлянін, Олександр Олександрович; Бондарчук, Т. В.; Стремідловська, О. В.; Матар, Ріхам; Litvinov, D. O.; Shlyanin, O. O.; Bondarchuk, Т. V.; Stremydlovska, O. V.; Matar, RihamUK: Мета: Розробка нового підходу для підвищення точності теплових розрахунків шляхом поєднання польового і схемного моделювання при визначенні ефективних теплових провідностей деталей і вузлів асинхронного двигуна. Методи досліджень: Методи теорії теплопровідності, теплопередачі, теплових схем заміщення, теплових потенціалів, польового моделювання, кінцевих елементів. Основні результати: Розроблено інтегральний метод для перетворення даних польового моделювання в параметри теплової схемної моделі, який істотно зменшує вплив кількості вузлів теплової схеми на точність визначення її параметрів завдяки інваріантності матриці геометричних провідностей до температурних змін значень теплопровідності конструкційних і активних матеріалів асинхронного двигуна. За даним методом для дискретизації просторової моделі асинхронного двигуна на окремі складові можна заздалегідь визначати компоненти матриці провідностей та запобігати виродженню цієї матриці у схемній моделі. Таким чином забезпечується істотне підвищення точності визначення вузлових температур і перевищень температур у теплових розрахунках асинхронних двигунів у сталих та змінних режимах навантаження. Наукова новизна: Розроблено новий метод перетворення схемної моделі із застосуванням інтегрального теплового потенціалу, який дозволяє перейти від температурних опорів, як параметрів теплової схеми заміщення, до геометричних провідностей даної схеми. Доведено, що шляхом оброблення масивів даних польового моделювання для визначення геометричних провідностей теплової схеми заміщення можна запобігти виродженню матриці провідностей для стаціонарного теплового режиму асинхронного двигуна у режимі короткого замикання, забезпечивши зменшення кількості вузлів схеми та підвищення обчислювальної ефективності та точності. Практична значимість: Інтегральний метод перетворення даних польового моделювання асинхронного двигуна у параметри теплової моделі дозволяє при збільшенні числа вузлів теплової схеми від одного до десяти зменшити середньозважене значення відносної похибки від 9,2% до 2,42%, що повністю задовольняє вимогам при проектуванні асинхронних двигунів і для імітаційного моделювання динаміки теплових процесів у змінних режимах роботи. EN: Purpose. Development of a new approach for increasing thermal calculations accuracy by thermal field and scheme combinating simulation in determining the effective heat conductivities in details and nodes of induction motor. Research methods: the heat conductivity theory, heat transfer, thermal equivalent circuit, thermal potentials, thermal field simulation, finite elements methods. The obtained results. The integrated method for conversion data of field modeling into thermal circuit model parameters is researched, which significantly reduces influence of nodes quantity of the thermal circuit on the accuracy of parameters determination by matrix invariancy of geometrical conductivities to temperature changes of heat conductivity values of induction motors constructional and active materials. By means of this method, for discretization induction motor spatial model on separate components, it is possible in advance to determine the components of matrix conductivities and to prevent the degeneration of this matrix in the scheme model. Scientific novelty. A new method of scheme model conversion with the use of an integral thermal potential is researched, which allows to pass from heat resistances, as a parameters of thermal equivalent circuit, to geometric conductivities of this scheme. It has been proved that by processing the data arrays of field modeling for determination geometric conductivities of thermal equivalent circuit, it is possible to prevent degeneration of matrix conductivities for the stationary thermal mode of induction motor in short-circuit mode, having provided reduction of nodes quantity and increase in computing efficiency and accuracy. Practical significance. The integrated method for converting data of induction motor field modeling into thermal model parameters allows at increase in the number of nodes in thermal scheme from one to ten to reduce the average value of a relative error from 9,2% to 2,42%, what completely meets requirements at designing of induction motors, and also for imitating modeling of thermal processes dynamics at the variable operating conditions.Item Определения параметров силовых трансформаторов методами схемно-полевого моделирования(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Дивчук, Татьяна Евгеньевна; Мимоход, Д. К.; Кутилин, С. А.; Кузнецов, А. Э.; Гуразда, Ю. В.; Сырых, И. С.; Дівчук, Тетяна Євгеніївна; Мимохід, Д. К.; Кутілін, С. А.; Кузнецов, О. Е.; Гуразда, Ю.В.; Сирих, І. С.; Divchuk, T. E.; Mimokhid, D. K.; Kutilin, S. A.; Kuznetsov, A. E.; Gurazda, Yu. V.; Syrykh, I. S.RU: Цель работы. Разработка нового высокоэффективного подхода для определения параметров силового трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания на основе схемно-полевого моделирования электромагнитных процессов, позволяющего учитывать особенности конструкции, влияние нелинейных свойств проводниковых и ферромагнитных материалов, обладающего высокой точностью, и простотой численной реализации. Методы исследований. Математическое моделирование электромагнитных полей трехфазных трансформаторов с плоскими магнитными системами в режимах холостого хода и короткого замыкания методами теории электромагнитных полей, конечных элементов, теории электрических цепей; обобщение данных моделирования методами линейной и полиномиальной регрессии. Основные результаты. Разработана схемно-полевая модель электромагнитных процессов в силовом трансформаторе для режимов холостого хода и короткого замыкания, позволяющая учитывать влияние особенностей конструкции активной части, нелинейность свойств проводниковых и магнитных материалов. Установлено, что в режиме холостого хода магнитный поток локализуется в стержнях магнитной системы, а в режиме короткого замыкания он вытесняется в области обмоток и главных каналов рассеяния. Особенности конструкции плоских трехфазных магнитных систем обуславливают неравномерное распределение магнитных потоков по стержням и ярмам при симметрии фазных токов намагничивания. Поэтому наибольшие индукции в режиме холостого хода характерны для стержня фазы В, а их действующие значения на 15…18% превышают аналогичные значения в стержнях фаз А и С. В режиме опытного