Електротехніка та електроенергетика - 2024, №3
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25178
Browse
Recent Submissions
Item Дослідження розподілу симетричних складових в електричній системі з дизель генераторною установкою при несиметричному навантаженні(Національний університет "Запорізька політехніка", 2024) Бялобржеський, О. В.; Олійніченко, М. Ю.; Ворона, В. В.; Якимець, С. М.; Bialobrzheskyi, O. V.; Oliynichenko, M. Y.; Vorona, V. V.; Yakimets, S. M.UK: Мета роботи. Дослідження симетричних складових струму та напруги в елементах мікромережі з автономним синхронним генератором обмеженої потужності, який працює паралельно з мережевим трансформатором за умови несиметричного навантаження. Методи дослідження. Під час проведення дослідження використано методи візуального програмування в пакеті Simulink/Matlab, методи теорії електротехніки в частині визначення симетричних складових струмів та напруг в гілках спостереження, методи синтезу схем заміщення елементів електроенергетичних систем для симетричних складових струмів, методи обробки даних та побудови діаграм з використанням профільних програмних засобів. Отримані результати. В результаті аналізу відомих досліджень встановлено, що за умови дослідження генеруючих систем малої потужності в умовах несиметрії недостатньо уваги приділяється характеру несиметричного навантаження. З використанням відомої структури мікромережі, яка включає синхронний генератор, машинне навантаження та трансформатор зовнішньої мережі, побудовано її модель в якій шляхом введення несиметричного навантаження різного типу реалізовано серії експериментів з реєстрацією напруг та струмів прямої, зворотньої та нульової послідовностей в гілках мережі. Аналіз отриманих в ході дослідження результатів встановив, що напруга прямої послідовності у разі зміни активного навантаження не змінює свого рівня, за тих же обставин у разі активно-ємнісного та активно-індуктивного навантаження зміна напруги має протилежний характер. У разі зростання несиметрії активно-індуктивного характеру напруга прямої послідовності знижується, а у разі активно-ємнісного збільшується. Зазначені зміни в деяких випадках перевищують 3%. Струми прямої послідовності у разі небалансу активного навантаження відрізняються незначним чином. У разі прямої послідовності струму трансформатора спостерігається безперервне його зростання, яке у випадку активно-ємнісного, та активно-індуктивного навантаження перевищує активне в середньому в 1,5 рази. Струми нульової послідовності в досліджуваній моделі, які утворені несиметричним навантаженням, повністю замикаються на трансформатор, викликаючі напруги нульової послідовності, а характер несиметричного навантаження суттєво впливає на значення цих струмів, відмічене зростання на 61%. Наукова новизна. Встановлено, що в мікромережі, яка включає синхронний гененератор, машинне навантаження, симетричне активне навантаження, співставної з генератором потужності, трансформатор зовнішньої мережі, окрім самого факту несиметрії викликаної несиметричним навантаженням суттєвий вплив на симетричні складові має і характер несиметричного навантаження (активний, активно-індуктивний чи активно-ємнісний). Практична цінність. За умови використання в мікромережах пристроїв які забезпечують підвищення якості електричної енергії, наприклад симетруючих, необхідно прийняти до уваги окрім фактору несиметрії ще й характер навантаження, яке останню викликає. EN: Purpose. Investigation symmetrical components of current and voltage in microgrid elements with an autonomous synchronous generator of limited power, which works in parallel with a network transformer under the condition of non-metric load. Methodology. During the research, visual programming methods were used in the Simulink/Matlab package, methods of electrical engineering theory in terms of determining symmetrical component currents and voltages in observation branches, methods of synthesizing schemes for replacing elements of electric power systems for symmetrical component currents, methods of data processing and construction diagrams using specialized software tools. Findings. As a result the analysis known studies, it was established that under the condition of researching lowpower generating systems in conditions of asymmetry, insufficient attention is paid to the nature of the asymmetric load. Using the well-known structure of a microgrid, which includes a synchronous generator, a machine load, and an external network transformer, its model was built, in which, by introducing asymmetric loads of various types, a series of experiments was implemented with the registration of voltages and currents of forward, reverse, and zero sequences in the branches of the network. The analysis of the results obtained during the research established that the positive sequence voltage in the case of a change in the active load does not change its level, under the same circumstances, in the case of an active-capacitive and active-inductive load, the voltage change has the opposite character. In the case of increasing asymmetry of an active-inductive nature, the positive sequence voltage decreases, and in the case of an activecapacitive one, it increases. The specified changes in some cases exceed 3%. Positive sequence currents in the case