Електротехніка та електроенергетика - 2025, №1
Постійне посилання зібранняhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25180
Переглянути
Нові надходження
Документ Дослідження потокорозподілу в мікромережі з розосередженими джерелами електричної енергії(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Олійніченко, М. Ю.; Бялобржеський, О.В.; Постіл, А. О.; Oliynichenko, M. Y.; Bialobrzheskyi, O. V.; Postil, A. O.UK: Мета роботи. Оцінка потокорозподілу мікромережі з автономними джерелами для виявлення впливу рівнів потужності на рівень частоти та напруги. Методи дослідження. Проведений аналіз існуючих досліджень в галузі електроенергетики в частині задач керування потоками потужності мікромереж з автономними генеруючими установками малої та середньої потужності. В результаті аналізу встановлено що актуальним завданням є контроль та керування потоками активної та реактивної потужності в мікромережах для підтримки частоти та діючого значення напруги мікромережі на заданому рівні. Відзначено, що зазначене питання має певну складність зважаючи на нестабільність потоків первинної енергії альтернативних джерел, який може призвести як до дефіциту так і до надлишку енергії. На підставі теоретичних основ електротехніки, з використанням методів та прийомів використовуваних в розрахунках систем електропостачання на підставі структури системи електропостачання невеликого аграрного підприємства створено імітаційну модель з альтернативними джерелами електричної енергії. Отримані результати. В пакеті візуального програмування Simulink/Matlab побудовано імітаційну модельяка дозволяє провести дослідження розподілу активної та реактивної потужності у вузлах мережі та контролювати зміни частоти та діючого значення напруги в них. В ході дослідженні поставлено декілька експериментів з певним розподілом активної та реактивної потужності між споживачами та генеруючими установками в мікромережі за умов паралельної та автономної роботи. В результаті проведення експерименту з відмиканням зовнішньої мережі, змінами рівня навантаження, відзначені більші коливання напруги та перерозподіл реактивної потужності між споживачами і генеруючими установками. Це явище викликано зокрема формування активної та реактивної потужностей у блоці динамічного навантаження, розрахунок в якому пов'язаний з базовим рівнем напруги та частоти. Наукова новизна. В результаті узагальнення отриманих часових діаграм виявлено, що розрахунок активної та реактивної потужностей, як навантажень так і генеруючих установок необхідно виконувати з урахуванням поточного значення частоти та рівня напруги у вузлі спостереження відносно базових. Практична цінність. Отримані результати слід приймати до уваги в ході реалізації систем керування автономними джерелами електричної енергії, а саме методів розрахунку поточних контрольованих значень активної та реактивної потужностей. EN: Purpose. Assessment of power flow distribution in a microgrid with autonomous sources to identify the impact of power levels on frequency and voltage levels. Methodology. The analysis of existing research in the field of electric power engineering has been conducted, focusing on the management of power flows in microgrids with autonomous small- and medium-capacity generating units. As a result of the analysis, it has been established that a relevant challenge is the control and management of active and reactive power flows in microgrids to maintain the frequency and effective voltage level at a predefined value. It has been noted that this issue presents certain complexities due to the instability of primary energy flows from alternative sources, which can lead to both energy shortages and surpluses. Based on the theoretical foundations of electrical engineering and utilizing methods and techniques commonly applied in power supply system calculations, a simulation model with alternative energy sources has been developed, taking into account the power supply system structure of a small agricultural enterprise. Findings. In the Simulink/Matlab visual programming environment, a simulation model has been developed that enables the study of active and reactive power distribution at network nodes and the monitoring of frequency and voltage magnitude variations. During the research, several experiments were conducted with specific distributions of active and reactive power between consumers and generating units in the microgrid under both parallel and autonomous operating conditions. As a result of the experiment involving disconnection from the external grid and changes in load levels, greater voltage fluctuations and a redistribution of reactive power between