короткого замыкания значения индукции на два порядка ниже по сравнению с режимом холостого хода, а ее распределение симметрично для всех фаз активной части трансформатора. Разработана высокоэффективная методика определения параметров силового трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания на основе схемно-полевого моделирования электромагнитных процессов. Апробация новой методики для трансформаторов второго и третьего габаритов показала простоту численной реализации и высокую точность, за счет учета особенностей конструкции и влияния нелинейных свойств проводниковых и ферромагнитных материалов. Благодаря данному подходу обеспечивается снижение погрешности при определении параметров холостого хода на 12–16% и короткого замыкания – на 5–8% по сравнению с общеизвестными методиками. Разработана методика корректировки параметров для различных ступеней РПН с использованием уравнений линейной и параболической регрессии, обобщающих нормированные характеристики холостого хода и короткого замыкания для различных серий трансформаторов, которая существенно сокращает затраты времени на этапах конструкторской подготовки производства и значительно повышает точность расчета параметров холостого хода и короткого замыкания. Относительная погрешность методики коррекции параметров для режима холостого хода не превышает 2,82%, а для режима короткого замыкания – 0,7%. Научная новизна. Разработан и реализован новый эффективный подход для определения параметров силового трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания, на основе схемно-полевого моделирования электромагнитных процессов в силовом трансформаторе с последующей корректировкой методами линейной и полиномиальной регрессии нормированных характеристик холостого хода и короткого замыкания с учетом заданных положений РПН. Он обладает высокой точностью и эффективностью, простотой численной реализации, позволяет учитывать влияние конструктивных параметров, нелинейность электрофизических и магнитных свойств материалов и может применяться для трансформаторов различных серий. Практическая значимость. Применение предложенного подхода для определения параметров трансформатора на основе методов схемно-полевого моделирования и нормирования позволяет снизить погрешность расчета параметров холостого хода и короткого замыкания на 12–16% и 5–8%, соответственно, по сравнению с общеизвестными методиками. UK: Мета роботи. Розробка нового високоефективного підходу для визначення параметрів силового трансформатора в режимах неробочого ходу і короткого замикання на основі схемно-польового моделювання електромагнітних процесів, що має високу точність, простоту чисельної реалізації і дозволяє враховувати особливості конструкції і вплив нелінійних властивостей провідникових і феромагнітних матеріалів. Методи досліджень. Математичне моделювання електромагнітних полів трифазних трансформаторів з плоскими магнітними системами в режимах неробочого ходу і короткого замикання методами теорії електромагнітних полів, скінчених елементів, теорії електричних ланцюгів; узагальнення даних моделювання методами лінійної і поліноміальної регресії. Основні результати. Розроблено схемно-польову модель електромагнітних процесів у силовому трансформаторі для режимів неробочого хода и короткого замикання, що дозволяє враховувати вплив особливостей конструкції активної частини, нелінійність властивостей провідникових і магнітних матеріалів. Встановлено, що в режимі неробочого ходу магнітний потік локалізується в стрижнях магнітної системи, а в режиме короткого замикання він зосереджений в області обмоток і головних каналів розсіювання. Особливості конструкції плоских трифазних магнітних систем обумовлюють нерівномірний розподіл магнітних потоків по стрижнях і ярмах при симетрії фазних струмів намагнічування. Тому найбільші індукції в режимі неробочого ходу характерні для стрижня фази В, а їх діючі значення на 15–18% перевищують аналогічні значення в стрижнях фаз А і С. В режимі дослідного короткого замикання значення індукції на два порядки нижче в порівнянні з режимом неробочого ходу, а її розподіл симетричний для всіх фаз активної частини трансформатору. Розроблено високоефективну методику визначення параметрів силового трансформатора в режимах неробочого ходу і короткого замикання на основі схемно-польового моделювання електромагнітних процесів. Апробація нової методики для трансформаторів другого та третього габаритів показала простоту чисельної реалізації та високу точність, за рахунок врахування особливостей конструкції і впливу нелінійних властивостей провідникових і феромагнітних матеріалів. Завдяки цьому підходу забезпечується зниження похибки при визначенні параметрів неробочого ходу на 12–16% і короткого замикання - на 5–8% в порівнянні з загальновідомими інженерними методиками. Розроблено методику коригування параметрів для різних ступенів РПН з використанням рівнянь лінійної і параболічної регресії, узагальнюючих нормовані характеристики неробочого ходу і короткого замикання для різних серій трансформаторів, яка істотно скорочує витрати часу на етапах конструкторської підготовки виробництва і значно підвищує точність розрахунку параметрів неробочого ходу і короткого замикання. Відносна похибка методики корекції параметрів для режиму неробочого ходу не перевищує 2,82%, а для режиму короткого замикання – 0,7%. Наукова новизна. Розроблено та реалізовано новий ефективний підхід для визначення параметрів силового трансформатора в режимах неробочого ходу і короткого замикання, на основі схемно-польового моделювання електромагнітних процесів в силовому трансформаторі і подальшого корегування методами лінійної і поліноміальної регресії нормованих характеристик неробочого ходу та короткого замикання з урахуванням заданих положень РПН. Він має високу точність і ефективність, простоту чисельної реалізації, дозволяє враховувати вплив конструктивних параметрів, нелінійність електрофізичних і магнітних властивостей матеріалів та може застосовуватися для трансформаторів різних серій. Практична значимість. Застосування запропонованого підходу для визначення параметрів трансформатора на основі методів схемно-польового моделювання та нормування дозволяє знизити похибки розрахунку параметрів неробочого ходу і короткого замикання на 12–16% і 5–8%, відповідно, в порівнянні з загальновідомими інженерними методиками. EN: Purpose of the work. The research of a new highly effective approach for determining power transformer parameters in no-load and short circuit modes, based on the scheme-field modeling of electromagnetic processes which allowing to consider