of active load imbalance differ slightly. In the case of a positive sequence current of the transformer, its continuous growth is observed, which in the case of active-capacitive and active-inductive loads exceeds the active one by an average of 1.5 times. Negative sequence currents in the studied model, which are formed by an asymmetrical load, are completely closed to the transformer, causing zero-sequence voltages, and the nature asymmetrical load significantly affects the value of these currents, a 61% increase was noted. Originality. It was established that in a microgrid, which includes a synchronous generator, a machine load, a symmetrical active load of comparable power to the generator, an external network transformer, in addition to the fact of asymmetry caused by an asymmetrical load, the character of an asymmetrical load (active, active-inductive or activecapacitive). Practical value. In the case of using in microgrids devices that provide an increase in the quality of electrical energy, for example, symmetrical devices, it is necessary, in addition to the asymmetry factor, to take into account the natural load that causes the latter.Item Визначення показників якості напруги у промислових системах електропостачання при обмеженій потужності енергосистеми(Національний університет "Запорізька політехніка", 2024) Папаїка, Ю. А.; Лисенко, О. Г.; Малишко, М. М.; Удовик, О. В.; Papaika, Yu. A.; Lysenko, O. G.; Malyshko, M. M.; Udovyk, O. V.UK: Мета роботи. Обгрунтувати залежності визначення показників електромагнітної сумісності систем електропостачання промислових підприємств при наявності потужних нелінійних та несиметричних навантажень в умовах обмеженої потужності енергосистеми. Методи дослідження. Методи теоретичної електротехніки для побудови схем заміщення трифазних електричних мереж, ряди Фур’є для аналізу вищих гармонік струму та напруги, метод симетричних складових для аналізу несиметрії. Отримані результати. Виділено основні показники якості напруги, значення яких залежить від параметрів живлячої електроенергетичної системи (потужності короткого замикання). Наведено аналітичні залежності розрахунку показників несиметрії та несинусоїдальності при обмеженні потужності КЗ. Проаналізовано засоби корекції показників якості в умовах електричних мереж з розподіленою генерацією. Наукова новизна. Наукова новизна полягає у встановленні закономірностей зміни режимних параметрів промислового навантаження від параметрів енергосистеми, що виражається у взаємопов’язаних змінах показників якості напруги. При цьому в аналітичних моделях додана опція отримання варіативних змін параметрів енергосистеми як за рахунок генеруючих потужностей, так і через параметри схем заміщення електричних мереж різного класу напруги. Практична цінність. Для інженерних розрахунків запропоновано спрощені алгоритми визначення показників якості напруги (відхилення, коливання, несиметрії та несинусоїдальності напруги) з урахуванням реальної конфігурації електричної мережі та актуальної потужності енергосистеми. Це дає можливість оцінити ефективність передачі та перетворення електроенергії за довільної конфігурації схеми післяаварійного живлення. EN: Purpose. To justify the dependence of the determination of indicators of electromagnetic compatibility of power supply systems of industrial enterprises in the presence of powerful nonlinear and asymmetric loads in conditions of limited power system capacity. Methodology. Methods of theoretical electrical engineering for the construction of replacement schemes of threephase electrical networks, Fourier series for the analysis of higher harmonics of current and voltage, the method of symmetrical components for the analysis of asymmetry. Findings. Виділено основні показники якості напруги, значення яких залежить від параметрів живлячої електроенергетичної системи (потужності короткого замикання). Наведено аналітичні залежності розрахунку показників несиметрії та несинусоїдальності при обмеженні потужності КЗ. Проаналізовано засоби корекції показників якості в умовах електричних мереж з розподіленою генерацією. Originality. The scientific novelty consists in establishing the patterns of changes in the mode parameters of the industrial load from the parameters of the power system, which is expressed in interrelated changes in voltage quality indicators. At the same time, in the analytical models, the option of obtaining variable changes in the parameters of the power system both due to the generating capacities and through the parameters of the substitution schemes of electrical networks of different voltage classes has been added. Practical value. For engineering calculations, simplified algorithms for determining voltage quality indicators (deviation, oscillation, asymmetry and non-sinusoidal voltage) are proposed, taking into account the real configuration of the electrical network and the actual power of the power system. This makes it possible to evaluate the efficiency of transmission and conversion of electricity under an arbitrary configuration of the post-emergency power supply scheme.Item Система автоматичного керування електроприводом мостового крану з урахуванням пружних зв'язків(Національний університет "Запорізька політехніка", 2024) Олєйніков, М. О.; Olieinikov, M.UK: Мета роботи. Дослідження особливостей роботи системи автоматичного керування електроприводом мостового крана з урахуванням пружних зв'язків. Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети були використані методи системного аналізу та моделювання за допомогою програмних засобів. Це дозволило точно відобразити процеси, що відбуваються в системі, а також перевірити різні сценарії роботи та їхній вплив на загальну ефективність системи. Отримані результати. У ході дослідження було розглянуто систему автоматичного керування електроприводом та важливість урахування пружних зв'язків. Запропонована адаптивна система використовує нейронну мережу RBF. Використання запропонованого регулятора забезпечує стійкість до збурюючих впливів і дозволяє нівелювати коливання вантажу. Адаптивність системи забезпечується при зміні параметрів (навантаження, швидкість руху механізмів, жорсткість, точність позиціонування тощо) для відповідності умовам роботи мостового крана. Завдяки цьому, система здатна ефективно працювати в умовах змінних навантажень і зовнішніх впливів. Проведено комп'ютерне моделювання запропонованої системи керування, що підтвердило її ефективність при різних умовах експлуатації. Наукова новизна. Наукова новизна роботи полягає в розробці та обґрунтуванні адаптивної системи керування електроприводом мостового крана, яка враховує пружні зв’язки. Дана система забезпечує гасіння коливань вантажу та підвищує точність позиціонування крана. Це досягається шляхом порівняння з існуючими методами керування за різними критеріями. Запропоновано використання алгоритму адаптації параметрів системи керування в реальному часі (навантаження, швидкість руху візка, довжина троса, жорсткість механізмів, тощо), що значно покращує (на 5-7% точність позиціонування, на 8-10 % стабільність роботи) показники роботи системи. Крім того, в ході дослідження було підтверджено здатність системи адаптуватися до різних умов роботи (змінене навантаження, варіації швидкості руху, нерівномірність дії зовнішніх збуджень), забезпечуючи стабільність і надійність її функціонування, що особливо важливо для забезпечення безперервної роботи крана в промислових умовах. Практична цінність. Застосування даної системи дозволяє підвищити продуктивність мостового крана на 5-10% порівняно з традиційними системами керування. Впровадження системи в промислових умовах дозволить значно покращити ефективність і безпеку роботи крана, а також знизити витрати на технічне обслуговування і ремонт. Крім того, дана система може бути використана для модернізації вже існуючих кранів, що дозволить подовжити термін їх експлуатації та підвищити надійність роботи. Це відкриває нові можливості для підвищення ефективності промислових процесів, пов'язаних з використанням мостових кранів, і забезпечує кращі умови праці для операторів. EN: Purpose. Investigation of the peculiarities of the automatic control system of an overhead crane electric drive with regard to elastic connections. Research methods. To achieve this goal, we used the methods of system analysis and modeling with the help of software tools. This made it possible to reflect accurately the processes occurring in the system, as well as to test various operating scenarios and their impact on the overall system efficiency. Results. The study considered the automatic control system of the electric drive and the importance of taking into account elastic connections. The proposed adaptive system uses the RBF neural network. The use of the proposed controller ensures resistance to disturbing influences and allows to level the load oscillations. The adaptability of the system is ensured by changing the parameters (load, speed of movement of mechanisms, stiffness, positioning accuracy, etc.) to meet the operating conditions of the overhead crane. Thanks to this, the system is able to operate efficiently even under variable loads and external influences. Computer modeling of the proposed control system was carried out, which confirmed its effectiveness under various operating conditions. Scientific novelty.This system provides damping of load oscillations and increases the crane positioning accuracy. This is achieved by comparing it with existing control methods according to various criteria. It is proposed to use an algorithm for adapting the parameters of the control system in real time (load, trolley speed, cable length, mechanism stiffness, etc.), which significantly improves (by 5-7% positioning accuracy, by 8-10% stability) the performance of the system. In addition, the study confirmed the ability of the system to adapt to different operating conditions (changed load, variations in travel speed, uneven external disturbances), ensuring the stability and reliability of its operation, which is especially important for ensuring continuous operation of the crane in industrial environments. Practical value. The use of this system can increase the overhead crane productivity by 5-10% compared to traditional control systems. Implementing the system in an industrial environment will significantly improve the efficiency and safety of the crane, as well as reduce maintenance and repair costs. In addition, this system can be used to modernize existing cranes, which will extend their service life and improve their