consumers and generating units were observed. This phenomenon is primarily caused by the formation of active and reactive power in the dynamic load block, where calculations are linked to the baseline voltage and frequency levels. Originality. As a result of summarizing the obtained time diagrams, it was found that the calculation of active and reactive power, both for loads and generating units, must be performed considering the current frequency and voltage level at the observation node relative to the baseline values Practical value. The obtained results should be taken into account in the implementation of control systems for autonomous power sources, specifically in the methods for calculating the current controlled values of active and reactive powerДокумент Особливості створення систем контролю якості електроенергії в системах електропостачання космічних ракетних комплексах(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Рева, В. С.; Лисенко, О. Г.; Удовик, О. В.; Reva, V. S.; Lysenko, О. G.; Udovyk, О. V.UK: Мета роботи. Вирішення питань якості електроенергії на космічних ракетних комплексах шляхом розробки та створення систем контролю якості електроенергії (СКЯЕ). Розробка структури та визначення алгоритмів СКЯЕ в системах електропостачання космічних ракетних комплексів СЕП КРК із забезпеченням заданих параметрів електроенергії. Методи дослідження. Огляд літературних джерел з тематики, метод експертних оцінок, метод системного аналізу, метод експериментального дослідження. Отримані результати. Наведено показники якості електроенергії, які найбільш важливі для електроспоживачів КРК, контроль яких необхідно здійснювати. Визначено основні вимоги, пред'явлені до СКЯЕ, У разі виходу за допустимі межі показників якості електроенергії СКЯЕ дозволить зробити оперативні заходи необхідні для парирування нештатних ситуацій, завдяки управлінню елементами системи електропостачання. Проведено інформаційне забезпечення з побудовою загальноприйнятої структурної блок-схеми подібних систем, на основі якої реалізована трирівнева структура СКЯУ. Розглянуто алгоритм і основні принципи роботи СКЯУ в звичайному режимі і режимі виходу за межі норм показників якості електроенергії (ПЯЕ). Викладено короткий опис структури, а також приклад алгоритму управління повідомленнями СКЯУ. Наукова новизна. Вирішено завдання комплексного підходу до питань якості електроенергії та створено трирівневу структуру системи контролю якості електроенергії в системах електропостачання КРК. Мікропроцесорні засоби контролю в першу чергу забезпечують швидкодію у порівнянні з подібними системами на аналого-цифрових перетворювачами. Запропонована СКЯУ здійснює контроль якості електроенергії з виведенням даних на екран оператора саме у реальному часі, веденням безперервного моніторингу з фіксацією та реєстрацією основних параметрів, а також оповіщенням оператора при виникненні нештатних ситуацій. Практична цінність. Розроблено виготовлено та вдало пройдено усі види випробувань системи контролю якості електроенергії для КРК «Циклон-4» (Бразилія), та частково КРК «Циклон-4М» (Канада). EN: Purpose. Solution of electric power quality issues at space rocet complexes during the execution of launch preparation and launch cycles for the space rocket through the creation and solution of the electric power quality control system (EPQCS) as a separate structure within the power supply system of space rocet complexes PSS SRC with the provision of specified power parameters. Methodology. Review of literary sources on the subject, method of expert evaluations, method of system analysis, method of experimental research. Findings. Indicators of electricity quality, which are the most important for SRC electricity consumers, and which must be monitored, are given. The main requirements to EPQCS have been determined. In case of exceeding the permissible limits of electricity power quality indicators, EPQCS will allow to take operational measures necessary to counter off-nominal situations, by using to the management of the elements of the power supply system. Information security was carried out using a routinely adopted structural block diagram of such systems, on the basis of which the three-tier structure of the EPQCS was implemented. The algorithm and basic principles of the operation of the EPQCS in the nominal mode and the mode beyond the limits of the power quality indicators (PQI) are reviewed. A short description of the structure, as well as an example of the algorithm for managing the EPQCS subordinates, has been included. Originality. The task of a comprehensive approach to electricity power quality indicators was solved and created electric power quality control system in the SRC power supply systems. Microprocessor control means primarily provide speed in comparison with similar systems based on analog-to-digital converters. The proposed EPQCS carries out electricity quality control with the display of data on the operator's screen in real time, continuous monitoring with fixation and registration of the main parameters, as well as notification of the operator in case off-nominal situations. Practical value. Developed, manufactured and successfully passed all types of tests of the electric power quality control system for the SRC «Сyclone -4» (Brazil), and partly for the SRC «Сyclone -4М» (Canada).