design features, influence of conductor nonlinear properties and ferromagnetic materials, possesses high accuracy and simplicity of numerical realization was developed. Research methods. Mathematical modeling of electromagnetic fields of three-phase transformers with flat magnetic systems in no-load and short-circuit modes by methods of theory electromagnetic fields, finite elements, the theory of electrical circuits; generalization of modeling data by linear and polynomial regression methods. The obtained results. Scheme-field model of electromagnetic processes in power transformer for no-load and short circuit mode are developed, which allowing to consider the influence of design features in the active part, also non-linearity of conductor properties and magnetic materials. It’s established that in no-load mode magnetic flux is localized in the rods of the magnetic system, and in short-circuit mode it is displaced in the windings region and main dispersion channels. The design features of flat three-phase magnetic system causes uneven distribution of magnetic fluxes lengthways rods and yokes by symmetry of the phase magnetization currents. Therefore, the largest values ofmagnetic flux density in no-load mode are characteristic for B phase rod, and their effective values are higher by 15–18% than the analogous values in the rods A and C phases. In experimental short circuit mode, magnetic flux density values are two orders lower in comparison with no-load mode, and its distribution is symmetric for all phases of transformer active part. A highly effective method for determining power transformer parameters in no-load and short circuit modes, which is based on the scheme-field modeling of electromagnetic processes, is researched. Approbation of a new technique for transformers second and third dimensions showed the simplicity of numerical implementation and high accuracy, due to design features and influence of conductor nonlinear properties and ferromagnetic materials. Thanks to this approach is provided the decreasing an error during parameters determination for no-load mode by 12–16% and short circuit mode by 5–8% in comparison with well-known method. The method of parameters correction for various stages of the load control device is researched. This method uses linear and parabolic regression equations, which generalize the standardized no-load and short circuit characteristics for various transformers series. This significantly reduces the time spent at the stages of production design preparation, and significantly increases calculation accuracy of no-load and short circuit parameters. The relative error of the correction parameters method for no-load mode does not exceed 2.82%, and for the short-circuit mode it’s 0.7%. Scientific novelty. A new effective approach for determining power transformer parameters in no-load and short circuit modes is researched and implemented. The approach is based on the scheme-field modeling of electromagnetic processes in the power transformer and subsequent correction by the linear and polynomial regression methods of the standardized no-load and short circuit characteristics with taking into account the set positions of the load control device. This approach has high accuracy and efficiency, simplicity of numerical realization, which allows take into account the influence of design parameters, nonlinearity of electrophysical and magnetic properties of materials, and can be used for transformers of various series. Practical significance. Application of the proposed approach for determining transformer parameters based on the methods of scheme-field sumulation and standardization makes it possible to reduce the error of calculating of no-load and short-circuit parameters by 12–16% and 5–8%, respectively in comparison with wellknown engineering methods.Item Оптимизация времен разгона и торможения позиционных частотнорегулируемых асинхронных электроприводов(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Волков, В. А.; Волков, В. О.; Volkov, V. A.RU: Цель работы. Получение аналитических зависимостей для расчета оптимальных времен разгона и торможения частотнорегулируемого асинхронного двигателя (ЧРАД), обеспечивающих минимизацию основных электромагнитных потерь энергии (ОЭПЭ) двигателя при малых перемещениях его вала, а также – оценка влияния упомянутых оптимальных времен разгона и торможения на значение ОЭПЭ в ЧРАД при различных видах тахограмм двигателя (с линейной и параболической формами или формой гиперболического синуса). Методы исследования. Методы оптимального управления и имитационного моделирования. Полученные результаты. Получены аналитические зависимости и предложена графоаналитическая методика для расчета оптимальных времен разгона и торможения ЧРАД, обеспечивающих минимизацию ОЭПЭ двигателя при малых перемещениях его вала. Выполнена оценка влияния упомянутых оптимальных времен разгона и торможения на значение ОЭПЭ в ЧРАД при различных видах тахограмм двигателя (с линейной и параболической формами или формой гиперболического синуса). Научная новизна. Впервые получены аналитические зависимости для расчета оптимальных времен разгона и торможения при малых перемещениях ЧРАД, посредством которых обеспечивается минимизация электромагнитных потерь в двигателе. Впервые разработана графоаналитическая методика для определения указанных оптимальных времен разгона и торможения ЧРАД при отработке малых перемещений. Практическая ценность. Предложен подход к энергосбережению в позиционных частотнорегулируемых асинхронных электроприводах посредством оптимизации их времен разгона и торможения, что позволяет на практике без существенных капитальных затрат снизить потери электроэнергии в этих электроприводах. UK: Мета роботи. Отримання аналітичних залежностей для розрахунку оптимальних часів розгону і гальмування частотнорегульованого асинхронного двигуна, що забезпечують мінімізацію основних електромагнітних втрат енергії двигуна при малих переміщеннях його вала, а також – оцінка впливу згаданих оптимальних часів розгону і гальмування на значення основних електромагнітних втрат енергії в в частотнорегульованому асинхронному двигуні при різних видах тахограм двигуна (з лінійної і параболічної формами або формою гіперболічного синуса). Методи дослідження. Методи оптимального управління і імітаційного моделювання. Отримані результати. Отримано аналітичні залежності і запропонована графоаналітична методика для розрахунку оптимальних часів розгону і гальмування частотнорегульованого асинхронного двигуна, що забезпечують