reliability. This opens up new opportunities to improve the efficiency of industrial processes associated with the use of overhead cranes and provides better working conditions for operators.Item Імпульсний стабілізатор струму з цифровим керуванням для системи електроживлення плазмотрону(Національний університет "Запорізька політехніка", 2024) Верещаго, Є. М.; Костюченко, В. І.; Vereshchago, E. M.; Kostiuchenko, V. I.UK: Мета роботи. Вирішення теоретичних і практичних завдань із забезпечення цифрового керування імпульсним перетворювачем за допомогою високошвидкісних мікропроцесорних засобів у режимі стабілізації вихідного струму із забезпеченням заданої тривалості перехідних процесів, викликаних збільшенням напруги навантаження та астатизму вихідного струму, що дозволяють отримати значні переваги порівняно з аналоговими варіантами. Методи дослідження. Огляд літературних та патентних джерел з тематики, теорія імпульсних систем автоматичного керування, математичне моделювання процесів у імпульсних стабілізаторах струму у програмному середовищі MATLAB/Simulink та фізичне макетування. Отримані результати. Наведено імітаційну модель автономної системи електроживлення на основі перетворювача, що використовує технологію м'якого перемикання транзисторів та дугового навантаження. Синтезовано закон керування та розроблено модель імпульсного стабілізатора струму. Запропоновано метод і знайдено способи керування імпульсним стабілізатором струму, які забезпечують задану тривалість перехідних процесів та астатизм вихідного струму. Розроблено та виготовлено макет імпульсного стабілізатора з цифровим керуванням на основі однокристального обчислювального модуля. Результати дослідження підтверджують досягнення кінцевої тривалості перехідних процесів, викликаних ступінчастою зміною напруги навантаження, близькою до 3-4 періодів перетворення та астатизму вихідного струму. Показано, що застосування імпульсного стабілізатора, що повністю використовує цифровий контур керування, має незаперечні переваги перед аналоговими системами. Наукова новизна. Вирішено завдання синтезу цифрового регулятора за заданим часом регулювання методом бажаних передатних функцій для перетворювача з м'яким перемиканням, що працює на дугове навантаження. Крім заданого часу регулювання забезпечені додаткові вимоги до якості в режимі, що встановився. Практична цінність. Використання мікропроцесорної техніки дозволяє не лише реалізувати складні та нові високоефективні алгоритми керування перетворювачем, що працює в режимі імпульсного стабілізатора струму, а й додатково функції захисту від перевантажень, самодіагностики та телеметрії імпульсних перетворювачів. Застосування цього цифрового пристрою одночасно і для мети керування імпульсним перетворювачем дозволить відмовитися від аналогових ШІМ-контролерів і тим самим знизити власне енергоспоживання і масогабаритні характеристики, підвищити надійність функціонування імпульсних перетворювачів в системах електроживлення в цілому. EN: Purpose. Solution of theoretical and practical problems on providing digital control of a pulse converter usinghigh-speed microprocessor tools in the output current stabilization mode with provision of a specified duration of transient processes caused by an increase in load voltage and output current astaticity, which allows to obtain significant advantages over analog versions. Methodology. Review of literary and patent sources on the subject, theory of pulse automatic control systems, mathematical modeling of processes in pulse current stabilizers in the MATLAB / Simulink software environment and physical prototyping. Findings. A simulation model of an autonomous power supply system based on a converter using soft switching technology of transistors and an arc load is presented. A control law is synthesized and a model of a pulse current stabilizer is developed. A method is proposed and ways are found to control a pulse current stabilizer that provide a given duration of transients and astatism of the output current. A model of a pulse stabilizer with digital control based on a single-crystal computing module is developed and manufactured. The results of the study confirm the achievement of a finite duration of transient processes caused by a step change in the load voltage, close to 3-4 periods of conversion and output current astaticism. It is shown that the use of a pulse stabilizer using a fully digital control circuit has undeniable advantages over analog systems. Originality. The problem of synthesizing a digital controller for a given control time by the method of desired transfer functions for a soft switching operating converter on an arc load is solved. In addition to the given control time, additional quality requirements in the steady state are provided. Practical value.The use of microprocessor technology makes it possible not only to implement complex and new highly efficient control algorithms for a converter operating in the pulse current stabilizer mode, but also to perform additional functions for overload protection, self-diagnostics and telemetry of pulse converters. The use of this same digital device simultaneously for the purpose of controlling a pulse converter will allow to abandon analog PWM controllers and thereby reduce its own energy