Документ Automation of studies of pulsed current generators based on the topological-isomorphic model(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Sidelev, N. І.; Сідєлєв, М. І.EN: Purpose. To evaluate the real usefulness of the topological-isomorphic model of powerful electromagnetic circuits on the example of the study of pulse current generators. Methodology. Nodal potential method, Contour current method, Topologically isomorphic transformations. Findings. The mathematical apparatus created and implemented as a program in MATLAB allows solving the problems of modeling and research of electromagnetic devices in parts (by types of stored energy).This makes it possible to simplify the research and optimization of such technical characteristics as efficiency, mass-dimensional indicators, etc. The magnetic circuit is depicted in the same detail as the electric circuit, and is described by a contour matrix. The mathematical description of electromagnetic devices determines the inductive parameters due to the geometric dimensions and characteristics of the magnetic conductors. The topology of the electrical circuit is represented by matrix blocks, which allows obtaining a mathematical description that simultaneously takes into account the distribution of currents and charges in the elements of the circuit. The system of equations is reduced to the Cauchy form and is composed taking into account the increments of magnetic fluxes and potentials on capacitors, which simplifies its solution by numerical methods on a computer. Thus, it is convenient to control the energy processes in the reactive energy-consuming elements of the circuit. The paper presents an example of research of a charger of a pulse current generator with an inductive-capacitive converter. In the research example, the expected qualitative characteristics were obtained. Originality. The mathematical model of electromagnetic circuits does not provide for equivalent transformations associated with the geometric configuration of magnetic conductors. The topology of the electromagnetic circuit is presented in the form of separate matrices, which are connected by a matrix of coil connections. Practical value. The implemented software in the MATLAB shell uses the parameters of magnetic conductors in the form of geometric dimensions of magnetic conductors and their technical characteristics. The results of modeling a powerful electromagnetic devices allows you to estimate the accumulated energy of the electric charge in capacitors and the magnetic field in magnetic circuits and to analyze the efficiency and possible impact on the environment. The presented data preparation technology allows us to investigate processes in more complex magnetic structures, for example, in magnetic flux-controlled transformers. UK: Мета роботи. Оцінити реальну корисність топологічно-ізоморфної моделі потужних електромагнітних кіл на прикладі дослідження генераторів імпульсного струму. Методи дослідження. Метод вузлових потенціалів, Метод контурних струмів, Топологічно-ізоморфні перетворення. Отримані результати. Створений і програмно реалізований математичний апарат у MATLAB дозволяє вирішувати задачі моделювання та дослідження електромагнітних пристроїв по частинах (за видами накопиченої енергії). Це дає змогу спростити дослідження та оптимізацію таких технічних характеристик, як коефіцієнт корисної дії, масогабаритні покажчики тощо. Магнітопровід зображується так само детально, як і електрична схема, і описується контурною матрицею. Математичний опис електромагнітних пристроїв визначає індуктивні параметри, обумовлені геометричними розмірами, характеристиками магнітопроводів та обмоточними даними. Топологія електричного кола представлена матричними блоками, що дозволяє отримати математичний опис, який одночасно враховує розподіл струмів і зарядів в елементах електричного кола. Система рівнянь приведена до форми Коші та складена з урахуванням приростів