мінімізацію основних електромагнітних втрат енергії двигуна при малих переміщеннях його вала. Виконано оцінку впливу згаданих оптимальних часів розгону і гальмування на значення основних електромагнітних втрат енергії в частотнорегульованому асинхронному двигуні при різних видах тахограм двигуна (з лінійної і параболічної формами або формою гіперболічного синуса). Наукова новизна. Вперше отримано аналітичні залежності для розрахунку оптимальних часів розгону і гальмування при малих переміщеннях частотнорегульованого асинхронного двигуна, за допомогою яких забезпечується мінімізація електромагнітних втрат в двигуні. Вперше розроблено графоаналітична методика для визначення зазначених оптимальних часів розгону і гальмування частотнорегульованого асинхронного двигуна при відпрацюванні малих переміщень. Практична цінність. Запропоновано підхід до енергозбереження в позиційних частотнорегульованих асинхронних електроприводах за допомогою оптимізації їх часів розгону і гальмування, що дозволяє на практиці без істотних капітальних витрат знизити втрати електроенергії в цих електроприводах. EN: Purpose. Obtaining analytical dependencies for calculating the optimum speedup and speeddown times for a frequency-controlled asynchronous motor that minimize the main electromagnetic energy losses of the engine for small displacements of its shaft, and also the estimation of the influence of these optimal speedup and speeddown times on the value of the main electromagnetic energy losses in the frequency-controlled asynchronous motor various types of engine tachograms (with linear and parabolic forms or hyperbolic sine form). Methodology. Methods of optimal control and simulation modelling. Findings. Analytical dependencies are obtained and a graphoanalytical method proposed for calculating the optimum speedup and speedown times for the frequency-controlled asynchronous motor that minimizes the main electromagnetic energy losses of the motor with small displacements of its shaft. The effect of these optimal speedup and speeddown times on the value of the main electromagnetic energy losses in the frequency-controlled asynchronous motor under different types of motor tachograms (with linear and parabolic forms or the form of the hyperbolic sine) are estimated. Originality. For the first time, analytical dependencies are obtained for calculating the optimal speedup and spedddown times for small displacements of the frequency-controlled asynchronous motor, by which the electromagnetic losses in the motor is minimized. For the first time, a graphoanalytical method developed to determine these optimum speedup and speeddown times for the frequency-controlled asynchronous motor when was working out small displacements. Practical value. An approach to energy saving in positional frequency-controlled asynchronous electric drives is proposed, by optimizing their speedup and speeddown times, which allows in practice without significant capital costs to reduce power losses in these electric drives.Item Разработка алгоритма автоматизированного контроля электрохимических накопителей энергии(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Дзензерский, В. А.; Житник, Н. Е.; Плаксин, С. В.; Лисунова, В. В.; Дзензерський, В. О.; Житник, М. Я.; Плаксін, С. В.; Лісунова, В. В.; Dzenzersky, V. A.; Zhitnik, N. E.; Plaksin, S. V.; Lisunova, V. V.RU: Цель работы. Совершенствование процесса автоматизированного контроля текущего состояния электрохимического накопителя энергии без нарушения штатного режима его работы. Метод исследования. Исследования проведены путем реализации импульсного метода контроля состояния электрохимического накопителя энергии, при котором значения его параметров определяются из сигнала отклика накопителя на тестовый импульс тока по разработанному алгоритму. Полученные результаты. Информация о состоянии накопителя отображается на экране монитора в виде текущих значений его основных параметров и заносится в память контрольно-измерительной системы, что позволяет контролировать его динамику. Научная новизна. Авторами разработан усовершенствованный метод автоматизированного контроля текущего состояния накопителя энергии, основанный на идентификации его параметров с параметрами электрохимического процесса. Практическая значимость. Разработано программное обеспечение, которое может быть использовано для автоматизированного контроля текущего состояния накопителей энергии в составе автономных систем электроснабжения UK: Мета роботи. Удосконалення процесу автоматизованого контролю поточного стану електрохімічного накопичувача енергії без порушення штатного режиму його роботи. Метод досліджень. Дослідження проведені шляхом реалізації імпульсного методу контролю стану електрохімічного накопичувача енергії, при якому значення його параметрів визначаються з сигналу відгуку накопичувача на тестовий імпульс струму за розробленим алгоритмом. Отримані результати. Інформація про стан накопичувача відображається на екрані монітора у вигляді поточних значень його основних параметрів і заноситься в пам’ять контрольно-вимірювальної системи, що дозволяє контролювати його динаміку. Наукова новизна. Авторами розроблений удосконалений метод автоматизованого контролю поточного стану накопичувача енергії, заснований на ідентифікації його параметрів з параметрами електрохімічного процесу. Практична значимість. Розроблено програмне забезпечення, яке може бути використане для автоматизованого контролю поточного стану накопичувачів енергії в складі автономних систем електропостачання. EN: Objective. Improvement of the process of automated monitoring of the current state of the electrochemical energy storage without disturbing the regular mode of its operation. Method of research. Investigations were carried out by implementing a pulse method for monitoring the state of an electrochemical energy storage device, in which the values of its parameters are determined from the response signal of the drive to the test current pulse according to the developed algorithm. Results. Information about the status of the drive is displayed on the monitor screen in the form of the current values of its main parameters and is stored in the memory of the monitoring system, which allows you to monitor its dynamics. Scientific novelty. The authors developed an improved method of automated monitoring of the current state of the energy store, based on the identification of its parameters with the parameters of the electrochemical process. Practical significance. The software is developed that can be used for automated monitoring