consumption and weight and size characteristics, increase the reliability of the functioning of pulse converters in power supply systems as a whole.Item Визначення параметрів перетворювача для високовольтних електромеханічних систем стаціонарних установок промислових вентиляторів(Національний університет "Запорізька політехніка", 2024) Синецький, А. В.; Коцур, Ігор Михайлович; Synetskyi, A. V.; Kotsur, I. M.UK: Мета роботи. Провести дослідження електромагнітних процесів в колі фазного ротора високовольтного асинхронного двигуна, під’єднаного через перетворювач підвищуючого типу до мережі, визначити параметри перетворювача та їх взаємозв’язок з коефіцієнтом посилення за напругою для забезпечення оптимального рівня енергоефективності електромеханічної системи. Методи дослідження. Методи теоретичної електротехніки для побудови схеми заміщення роторного кола асинхронного двигуна з перетворювачем підвищуючого типу, методи рішення системи диференційних рівнянь першого порядку, аналітичні методи. Отримані результати. Доведена доцільність щодо застосування перетворювача, який виконує поєднання роторного кола високовольтного асинхронного двигуна з мережею електропостачання, та забезпечує регулювання ЕРС ротора з рекуперацією енергії ковзання ротора асинхронного двигуна до мережі електропостачання. Це забезпечить регулювання швидкістю потужних високовольтних асинхронних двигунів на стороні ротора з ЕРС до 600В, та значно зменшить собівартість високовольтної електромеханічної системи. Запропонована методика щодо визначення коефіцієнту посилення перетворювача та параметрів роторного кола електромеханічної системи, яка дозволяє визначити коефіцієнт трансформації узгоджувального трансформатора при оптимальному значенні коефіцієнту посилення за напругою. Визначені умови безаварійного режиму роботи інвертора в момент пуску електромеханічної системи. Досягнення цих умов забезпечується визначенням затримки керуючого сигналу на силові ключи інвертора перетворювача підвищуючого типу. Встановлено співвідношення коефіцієнту посилення за напругою з еквівалентним опором роторного кола електромеханічної системи. Наукова новизна. Встановлено співвідношення коефіцієнту посилення за напругою з еквівалентним опором роторного кола електромеханічної системи, що дозволить забезпечити узгодження ЕРС ротора з напругою мережі електропостачання при збереженні високого рівня енергоефективності. Практична цінність. Запропонована методика щодо визначення коефіцієнту посилення та параметрів перетворювача підвищуючого типу, яка дозволяє визначити коефіцієнт трансформації узгоджувального трансформатора при оптимальному значенні коефіцієнту посилення за напругою. Запропонована методика може бути застосована при моделюванні складних потужних високовольтних електромеханічних систем особливо для стаціонарних установок промислових вентиляторів. EN: Purpose. To study the electromagnetic processes in the circuit of the phase rotor of a high-voltage induction motor connected to the network through a step-up converter, to determine the parameters of the converter and their relationship with the voltage gain to ensure the optimal level of energy efficiency of the electromechanical system. Methodology. Methods of theoretical electrical engineering for the construction of a rotor circuit replacement scheme for an induction motor with a step-up converter, methods for solving a system of first-order differential equations, analytical methods. Findings. The expediency of using a converter that combines the rotor circuit of a high-voltage induction motor with the power supply network and provides regulation of the rotor EMF with the recovery of the slip energy of the induction motor rotor to the power supply network has been proved. This will ensure speed control of powerful highvoltage induction motors on the rotor side with an EMF of up to 600 V and significantly reduce the cost of a highvoltage electromechanical system. A methodology for determining the converter gain and the parameters of the rotor circuit of the electromechanical system is proposed, which allows determining the transformation ratio of the matching transformer at the optimal value of the voltage gain. The conditions of trouble-free operation of the inverter at the moment of start-up of the electromechanical system are determined. Achieving these conditions is ensured by determining the delay of the control signal to the power keys of the inverter of a step-up converter. The correlation between the voltage gain and the equivalent resistance of the rotor circuit of the electromechanical system is established. Originality. The ratio of the voltage gain to the equivalent resistance of the rotor circuit of the electromechanical system is established, which will ensure the matching of the rotor EMF with the voltage of the power supply network while maintaining a high level of energy efficiency. Practical value. A methodology for determining the gain and parameters of a step-up converter is proposed, which allows determining the transformation ratio of a matching transformer at the optimal value of the voltage gain. The proposed methodology can be applied to the modelling of complex powerful high-voltage electromechanical systems, especially for stationary installations of industrial fans.