магнітних потоків і потенціалів на конденсаторах, що спрощує її розв’язування чисельними методами на електрообчислювальних машинах. Таким чином, зручно контролювати енергетичні процеси в реактивних енергоспоживаючих елементах схеми. Розроблене програмне забезпечення (ПЗ) за представленою математичною моделлю, успішно реалізує розрахунки для потужних технологічних пристроїв з електромагнітними ланцюгами. ПЗ спрощує підготовку даних до моделі за рахунок не використання попередніх розрахунків параметрів магнітної частини кола, дозволяє отримати графіки миттєвих значень напруг і струмів перехідного процесу в усіх елементах електричної частини, дозволяє отримати графіки миттєвих значень магнітних потоків в металевих сердечниках електромагнітних перетворювачів та магнітних потоків розсіювання. У роботі наведений приклад дослідження зарядного пристрою генератора імпульсного струму з індуктивно-ємнісним перетворювачем. У прикладі дослідження були отримані очікувані якісні характеристики. Наукова новизна. Математична модель електромагнітних кіл не передбачає еквівалентних перетворень, пов'язаних з геометричною конфігурацією магнітопроводів. Топологія електромагнітного кола представлена у вигляді окремих матриць, які з'єднані матрицею з'єднань котушок. Практична цінність. Реалізоване програмне забезпечення в оболонці MATLAB використовує параметри магнітопроводів у вигляді геометричних розмірів магнітопроводів та їх технічних характеристик. Результати моделювання потужних електромагнітних пристроїв дозволяють оцінити накопичену енергію електричного заряду в конденсаторах і магнітне поле в магнітопроводах, проаналізувати коефіцієнт корисної дії і можливий вплив на навколишнє середовище. Представлена технологія підготовки даних дозволяє досліджувати процеси в більш складних магнітних конструкціях, наприклад, як в трансформаторах, що керуються магнітним потоком.Документ Features of minimizing total electrical losses in highvoltage electromechanical systems for stationary industrial fan installations(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Synetskyi, A. V.; Kotsur, I. M.; Синецький, А. В.; Коцур, Ігор МихайловичEN: Purpose. Conduct a study of commutation processes and develop a methodology for determining the switching frequency of semiconductor elements in the converter for high-voltage electromechanical systems to minimize electrical losses during their operation with fan loads. Methodology. Methods of multi-criteria and single-criteria optimization for finding the optimal values of electrical losses in an electromechanical system, methods for solving first-order differential equation systems, and analytical methods. Findings. To improve the energy efficiency of a high-voltage electromechanical system for stationary industrial fan installations without modifying their structural design, the level of total losses has been assessed. A target function has been constructed to represent the dependence of total losses in the electric drive on the switching frequency of power switches and the harmonic distortion coefficients of the stator and rotor currents in a high-voltage wound-rotor asynchronous motor. Through approximation, a generating dependence of the switching frequency of the converter’s power switches on the harmonic distortion coefficient of the stator and rotor currents of the asynchronous motor has been established. The target function, initially dependent on three variables, has been transformed into a function of a single variable. Simulation modeling of electromagnetic and energy processes in the high-voltage electromechanical system has been conducted to evaluate total loss levels. A comparative analysis has been performed, confirming the adequacy of the obtained analytical expression for determining the optimal switching frequency of the converter’s power elements under the condition of minimizing losses in the high-voltage electromechanical system, with results validated through simulation. Originality. A study of commutation processes in the power elements of the converter, which is part of the highvoltage electromechanical system, has been conducted. More precise analytical dependencies have been obtained, allowing for the determination of the main and commutation losses in the power elements of the converter for the highvoltage electromechanical system. Practical value. A methodology for determining the optimal switching frequency of the semiconductor elements in the converter, which is part of the high-voltage electromechanical system, has been proposed. The calculation error of the optimal switching frequency of the semiconductor elements, obtained