of the current state of energy storage devices as part of autonomous power supply systems.Item Модель крокового двигуна для дослідження систем автоматичного позиціювання в ECAD(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Василенко, Ольга Валентинівна; Жавжаров, Євген Леонідович; Vasylenko, O. V.; Zhavzharov, I. L.UK: Мета роботи. Розробка динамічної макромоделі крокового двигуна (КД) для задач дослідження систем позиціювання та інших робототехнічних мехатронних систем в програмах автоматизованого проектування для електроніки (ЕCAD), яка відповідає критеріям економічності та надійності. Методи дослідження. Моделінг КД здійснено на базі поведінкових елементів з бібліотеки ЕCAD, модель системи позиціювання отримано в термінах теорії автоматичного управління у вигляді сполучення ланок, передаточні функції для яких отримані як функції часу. Для ефективного моделювання (симуляції) подібних САУ на основі акаузального по суті математичного апарату ЕCAD, моделям надано ознаки каузальності за допомогою залежних джерел, керованих напругою. Об’єктом дослідження є процес моделювання автоматизованих систем із КД в якості актуаторів в середовищі ЕCAD, предметом дослідження є моделі КД. Отримані результати. На основі аналізу областей адекватності та математичного апарату існуючих моделей КД, сформовані критерії для розробки економічної моделі, придатної для адекватного макромоделювання САУ із КД в середовищі ЕCAD. Розроблено мінімальну модель КД, яку досліджено для встановленого режиму в навантаженому стані. В ході апробації та верифікації шляхом моделювання підсистеми позиціювання автоматизованої системи визначення поверхневого потенціалу, встановлено, що модель забезпечує високу швидкість та алгоритмічну надійність симуляції при високій точності результатів аналізу динамічних характеристик. Макромодель інстальовано в бібліотеку програми Micro Cap 11. Наукова новизна. Нова макромодель КД, яка відповідає критеріям адекватності, надійності та економічності, синтезована на основі нового підходу у моделінгу об’єктів на макрорівні, який поєднує принципи побудови структур та ланок САУ згідно теорії автоматичного управління (ТАУ) із можливостями поведінкового моделювання в середовищі програм автоматизованого проектування в електроніці (ЕCAD). Передаточні функції для таких моделей будуються як функції часу, без переходу в комплексну площину, що дозволяє розширити область їхньої адекватності, порівняно із класичними моделями. Такі макромоделі дозволяють досліджувати динамічні режими в автоматизованих системах позиціювання. Практична цінність. Макромодель КД розширює математичне забезпечення ЕCAD, знижує імовірність появи алгоритмічних збоїв та прискорює моделювання САУ в ЕCAD. Використаний при її синтезі підхід дозволяє будувати аналогічні моделі для іншого програмного забезпечення (CAS, CAE) EN: Purpose. Development of an economical Stepping Motor’s (SM) macromodel for the study of positioning systems and other robotic mechatronic systems in computer-aided design (ECAD) programs, which does not generate algorithmic failures in comparison with the existing models of SM. Methodology. The modeling of the Stepping Motor was carried out on the basis of behavioral elements from the ECAD library, the model of the system was obtained in terms of the theory of automatic control. For effective simulation of automatic control systems in the acausal mathematical environment, models are given up to causality through dependent sources, controlled by voltage. The object of the study is simulation of ACS with SM as actuators in ECAD; the subject of the study is the models of SM. Findings. Based on the analysis of the adequacy areas and the mathematical apparatus of the existing SM models, criteria for the synthesis of an economical model suitable for adequate macromodeling of ACS with SM in the ECAD environment have been identified. The compact model of SM was developed, which was investigated in the steady state under the load. During the approbation and verification by simulation of the positioning subsystem of the automated system for determining the surface potential, it is established that the model provides high speed and algorithmic reliability of the simulation and high accuracy analysis of dynamic characteristics. The macromodel is installed in the Micro Cap 11 library. Originality. The new macromodel of SM that meets the criteria of adequacy, reliability and economy, synthesized on the basis of a new approach in modeling objects at the macro level, which combines the principles of constructing structures and links of automatic control systems in accordance with the theory of automatic control with the capabilities of behavioral modeling in the program of computer-aided design in Electronics (ECAD). Transfer functions for such models are constructed as a function of time, without transition to a complex plane, which allows expanding the range of their adequacy, in comparison with the classical models. Such macromodels allow us to study dynamic modes in automated positioning systems. Practical value. SM macromodel expands the mathematical support of ECAD reduces the likelihood of the appearance of algorithmic failures and accelerates the modeling of ACS in ECAD. Approach, which used during its synthesis, allows us to build similar models for other software (CAS, CAE).Item Особенности определения параметров схемы замещения асинхронного двигателя для режима короткого замыкания(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Ярымбаш, Дмитрий Сергеевич; Коцур, Михаил Игоревич; Ярымбаш, Сергей Тимофеевич; Коцур, Игорь Михайлович; Яримбаш, Дмитро Сергійович; Коцур, Михайло Ігоревич; Яримбаш, Сергій Тимофійович; Коцур, Ігор Михайлович; Yarymbash, D. S.; Kotsur, М. I.; Yarymbash, S. Т.; Kotsur, I. М.RU: Цель. Разработка новой методики определения параметров асинхронного двигателя посредством реализации трехмерной математической модели нестационарных электрических и магнитных полей, обеспечивающей высокую точность и достоверность результатов при учете особенностей конструкции асинхронных двигателей, нелинейности электрофизических и магнитных свойств активных и конструкционных материалов. Методика. Численное моделирование сопряженных пространственных нестационарных электрических и магнитных полей асинхронного двигателя в режиме короткого замыкания методами теории электромагнитных полей, конечных элементов, теории электрических машин и электрических цепей. Результаты. Представлены теоретические исследования и данные моделирования на основе численной реализации методом конечных элементов трехмерной нестационарной математической модели электромагнитных полей в асинхронном двигателе, отображающей особенности процессов преобразования энергии переменного тока в режиме опытного короткого замыкания. Исследованиями установлено, что в асинхронных двигателях малой мощности энергия магнитного поля локализуется в основном в областях сердечников и пазов статора и ротора. Но при этом в зоне лобовых частей обмоток статора выделяется до 15% от энергии магнитного поля асинхронного двигателя. В центральных зонах, протяженность которых достигает 60% длины сердечников статора и ротора, магнитное поле имеет плоскопараллельный характер, а в зонах торцов сердечников и лобовых частей обмоток статора существенно трансформируется. Установлено влияние характерных особенностей распределения магнитного поля, его энергии на параметры короткого замыкания асинхронного двигателя малой мощности и режимы его работы. Соотношения между индуктивными сопротивлениями лобовых частей обмоток статора и пазовых частей статора и ротора для исследуемого асинхронного двигателя для режима опытного короткого замыкания составили соответственно 14,7% и 85,3%. Научная новизна. Установлены закономерности пространственного распределения индукции и энергии магнитного поля в режиме опытного короткого замыкания, определены количественные соотношения между индуктивными сопротивлениями при локализации энергии магнитного поля в области лобовых частей обмоток статора и в областях сердечников и пазов статора и ротора асинхронных двигателей малой мощности. Практическая значимость. Посредством реализации динамической пространственной модели электромагнитных полей методом конечных элементов и данных численного моделирования динамического режима опытного короткого замыкания асинхронного двигателя определены параметры его схемы замещения с учетом конструктивных особенностей статора и ротора, нелинейности свойств активных материалов в многокомпонентной области моделирования. Обосновано, что новый подход к определению параметров схемы замещения асинхронных двигателей на основе данных полевого моделирования обеспечивает существенное повышение точности по сравнению с общеизвестными итерационно-эмпирическими методами. UK: Мета. Розробка нової методики визначення параметрів асинхронного двигуна за допомогою реалізації тривимірної математичної моделі нестаціонарних електричних і магнітних полів, що забезпечує високу точність і достовірність результатів при врахуванні особливостей конструкції асинхронних двигунів, нелінійності електрофізичних і магнітних властивостей активних та конструкційних матеріалів. Методика. Чисельне моделювання сполучених просторових нестаціонарних електричних і магнітних полів асинхронного двигуна в режимі короткого замикання методами теорії електромагнітних полів, кінцевих елементів, теорії електричних машин і електричних кіл. Результати. Представлені теоретичні дослідження і дані моделювання на основі чисельної реалізації методом кінцевих елементів тривимірної нестаціонарної математичної моделі електромагнітних полів в асинхронному двигуні, що відображає особливості процесів перетворення енергії змінного струму в режимі дослідного короткого замикання. Дослідженнями встановлено, що в асинхронних двигунах малої потужності енергія магнітного поля локалізується в основному в областях сердечників і пазів статора і ротора. Але при цьому в зоні лобових частин обмоток статора виділяється до 15% від енергії магнітного поля асинхронного двигуна. У центральних зонах, протяжність яких сягає 60% довжини сердечників статора і ротора, магнітне поле наближається до плоскопаралельного поля, істотно видозмінюючись в зонах торців сердечників і лобових частин обмоток статора. Встановлено вплив характерних особливостей розподілу магнітного поля, його енергії на параметри короткого замикання асинхронного двигуна малої потужності і режими його роботи. Співвідношення між індуктивними опорами лобових частин обмоток статора і пазових частин статора і ротора для досліджуваного асинхронного двигуна для режиму дослідного короткого замикання склали відповідно 14,7% і 85,3%. Наукова новизна. Встановлено закономірності просторового розподілу індукції і енергії магнітного поля в режимі дослідного короткого замикання, визначені кількісні співвідношення між індуктивними опорами при локалізації енергії магнітного поля в області лобових частин обмоток статора і в областях сердечників і пазів статора і ротора асинхронних двигунів малої потужності. Практична значимість. За допомогою реалізації динамічної просторової моделі електромагнітних полів методом кінцевих елементів і даних чисельного моделювання динамічного режиму дослідного короткого замикання асинхронного двигуна визначено параметри його схеми заміщення з урахуванням конструктивних особливостей статора і ротора, нелінійності властивостей активних матеріалів в багатокомпонентної області моделювання. Обґрунтовано, що новий підхід до визначення параметрів схеми заміщення асинхронних двигунів на основі даних польового моделювання забезпечує істотне підвищення точності в порівнянні з загальновідомими ітераційно-емпіричними методами. EN: Purpose. Development of a new method for determining the parameters of an induction motor, based on a three-dimensional transient mathematical model of the electrical and magnetic fields, that provides high accuracy and reliability of results and considering the design features of induction motors, nonlinearity of the electrophysical and magnetic properties of active and structural materials. Methods. Numerical simulation of the conjugate spatial transient electrical and magnetic fields of the induction motor in the short-circuit mode, with help methods of the theory of electromagnetic fields, finite element, theory of electrical machines and electrical circuits. Results. Theoretical researches and simulation results, which based on numerical realization of the finite element method of three-dimensional transient mathematical model of the electrical and magnetic fields in induction motor which displayed the features of the processes of AC energy conversion in the experimental short-circuit mode are obtained. The magnetic field energy is localized mainly in the area of the cores and slots of the stator and rotor of the low-power induction motors by researches was determined. In the zone of the frontal parts of the stator windings, up to 15% of the magnetic field energy of the induction motor is evolved. In the central area of the active part of the induction motor, a length up to 60% of the total length of the stator and rotor core, the