analytically, does not exceed 3.5% compared to the results obtained through simulation. The proposed methodology can be applied to minimizing losses in highvoltage electromechanical drive systems for both AC and DC applications used in various industrial mechanisms. UK: Мета роботи. Провести дослідження комутаційних процесів та розробити методику для визначення частоти комутації полупровідникових елементів перетворювача для високовольтних електромеханічних систем з метою мінімізації електричних втрат при їх роботі з вентиляторним навантаженням. Методи дослідження. Методи багатокритеріальної та однокритеріальної оптимізації для пошуку оптимальних значень електричних втрат електромеханічної системи, методи рішення системи диференційних рівнянь першого порядку, аналітичні методи. Отримані результати. Для підвищення рівня енергоефективності високовольтної електромеханічної системи для стаціонарних установок промислових вентиляторів без зміни їх конструктивних особливостей схеми оцінено рівень сумарних втрат. Побудовано цільову функцію залежності сумарних втрат в електроприводі від частоти комутації силових ключів та коефіцієнтів гармонічних спотворень струмів статора та ротора високовольтного асинхронного двигуна з фазним ротором. За допомогою апроксимації встановлено генеруючу залежність частоти комутації силових ключів перетворювача від величини коефіцієнта спотворення гармонік струмів статора і приводного ротора асинхронного двигуна. Цільову функцію від трьох змінних приведено до виду функції від однієї змінної. Проведено імітаційне моделювання електромагнітних і енергетичних процесів в високовольтній електромеханічній системі з метою оцінки рівня сумарних втрат. Проведено порівняльний аналіз та визначена адекватність отриманого аналітичного виразу щодо визначення оптимальної частоти комутації силових елементів перетворювача при виконанні умови мінімізації втрат в високовольтній електромеханічній системі з результатами моделювання. Наукова новизна. Проведено дослідження комутаційних процесів у силових елементах перетворювача що входить до структури високовольтної електромеханічної системи. Отримано більш точні аналітичні залежності, що дозволяють визначити основні та комутаційні втрати в силових елементах перетворювача для високовольтної електромеханічної системи. Практична цінність. Запропоновано методику визначення оптимальної частоти комутації напівпровідникових елементів перетворювача що входить до структури високовольтної електромеханічної системи. Похибка розрахунку оптимальної частоти комутації напівпровідникових елементів перетворювача, що отримана аналітичним способом порівняно з результатами, отриманими за допомогою моделювання, не перевищує 3,5%. Запропонована методика може бути використана в задачах мінімізації втрат в високовольтних електромеханічних системах електроприводу змінного та постійного струму, що застосовуються в різних областях промислових механізмів.Документ Експлуатація автономних електромеханічних перетворювачів малої та середньої потужності(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Коваленко, М. А.; Коваленко, І. Я.; Тітов, Є. О.; Базаров, О. О.; Kovalenko, M. A.; Kovalenko, I. Y.; Titov, Y. O.; Bazarov, O. O.UK: Мета роботи. Метою роботи є здійснення всебічного аналізу статистичних даних щодо поломок бензинових та дизельних автономних електромеханічних установок для виявлення закономірностей і ключових причин несправностей. Методи дослідження. Методи статистичного аналізу, класичні методи розрахунку синхронних явнополюсних генераторів із електромагнітним збудженням. Отримані результати. Проведено аналіз статистики відмов автономних електромеханічних перетворювачів малої та середньої потужності. Отримані результати підкреслюють необхідність впровадження систем моніторингу стану генераторів для раннього виявлення несправностей. Регулярна діагностика та контроль навантаження допоможуть запобігти критичним поломкам та збільшити термін служби обладнання. Зібрані статистичні дані можна використовувати для розробки ефективних профілактичних заходів, удосконалення інструкцій з технічно-го обслуговування та оптимізації режимів експлуатації генераторів. Подальші дослідження можуть бути спрямовані на розробку алгоритмів автоматичного розподілу навантаження між фазами, вдосконалення систем захисту та підвищення надійності ізоляційних матеріалів. Аналіз статистики несправностей дизельних і бензинових генераторів показав, що електричні поломки становлять 51% випадків, а механічні – 49%. Це свідчить про приблизно рівномірний розподіл між двома категоріями несправностей, що вказує на необхідність комплексного підходу до обслуговування та діагностики. При