magnetic field has plane-parallel form, but is transformed into zones of coil ends of the stator windings and near its end of the core. The influence of the characteristic features of the magnetic field distribution, its energy on the substitution circuit parameters of the low power induction motor and its operating modes are defined. The ratios between the resistances inductive coil ends zone of the stator windings and slots zone stator and rotor windings for an induction motor in short-circuit mode were respectively 14.7% and 85.3%. Originality. The regularities of the spatial distribution of induction and the energy of the magnetic field in the experimental short-circuit mode are defined. When the localization of the magnetic field energy in the frontal parts zone of the stator windings and in the cores and slots regions of the stator and rotor of low-power induction motors, the quantitative relations between the inductive resistances are determined. Practical value. Through the implementation of the dynamic spatial model of electromagnetic fields by the finite element method and numerical simulation data of the short-circuit dynamic mode of the induction motor, the parameters taking into account the structural features of the stator and rotor, and the nonlinear properties of active materials in the multicomponent modeling domain of its substitution circuit are determined. It is proved, that the new approach to the determination of the substitution circuit parameters of induction motors based on simulation data field provides a significant increase in accuracy compared to conventional iterative-empirical methods.Item Застосування просторових електричних полів задля створення теплових перешкод у камерних печах(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Качан, Ю. Г.; Візер, А. А.; Сибір, А. В.; Kachan, Y. G.; Vizer, A. A.; Sybir, A. V.UK: Мета роботи. Дослідження можливості застосування просторового електричного поля для створення теплового бар’єру з метою покращення турбулентного руху газів у робочому просторі камерної печі та збільшення їх щільності у зоні розташування садки з металу, що нагрівається. Методи досліджень. За допомогою комплексу програм, що дозволяють прогнозувати з урахуванням турбулентності потоків рух пічних газів, проведені розрахункові дослідження полів їх швидкостей у камері. Отримані результати. Виконано розрахункове дослідження турбулентного руху продуктів згоряння в камерній печі. Отримано картину полів швидкостей газів в робочому об’ємі та проведено аналіз щодо ефективності їх використання у зоні розташування металевих виробів, що нагріваються. Встановлено, що основна частина теплоти нагріває верхню частину печі і лише потім опускається вниз камери, де гази незначної щільності контактують з металом, при цьому більша їх кількість просто видаляється через димові вікна, не віддавши теплоти. Останнє призводить до перевитрати первинного енергоресурсу та зменшення енергетичної ефективності печі у цілому. Запропоновано створити тепловий бар’єр шляхом направлення деякої кількості останніх перпендикулярно тій їх частині, що видаляються з печі. Керуючим впливом у даного випадку слугує зазначене співвідношення обсягів газів. Результати моделювання циркуляційного руху пічних газів за наявності теплового бар’єра показали, що їх масова витрата поблизу заготівки зростає, а це свідчить про можливість досягнення потрібної температури металу за меншої витрати природного газу. Наукова новизна. Вперше доказано, що застосовувати тепловий бар’єр доцільно шляхом створення просторового електричного поля у камері печі між пальником і садкою металу. Практична значимість. Впровадження запропонованого способу створення теплового бар’єру за допомогою просторового електричного поля може сприяти підвищенню енергоефективності камерних печей. EN: Purpose. A research of a possibility of use of spatial electric field for creation of a thermal barrier to improve of turbulent gases motion in working space of the chamber furnace and increase in their density in an arrangement zone gardens from metal which heats up. Methodology. By means of a complex of programs which allow to predict the movement of furnace gases taking into account turbulence of streams settlement researches of fields of their speeds in the camera are conducted. Findings. The settlement research of whirl of products of combustion in the chamber furnace is executed. The picture of fields of speeds of gases in working volume is received and the analysis concerning efficiency of their use in a zone of an arrangement of metal products which heat up is carried out. It is established that the main part of warmth heats the top part of the furnace and only then falls down cameras where gases of insignificant density contact to metal, at the same time their bigger quantity just is removed through smoke windows, without having given warmth. The last leads to an excessive consumption of primary energy resource and reduction of power efficiency of the furnace in general. It is offered to create a thermal barrier by the direction of a quantity of the last perpendicular to that their part that are removed from the furnace. As the operating influence at this case serves noted ratio of volumes of gases. Results of modeling of the circulating movement of oven gases in the presence of a thermal barrier showed that their mass expense nearby of preparation grows, and it testifies to a possibility of achievement of the necessary temperature of metal at smaller expense of natural gas. Originality. It is for the first time proved that it is expedient to apply a thermal barrier by creation of spatial electric field in the camera of the furnace between the burner and cages the metal. Practical value. Introduction of the offered way of creation of a thermal barrier by means of spatial electric field can promote increase in energy efficiency of chamber furnaces.Item Довготривала електрична міцність полімерних плівок під дією електричного поля(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Малюшевська, А. П.; Топоров, С. О.; Гунько, В. І.; Malyushevska, A. P.; Toporov, S. O.; Gunko, V. ІUK: Мета роботи – вивчення довговічності полімерних плівок в усталеному електричному полі постійного струму, визначення характеру процесу електричного руйнування полімерних плівок за умов заглушення часткових розрядів. Методи досліджень – експериментальні з обробкою результатів засобами математичної статистики. Отримані результати – встановлено, що електрична довговічність полімерних плівок мікронної товщини експоненціально зменшується