використанні даних установок у військових цілях баланс поломок зміщується: механічні відмови: 75-85%, електричні відмови: 15-25%. Серед електричних несправностей найбільш поширеними є пошкодження обмоток статора через асиметрію навантаження, вихід з ладу регуляторів напруги, несправності акумуляторної системи та порушення ізоляції електропроводки. Механічні поломки найчастіше пов’язані зі зносом поршневої групи, недостатнім змащенням, перегрівом двигуна через несправності системи охолодження та порушеннями у роботі паливної системи. Наукова новизна. Проведено детальне узагальнення досвіду експлуатації автономних електромеханічних перетворювачів у реальних умовах, що дозволило встановити закономірності їхньої роботи, виявити типові проблеми та розробити рекомендації щодо їх усунення. Запропоновані у дослідженні методи оцінки ефективності роботи автономних електромеханічних перетворювачів можуть бути використані для подальшої модернізації існуючих систем, а також при створенні нових високоефективних автономних електрогенеруючих установок. Практична цінність. Результати дослідження мають практичну цінність для інженерів, користувачів та виробників електромеханічного обладнання. Одержані результати можуть використовуватись для підвищення ефективності та надійності автономних енергетичних систем, що працюють у різних умовах. Зокрема, можливо зменшити витрати на технічне обслуговування, покращити енергоефективність та подовжити термін експлуатації обладнання. Отримані результати можуть використовуватись при розробці рекомендацій щодо вибору, модернізації та діагностики автономних електромеханічних установок. EN: Purpose. To assess the reliability of operation of low and medium power electromechanical converters based on real experience in operating such systems. Methodology. Statistical analysis methods, classical calculation methods for synchronous salient pole generators with electromagnetic excitation. Findings. An analysis of failure statistics of autonomous electromechanical converters of small and medium power was carried out. The results obtained emphasize the need to implement generator condition monitoring systems for early detection of malfunctions. Regular diagnostics and load control will help prevent critical breakdowns and increase the service life of the equipment. The collected statistical data can be used to develop effective preventive measures, improve maintenance instructions and optimize generator operating modes. Further research can be aimed at developing algorithms for automatic load distribution between phases, improving protection systems and increasing the reliability of insulating materials. An analysis of the failure statistics of diesel and gasoline generators showed that electrical breakdowns account for 51% of cases, and mechanical ones - 49%. This indicates an approximately even distribution between the two categories of failures, which indicates the need for a comprehensive approach to maintenance and diagnostics. When using these installations for military purposes, the balance of failures shifts: mechanical failures: 75-85%, electrical failures: 15-25%. Among electrical failures, the most common are damage to the stator windings due to load asymmetry, failure of voltage regulators, malfunctions of the battery system and violations of the insulation of the electrical wiring. Mechanical failures are most often associated with wear of the piston group, insufficient lubrication, engine overheating due to malfunctions of the cooling system and malfunctions in the fuel system. Originality. A detailed generalization of the experience of operating autonomous electromechanical converters in real conditions was carried out, which allowed us to establish the regularities of their operation, identify typical problems and develop recommendations for their elimination. The methods for assessing the efficiency of autonomous electromechanical converters proposed in the study can be used for further modernization of existing systems, as well as for creating new highly efficient autonomous power generating units. Practical value. The results of the study have practical value for engineers, users and manufacturers of electromechanical equipment. The results obtained can be used to improve the efficiency and reliability of autonomous power systems operating in various conditions. In particular, it is possible to reduce maintenance costs, improve energy efficiency and extend the service life of the equipment. The results obtained can be used in the development of recommendations for the selection, modernization and diagnostics of autonomous electromechanical installations.