при збільшенні середньої напруженості поля. Оцінка електричної міцності досліджених полімерних плівок на підставі визначення їхньої довговічності дозволяє розглядати плівку поліпропілену, як найбільш електрично міцну в даних умовах випробувань. Наукова новизна – експериментально визначені кінетичні закономірності електричного старіння різних плівкових полімерних діелектриків у постійному електричному полі в умовах обмеження часткових розрядів. Практична значимість – дані з пробивної напруженості і довговічності плівкових полімерних діелектриків корисні для оцінювання працездатності силових конденсаторів та інших пристроїв з полімерними діелектричними плівками, прогнозування термінів збереження їх працездатного стану. EN: Purpose – to study the durability of polymer films in electric field of direct current , define the type of the process of polymer films’ electric destruction under conditions of partial discharge suppression. Research methods – experimental, results were processing by means of mathematical statistics. The results – the electrical durability of micron thickness polymer films exponentially decreases with increasing of average field strength. Evaluation of studied polymer films’ electric strength based on the definition of their longevity allow to considered polypropylene film as the most electrically strong in these testing conditions. Scientific novelty – experimentally was determined kinetic type of various polymeric dielectrics films’ electrical aging in electric field of direct current in terms of partial discharge suppression. The practical significance – data on breakdown strength and durability of polymeric insulating films are useful for evaluating the efficiency limit of power capacitors and other devices with polymer dielectric films, forecasting the duration of their operability.Item Исследование спектральной зависимости диэлектрической проницаемости некоторых полярных диэлектриков в диапазоне низких частот(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Золотаревский, Алексей Иванович; Лущин, Сергей Петрович; Золотаревський, Олексій Іванович; Лущин, Сергій Петрович; Zolotarevskiy, A. I.; Lushchin, S. P.RU: Цель работы. Исследовать спектральную зависимость диэлектрической проницаемости полярных диэлектриков с различной степенью упаковки кристаллической структуры в диапазоне низких частот. Методы исследований. Для получения спектральной зависимости диэлектрической проницаемости полярных диэлектриков использовалась методика определения емкости конденсатора, между обкладками которого размещался исследуемый образец. По полученному значению емкости конденсатора вычислялось значение диэлектрической проницаемости образца. Полученные результаты. Авторами были получены спектральные зависимости диэлектрической проницаемости материалов, обладающих разной степенью упаковки кристаллической решетки. Математическая обработка полученных экспериментальных результатов позволила установить линейный характер спектральной зависимости в логарифмических координатах. На основании этого предложена степенная функция, удовлетворительно описывающая спектральные зависимости диэлектрической проницаемости полярных диэлектриков в области низких частот. Научная новизна. Авторами численно определен степенной коэффициент б, который зависит от природы диэлектрика и его можно рассматривать в качестве критерия плотности упаковки кристаллической решетки полярных диэлектриков. Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы для изучения механизма поляризации полярных диэлектриков, эксплуатируемых в электротехнических изделиях при воздействии переменных электрических полей различных частот. UK: Мета роботи. Дослідити спектральну залежність діелектричної проникності полярних діелектриків з різним ступенем упаковки кристалічної структури у діапазоні низьких частот. Методи досліджень. Для отримання спектральної залежності діелектричної проникності полярних діелектриків використовувалася методика визначення ємності конденсатора, між обкладками якого розміщувався досліджуваний зразок. За отриманим значенням ємності конденсатора обчислювалося значення діелектричної проникності зразка. Отримані результати. Авторами були отримані спектральні залежності діелектричної проникності діелектричних матеріалів з різним ступенем упаковки кристалічної решітки. Математична обробка отриманих експериментальних результатів дозволила встановити лінійний характер спектральної залежності в логарифмічних координатах. На підставі цього запропоновано степенева функція, щозадовільно описує спектральні залежності діелектричної проникності полярних діелектриків в області низьких частот. Наукова новизна. Авторами чисельно визначено степеневий коефіцієнт б, який залежить від природи діелектрика і його можна розглядати як критерій щільності упаковки кристалічної решітки полярних діелектриків. Практична значимість. Результати досліджень можуть бути використані для вивчення механізму поляризації полярних діелектриків, що експлуатуються в електротехнічних виробах при дії змінних електричних полів різних частот. EN: The purpose of the work. To investigate the spectral relationship of the dielectric permittivity of polar dielectrics with different degree of packing of the crystal structure in the low frequency range. Research methods. To obtain the spectral relationship of the dielectric permittivity of polar dielectrics used method of determining the capacitance of the capacitor, between the plates which are placed the sample under study. According to the received capacity value of the capacitor calculated value of the dielectric constant of the sample. The results obtained. The authors obtained spectral relationship of the dielectric permittivity of dielectric materials with different degree of packing of the crystal lattice. Mathematical processing of the obtained experimental results allowed to establishing the linear character of the spectral relationship in logarithmic coordinates. Based on this proposed a power function adequately describing the spectral relationship of the dielectric permittivity of polar dielectrics at low frequencies. Scientific novelty. The authors numerically determined power-law coefficient б, which depends on the nature of the dielectric and it can be regarded as a criterion of the packing density of the crystal lattice of the polar dielectrics. Practical significance. The research results can be used to study the mechanism of polarization of polar dielectrics, used in electrical products under the influence of alternating electric fields of different frequencies.